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31_方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析

31_方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析
31_方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析

 第16卷第2期解放军理工大学学报(自然科学版)Vol.16No.2

2015年4月 Journal of PLA University of Science and Technology(Natural Science Edition)Apr.2015方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析

陈宗平1,2, 谭秋虹1, 徐金俊1

(1.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004;2.广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西南宁530004)摘 要:为了研究方钢管再生混凝土柱在偏心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率、长细比和偏心距为变化参数,设计了15个试件进行静力单调加载试验,在此基础上分析了其延性、耗能、刚度退化的演化过程。研究结果表明,方钢管再生混凝土柱的承载能力比方钢管普通混凝土柱的差,其极限承载力均随长细比和偏心距的增大而减小;轴心受压时,其耗能能力随取代率的增加呈先降后升的趋势,且随长细比的增加而降低;偏心受压时,其耗能能力随取代率的增加而降低,但随长细比的增加而提高;所有试件的耗能能力随偏心距的增大而提高,且延性系数随取代率的增加而降低;试件的弹性刚度随取代率的增加总体表现为先增后减的趋势,但均随长细比和偏心距的增加而降低。

关键词:方钢管再生混凝土;取代率;耗能;延性;刚度

中图分类号:TU398.9;TU317.1 DOI:10.7666/j.issn.1009-3443.20140603002

Parameter analysis and performance

on RACFSST columns under eccentric compression

CHEN Zongping1,2, TAN Qiuhong1, XU Jinjun1

(1.College of Civil Engineering and Architecture,Guangxi University,Nanning 530004,China;2.Key Lab of DisasterPrevention and Structural Safety of Chinese Ministry of Education,Guangxi University,Nanning 530004,China)

Abstract:To study the performance degradation rule of recycled aggregate concrete filled square steel tube(RACFSST)columns under eccentric compression loading,15specimens with different replacement ratioof recycled coarse aggregate,slenderness ratio and eccentricity were tested under the monotonic static load-ing.On this basis,the evolutionary process of ductility,energy consumption and stiffness degenerationwere analyzed.The results show that the bearing capacity of RACFSST columns is lower than that ofsquare steel tube concrete columns,and that its ultimate bearing capacity decreases with the increase ofslenderness ratio and eccentricity.The energy consumption of axial compression specimens goes up afterdropping along with the increase of replacement ratio and decreases with the increase of slenderness ratio,while the energy consumption of eccentric loading specimens reduces with the increase of replacement ratioand increases with the rise of slenderness ratio.The energy consumption capacity of specimens increaseswith the rise of eccentricity,and the ductility indexes of specimens decrease with the increase of replace-ment ratio.Elastic stiffness drops after going up along with the increase of replacement ratio and decreasesalong with slenderness ratio and eccentricity rise.

Key words:RACFSST;replacement ratio;energy consumption;ductility;stiffness

收稿日期:2014-06-03

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50908057,51268004);广西自然科学基金资助项目(2012GXNSFAA053203,2013GXNSFDA019025);

广西科技攻关资助项目(桂科攻12118023-3)

作者简介:陈宗平,教授,主要研究钢-混凝土组合结构、再生混凝土结构、异形柱结构体系,zpchen@gxu.edu.cn

再生混凝土(recycled aggregate concrete,RAC)是指将废弃混凝土块经破碎、清洗、分级和按一定的比例与级配混合,部分或全部代替天然骨料而制成的混凝土。再生混凝土技术的应用不仅可以减轻废弃建筑垃圾对环境的污染,而且能节约部分自然资源,进行二次或多次利用[1~3]。

钢管混凝土由于承载力高、抗震性能好、施工方便等优点,正被越来越广泛地应用于各类结构中,并取得了良好的经济效益和建筑效果[4~6]。将方钢管和再生混凝土有机结合,形成方钢管再生混凝土,可以很好地发挥钢管和再生混凝土2种材料的特性和潜力,可实现建筑垃圾再生利用,使材料得到更为充分和合理的应用,具有重要的理论意义和工程应用价值。

在钢管再生混凝土构件或结构受力性能方面,国内外学者已开展了大量的研究工作,并取得了部分重要成果。文献[7~12]对钢管再生混凝土短柱的轴压性能、压弯构件、纯弯构件的承载力以及变形性能作了研究。文献[13~15]通过试验和理论分析得到了再生混凝土与钢管界面间的黏结滑移性能和受剪承载性能等方面的成果,并认为钢管再生混凝土与钢管混凝土的最大区别在于其再生与天然粗骨料的配比问题,即再生粗骨料取代率的变化是导致再生混凝土各项性能发生改变的内在原因,急需确定合理的取代率,从而指导工程结构的设计。由于再生混凝土存在微裂缝和原始水泥基体,导致其力学性能和普通混凝土会有很大的差别[1],因此对于竖向构件的偏压性能极有必要进行科学探讨。为揭示方钢管再生混凝土偏心受力性能的退化规律,本文通过改变再生粗骨料取代率、试件长细比以及荷载偏心距,研究在上述影响因素下该类构件的性能演化机理。

1 试验概况及结果

1.1 试件设计及材料

试验设计了15个方钢管再生混凝土柱试件,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距为试验变化参数,其中再生粗骨料取代率分为0,50%和100%3种情况,试件长细比有34.64,43.30和51.96,偏心距分别考虑0,20和40mm。

本次试验采用直焊缝焊接方钢管、P.O42.5R水泥、普通天然河砂、自来水以及天然粗骨料和再生粗骨料。再生粗骨料由服役50a后的废旧混凝土试件经人工破碎后得到。再生粗骨料和天然粗骨料采用同一筛网筛分,最大粒径均为30mm。试验所用方钢管截面边长B为120mm,钢管壁厚t为2.45mm,按标准方法测得钢管的屈服强度为303.27MPa,极限强度为394.09MPa。所有试件的设计参数如表1所示。表中:L为试件长度;γ为取代率;λ为长细比;e为偏心距;fcu为实测混凝土立方体抗压强度;Nu为承载力实测值。

表1 试件设计参数及试验特征值

Tab.1 Specimen design parameters and test eigen value

试件

编号L

/mmγ/%λe/mm f

cu

/MPa N

/kNS-1 1200 0 34.64 0 45.5 980.00S-2 1200 0 34.64 20 45.5 642.88S-3 1200 0 34.64 40 45.5 423.36S-4 1200 50 34.64 0 42.5 931.00S-5 1200 50 34.64 20 42.5 612.50S-6 1200 50 34.64 40 42.5 466.48S-7 1200 100 34.64 0 44.5 929.04S-8 1200 100 34.64 20 44.5 615.44S-9 1200 100 34.64 40 44.5 458.64S-10 1500 100 43.30 0 44.5 976.08S-11 1500 100 43.30 20 44.5 617.40S-12 1500 100 43.30 40 44.5 431.20S-13 1800 100 51.96 0 44.5 948.64S-14 1800 100 51.96 20 44.5 566.44S-15 1800 100 51.96 40 44.5 407.681.2 加载及加载制度

试验采用1 000t液压式压力试验机进行加载。为捕捉荷载-位移曲线的下降段,采用荷载-位移混合控制的加载制度。首先以荷载控制,分级加载,每级加载值取预估极限荷载的1/20,每级持荷5min;试件接近预估极限荷载的95%时则改为位移控制,此时对应的位移为初始控制值,控制位移级差为1mm,轴压试件以轴向位移为位移控制指标,偏压试验则以试件中部侧向挠度为位移控制指标;当荷载开始下降时,加载速率减慢,直至试件的荷载急剧下降,弯曲变形迅速增长或在荷载下降至极限荷载70%时,结束试验。

1.3 轴向荷载-位移曲线

通过试验设备采集并获取各试件轴向荷载(N)-轴向位移(Δ)或轴向荷载(N)-侧向挠度(f)曲线如图1所示,文中约定上述2类曲线统称为荷载-变形曲线。由图1可见,偏心距相同的试件轴向荷载-变形曲线的形态相似。由图1(a)的轴心受压试件的N-Δ曲线可见,弹性阶段的曲线基本保持直线发展;曲线过峰值点后,变形快速发展而荷载相对稳定。经对比可知,方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大。由图1(b)可见,在

4 解放军理工大学学报(自然科学版)第16卷 

加载初期,不同再生粗骨料取代率试件的曲线具有微小重合过程,此后各曲线相互分离,但均经历了弹性阶段、屈服阶段和下降段。除S-14外,其余曲线的发展态势相似,随着荷载的增加,侧向挠度不断增大。由图1(c)可见,在偏心距为40mm时,随着长细比的增大,

试件的承载力减小,表明长细比对试件的承载能力影响显著。此外,偏心距对钢管再生混凝土柱的偏心受压承载性能有显著影响,试件偏心距越大,

其极限承载力越小

。图1 试件轴向荷载-位移曲线

Fig.1 Axial load-displacement curves of sp

ecimens2 偏压性能指标及影响因素分析

2.1 再生粗骨料取代率的影响2.1.1 耗能能力

耗能能力反映了构件本身吸能和耗能之间的内

在关系,具有全局变量的意义。参照文献[14],方钢管再生混凝土柱的耗能因子定义为

η=

SOACΔu

Nu·Δu

式中:η为耗能因子;

SOACΔu

为轴向荷载-位移曲线与水平轴及过终止点平行于竖向坐标轴所包围的面积,如图2所示的阴影部分面积;Nu为峰值荷载;Δu为试验结束时的位移值,其中轴压构件的位移按照轴压位移取值,

偏压构件的位移以侧向挠度取值

。图2 耗能计算模型

Fig.2 Calculation model of energy 

consumption将试件进行分组,表2所示试件的性能指标随再生粗骨料取代率的变化及其数值分布情况而变化。表中,μ为构件延性系数。

表2 再生粗骨料取代率变化下的试件性能指标Tab.2 Performance indexes of sp

ecimensⅠ组别

试件

编号

γ

/%λ

e/mm

ημ

弹性

刚度第1组S-1 

0 34.64 

0 0.67 1.26 

290.13S-4 

50 34.64 0 0.65 1.16 374.52S-7 100 34.64 0 0.72 1.11 228.87第2组S-2 

0 34.64 20 0.79 1.97 179.96S-5 

50 34.64 20 0.79 2.07 265.53S-8 100 34.64 20 0.76 1.97 174.97第3组S-3 

0 34.64 40 0.81 2.14 129.83S-6 

50 34.64 40 0.81 1.43 121.05S-9 100 34.64 40 0.74 1.09 

100.91

由表2可知:

(1)对于第1组轴心受压试件,当长细比为34.64时,

随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土试件的耗能能力具有先降后升的趋势,通过比较得到,S-7试件的耗能能力是S-1的1.075倍,也是S-

4的1.108倍。(2)对于第2组和第3组试件,在试件取代率为100%时,其耗能能力均比取代率为0和50%时低,表明再生粗骨料取代率较高时试件的耗能能力受到削弱。这极有可能是再生粗骨料中存在的微裂缝在压缩过程中闭合导致其吸收较多的能量所致,

4 第2期

陈宗平,

等:方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析

由此减少了内能的比例。2.1.2 延性系数

构件的静力延性系数可反映其变形能力。参照《建筑抗震试验方法规程》定义结构破坏时荷载-变形骨架曲线的特征点,

根据试验获取的轴向荷载-位移曲线,

命名构件延性系数μ为荷载过峰值后随位移的增加荷载下降至最大荷载85%时的位移(即破坏位移Δf)与最大荷载对应的位移(即峰值位移Δp)

的比值μ=Δf

Δp

式中,轴压构件的位移按照轴压位移取值,偏压构件的位移以侧向挠度取值。

表2列出了长细比为34.64,再生粗骨料取代率变化时方钢管再生混凝土柱构件的延性系数。由表2可得到规律如下:

(1

)方钢管混凝土试件的延性系数总体上比其再生混凝土试件的大。究其原因,在于再生粗骨料具有微裂缝和附着了水泥基体,

一旦被压酥后骨料的变形能力会随之降低,从而影响整体试件的变形性能。

(2

)随着取代率的增大,方钢管再生混凝土试件的延性系数总体上具有降低的趋势,

这可能是由于再生混凝土相对于普通混凝土具有相对较多的初始损伤再生骨料,从而使得脆性性质更加明显,整体试件的变形性能随之降低。2.1.3 刚度及刚度退化

试件的刚度是描述构件抵抗变形的指标,通过求解轴压荷载-位移曲线上各点的斜率,得到各加载点的刚度值,3组试件的全过程刚度分布如图3所示

图3 刚度退化Fig.3 Stiffness deg

ration由图3可见,加载初期各试件的刚度离散性较大,

多数试件的刚度值具有一个由小变大的过程,这主要归结于内部混凝土与外部钢管的泊松系数不同。当竖向压力作用时导致2类材料横向变形的大小不一致,然而随着非弹性性质的稳步发展,钢管与混凝土挤压致密后,两者的横向变形趋于一致,

此时刚度也开始下降。研究弹性阶段的刚度特性可进一步指导该类构件的工程设计。为了消除加载前期刚度分布的离散性,

本文通过试求平均刚度的办法定义弹性轴压刚度,即求得的平均值已大于下一加载点的刚度值就为弹性刚度,否则,将下一加载点刚度值计入前一加载段内的平均刚度,直至满足要求为止,所得计算结果如表2所示。

由表2可见,在控制长细比为同一值时,试件的弹性刚度随取代率的增加总体上表现为先增后减,其中全再生混凝土试件的刚度值为最小。2.2 长细比的影响

表3为试件的性能指标在长细比变化下的数值分布情况,

其中各指标的计算方法同上。表3 长细比变化下的试件性能指标Tab.3 Performance indexes of sp

ecimensⅡ组别

试件

编号

λ

γ

/%e/mmημ

弹性

刚度

第1组S-7 

34.64 100 

0 

0.72 1.11 

228.87S-10 

43.30 100 0 0.67 1.09 198.62S-13 51.96 100 0 0.66 1.13 181.75第2组S-8 

34.64 100 20 0.76 1.97 174.97S-11 

43.30 100 20 0.76 1.37 114.88S-14 51.96 100 20 0.80 1.75 69.43第3组S-9 

34.64 100 40 0.74 1.09 100.91S-12 

43.30 100 40 0.77 1.47 44.91S-15 51.96 100 40 

0.82 2.08 4

1.972.2.1 耗能能力

(1)由表3可知,对于轴心受压试件,再生粗骨料取代率控制为100%,随着长细比的增加,钢管再生混凝土试件的轴压耗能具有稳步减小的趋势。通过比较发现,相比于S-7,S-10和S-13,2个试件的耗能因子相差不大。可见,当长细比超过一定幅值后,由于二阶效应的发展,会削弱其轴压耗能能力。

(2)对于偏心受压试件,

随着长细比的增加,试件的耗能能力具有稳步增长的趋势。

2.2.2 延性系数

由表3可知,当再生粗骨料取代率控制为100%时,对于轴心受压试件以及偏心距为20mm的偏压试件,随着长细比的增加,钢管再生混凝土试件的延性系数呈现先降低后增长的趋势,而当

5 解放军理工大学学报(

自然科学版)第16卷 

偏心距为40mm时,试件的延性系数呈现稳步增长的趋势,但平均来看,长细比较大试件的延性略好于长细比小的试件。这是由于试件越细长,过某一荷载后会沿某一方向产生弯曲现象,在同样的荷载作用下,构件在柱高一半的位置处会有附加弯矩,这样便增加了构件的弯曲效应,导致试件的相对变形量加大。

2.2.3 刚度及刚度退化

由表3可知,在再生粗骨料取代率均为100%的条件下,试件的弹性刚度随长细比的增加而降低,这主要是由于试件越细长越容易引起轴向受压不稳定。因此,试件会沿某一薄弱方向产生侧向挠曲,导致刚度有所减小。

2.3 偏心距的影响

将试件分组后,表4所示为试件的性能指标在偏心距变化下的数值分布情况,其中各指标的计算方法同上。

表4 偏心距变化下的试件性能指标

Tab.4 Performance indexes of specimensⅢ

组别试件

编号e

/mmλγ/%ημ

弹性

刚度

第1组S-1 0 34.64 0 0.67 1.26 290.13S-2 20 34.64 0 0.79 1.97 179.96S-3 40 34.64 0 0.81 2.14 129.83

第2组S-4 0 34.64 50 0.65 1.16 374.52S-5 20 34.64 50 0.79 2.07 265.53S-6 40 34.64 50 0.81 1.43 121.05

第3组S-7 0 34.64 100 0.72 1.11 228.87S-8 20 34.64 100 0.76 1.97 174.97S-9 40 34.64 100 0.74 1.09 100.91

第4组S-10 0 43.30 100 0.67 1.09 198.62S-11 20 43.30 100 0.76 1.37 114.88S-12 40 43.30 100 0.77 1.47 44.91

第5组S-13 0 51.96 100 0.66 1.13 181.75S-14 20 51.96 100 0.80 1.75 69.43S-15 40 51.96 100 0.82 2.08 41.97

2.3.1 耗能能力

(1)由表4可知,当试件长细比控制为34.64时,随着试件偏心距的增大,方钢管试件的耗能能力总体上呈稳步增长的趋势,且偏压试件的耗能能力均比轴压试件的大。

(2)当试件长细比为34.64,再生粗骨料取代率为50%时,随着偏心距的增大,方钢管再生混凝土试件的耗能能力呈稳步增长的趋势。

(3)当再生粗骨料取代率为100%,长细比为34.64时,方钢管再生混凝土试件的耗能能力呈先升后降的趋势,但耗能能力相差不大;当长细比分别为43.30和51.96时,试件的耗能能力均随偏心距的增大呈稳步增长的趋势。通过比较得到,再生粗骨料取代率、长细比、偏心距这3个影响因素中,耗能能力对偏心距更为敏感,偏心距改变时,方钢管再生混凝土试件的耗能能力变化幅度最显著。

2.3.2 延性系数

(1)由表4可知,总体来看,偏心受压试件的延性优于轴心受压试件,其原因在于偏心荷载下试件的跨中截面产生弯曲变形,导致变形由纵向转为横向。

(2)对于方钢管混凝土柱试件,随着偏心距的增大,试件的延性系数呈现非线性增长的趋势。对于方钢管再生混凝土柱试件,当长细比控制为34.64时,随着偏心距的增大试件的延性系数均呈先升后降的趋势;长细比为43.30和51.96的全再生钢管混凝土试件,随着偏心距的增大延性系数则呈稳步增长的趋势,且当长细比为51.96时,试件的延性系数对偏心距的变化更为敏感。

2.3.3 刚度及刚度退化

由表4可见,方钢管混凝土试件的弹性刚度随偏心距的增大而降低,这主要是由试件偏心距越大越易引起轴向受压不稳定造成的,特别是长细比越大的试件,其二阶效应的发展更加显著。因此,试件会沿某一薄弱方向产生侧向挠曲,导致刚度有所减小。

将弹性阶段的刚度视为常值,对全过程刚度归一化处理后,得到相对弹性刚度-相对峰值位移的变化曲线,如图4所示

图4 简化刚度退化模型

Fig.4 Simplified stiffness degradation model

为了研究简化后相对弹性刚度与相对变形之间的关系,对数值分布进行分段拟合,所得拟合结果如图5所示。

 第2期 陈宗平,等:方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析

图5 拟合曲线

Fig.5 Fitting curves其函数表达式为

KKe=

1,0≤Δ

Δp

≤0.5;

-1.1601

Δ

Δ()p

-0.00165Δ

Δp

+1.32293,

0.5≤Δ

Δp

≤1.25;

0.0058

Δ

Δ()p

-0.11393

Δ

Δ()p

+0.8702

Δ

Δ()p

- 3.22242

Δ

Δ()p

+5.78643Δ

Δp

-4.04756,

1.25≤Δ

Δp

Δu

Δp烅

(1)对于式(1)的拟合结果,在置信概率为0.95的

情况下,二次多项式拟合优度为0.918,残差平方和为0.006;五次多项式拟合优度为0.920,残差平方和为0.005,表明拟合效果较好。

3 结论

(1)方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大。在偏心距为40mm时,长细比对试件的承载力影响显著,随着长细比的增大,试件的承载力减小。试件偏心距越大,其承载力越小。

(2)随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土轴压试件的耗能能力先降后升,而偏压试件总体上呈降低之势;随着长细比的增加,试件的轴压耗能能力具有稳步减小的趋势,偏心受压试件则相反;随着偏心距的增大,试件的耗能能力总体上具有稳步增长的趋势,且偏心受压试件的耗能能力均比轴压试件的大。

(3)方钢管混凝土试件的延性系数总体上比方钢管再生混凝土试件的大。随着取代率的增大,试件的延性系数总体上呈降低的趋势,长细比较大试件的延性略好于长细比小的试件,偏心受压试件的延性总体上好于轴心受压的试件。

(4)试件的弹性轴压刚度随取代率的增加总体上表现为先增后减,其中全再生混凝土试件的刚度值为最小。试件的弹性刚度均随长细比和偏心距的增加而降低。

(5)基于试验数据的拟合,简化后的刚度模型可为工程计算提供参考。

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fluence of recycled coarse aggregate content on bondstrength and invalidation mechanism between steel tubeand recycled aggregate concrete[J].Engineering Me-

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(责任编辑:汤雪峰)

 第2期 陈宗平,等:方钢管再生混凝土柱偏压性能影响因素分析

钢管再生混凝土综述

钢管再生混凝土的现状研究 摘要:再生混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生集料,部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土,再生混凝土技术的研究与应用为建筑垃圾资源化提供了一条有效的途径。钢管混凝土结构将钢管和混凝土有机结合起来,因承载力高、抗震性能好等优点而被广泛应用与单层和多层工业厂房等承重结构中。而将再生混凝土浇筑在钢管内形成的钢管再生混凝土,既能提高钢管的承载能力,又能弥补再生混凝土的不足。近年来,许多专家和学着对这种新型的组合结构展开了研究。 关键词:钢管再生混凝土;力学性能;抗震性能;黏结滑移;研究展望 0引言 随着我国经济的不断发展和城市化的进程不断加快,大量的建筑垃圾不断排出,其中废弃混凝土占了很大一部分,而废弃混凝土的处理需要大量的费用而且还严重污染环境,再生混凝土技术的应用为这些废弃混凝土的处理提供了有效的途径,减少了环境污染,并能带来经济效益[1]。 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件,将钢管和混凝土有机的结合起来,充分发挥钢管和混凝土各自的优越性。钢管混凝土结构凭借其承载力高、抗震性能好等优势,在高层和超高层建筑中得到迅速发展和广泛应用,并且较好地解决了施工速度与混凝土硬化时间较长的矛盾。 伴随着钢管混凝土技术的发展,科研工作者提出了将再生混凝土灌入钢管中从而形成钢管再生混凝土这一种新型的组合结构,对再生混凝土的利用提供了一种新的方式[2]。这种组合结构日益引起许多专家和学者的关注与研究,并取得了一定成果。 1钢管再生混凝土的力学性能分析 国内外的研究者和学者对钢管再生混凝土的力学性能进行了大量的研究工作。 许多学者集中在钢管再生混凝土柱的受压性能方面的研究[3-5]。王玉银[6]等采用分级单调加载,对12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝

再生混凝土的研究发展现状综述_王亨

工程科技再生混凝土的研究发展现状综述 王亨单玉坤 (天津大学建筑设计研究院,天津300072) 1概述混凝土材料自产生以来,就在人类文明建设中扮演了最重要的角色,随着人类文明的不断进步,混凝土的使用量逐渐增多,已成为全球使用最广泛的建筑材料,与此同时产生的环境问题也越来越显著。 混凝土的制备需要耗费大量的砂石、水及能源等自然资源,长期以来,对这些自然资源无节制的索取已经导致森林覆灭、山体滑坡、河床改道,造成了严重的资源枯竭和环境污染。另外, 随着我国经济发展,城市化建设不断深入,新建筑的建立以及旧建筑的拆除都会产生大量的建筑垃圾。目前,我国建筑垃圾数量占到城市垃圾总量的30%~40%,其中主要是废弃混凝土,这些垃圾严重影响了城市生活环境,造成了环境污染。把它们运送到郊外进行堆放掩埋,碱性废渣会令大量的土壤“失活”。此举不仅会花费大量的运费,侵占无数农田,还会造成严重的二次污染。[1]因此废弃混凝土的处理和再利用是节约能源,保护环境的必然选择,也是当今社会研究的重要课题。将废弃混凝土块经清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土即为再生混凝土(也称再生骨料混凝土,Recy-cled Aggregate Concrete ,RAC )[2]。再生混凝土既能解决天然骨料资源紧缺的问题,保护骨料产地的生态环境,又能解决城市废弃物的堆放、 占地和环境污染等问题,具有显著的社会效益、经济效益和环保效益,对城市的可持续发展具有非常深远的意义。2国内外再生混凝土的研究发展现状 20世纪中期,日本、美国、欧洲等国家就开始了再生混凝土的研究和开发利用工作,主要集中在对再生骨料和再生混凝土基本性能的研究,包括物理性能、力学性能、耐久性以及再生混凝土构件性能及其抗震性能的研究。研究成果表明再生混凝土基本能满足普通混凝土性能的要求,其应用于工程结构是可行的。当前,美国共使用了约27亿吨废弃混凝土骨料,其中10%~15%用于人行道, 20%~30%用于公路建设及维修,另外的60%~70%用于混凝土结构,主要是地基和基础结构。日本政府于1991年颁布《资源重新利用促进法》,促进了废弃混凝土的回收利用,1994年建设部又颁布了 《废弃混凝土材料重新用于建筑工程暂定质量标准》,使废弃混凝土的利用率从1990年的48%提高到2000的96%,其中大多数的废弃混凝土用于道路建设的基础垫层。据估算,在20世纪90年代早期,欧盟的建筑废弃物回收利用率平均为28%,在随后几年大多数欧盟国家都制定了将建筑废弃物利用率提高到50%~90%的相关计划。其中德国在它的每一个地区都建有大型的建筑垃圾再生加工综合工厂,仅在柏林就有20多个,有望将80%的再生骨料用于10%~15%的混凝土工程中。[3]香港和台湾也有促进建筑废弃物再生利用的相关计划。香港每年约产生1400万吨的建筑垃圾,以前主要用于填海造陆,后来该做法因招到反对而废止。2002年,香港特区政府建立了用于处理建筑垃圾的试点,每天能够处理2400吨的建筑垃圾,生产出的再生骨料用于相关市政工程。截止2003年10月,该试点工厂共生产优质再生骨料24万吨。超过10个工程项目用到由这些再生骨料生产出的22700m 3混凝土,包括桩承台、地砖、梁、板墙、外部建筑、挡土墙以及超大块混凝土等。[4]1999年,台湾中部地区发生大地震,产生大量的建筑垃圾需要处理,从而建立了相关建筑垃圾处理和研究的试点计划。实施这些计划后,台湾回收利用了80%的废弃建筑材料,其中30%用于道路基础垫层。[5]我国内地对再生混凝土的研究相对较晚,但已经开展研究工作的高校和科研院所做了大量的工作,涉及范围广泛,取得了一定的研究成 果。其中, 同济大学肖建庄教授及其团队在再生混凝土基本性能、结构方面做了大量的研究工作,包括再生混凝土的强度和工作性能、废弃混凝土破碎及再生工艺研究、高温后再生混凝土强度研究、再生混凝土耐久性研究、再生混凝土梁柱试验研究、再生混凝土框架节点试验研究、 再生混凝土框架结构抗震性能的研究以及组合结构的试验研究等等,目前已处于国际前列。福州大学杨有福教授课题组通过试验和数值理论分析对钢管再生混凝土轴压短柱、纯弯构件和压弯构件做了初步研究,对钢管再生混凝土力学性能和设计方法的若干问题进行了探讨;另外华南理工大学吴波等人对钢管再生混合短柱相关性能作了一定研究。国内其他专家学者也通过试验和多种措施对改善再生混凝土的性 能(物理性能、力学性能、结构性能)做了很多积极的工作。其他科研院所如东南大学、华中科技大学、北京建工学院、沈阳建工学院等开展利用城市垃圾制取烧结砖和再生混凝土技术的研发取得了可喜的成果; 将解体混凝土和废弃砖瓦进行再生资源化处理后,作为混凝土骨料、 轻骨料生产普通混凝土或高性能混凝土砌块,这种再生混凝土强度达到 C30。[6]2007年同济大学编写了地方标准DG/TJ 08-2018-2007《再生混凝土应用技术规程》,为再生混凝土技术的应用提供了明确的指导。众多学者专家的研究成果为再生混凝土技术体系的建立和完善以及在实 际工程中的应用奠定了良好的基础。3结论 再生混凝土技术的开发应用,不仅能够从根本上解决废弃混凝土的出路问题,而且减轻了废弃混凝土对环境的污染,还能节省天然骨料资源,减少对大自然的索取。随着再生混凝土实践研究的不断深入,再生混凝土有望成为一种常用的建筑材料,应用到更多的结构中去,具有 显著的社会、经济和环境效益,符合可持续发展的要求,是发展绿色混凝土的重要途径之一。 参考文献 [1]钟汉华,罗岚,刘能胜,等.废弃混凝土回收利用现状和前景展望[J].广东水利水电职业技术学院学报,2008,6(1):66-68. [2]刘树华,冷发光.再生混凝土技术[M ].北京:中国建材工业出版社,2007.[3]Rao A ,Jha KN ,M isra https://www.doczj.com/doc/7c3706118.html,e of aggregates from recycled con-struction and demolition waste in concrete [J].Resources Conservation and Recycling , M AR 2007,50(1):71-81.[4]Fong Winston F.K.,Jaime Y.S.K.,Poon C.S..HongKong experience of using recycled aggregates from construction and demolition materials in ready mix concrete[C]//International Workshop on Sustainable Develop-ment and Concrete Technology ,2002,p.267-275. [5]Huang Wen-Ling ,Lin Dung-Hung ,Chang Ni-Bin ,et al.Recycling of construction and demolition waste via a mechanical sorting process[J]. Resour Conserv Recycl ,2002,(37):23-37. [6]陈永刚,曹贝贝.再生混凝土国内外发展动态[J].国外建材科技, 2004,25(3):4-6. 作者简介:王亨(1975~),男,天津人,工程师,从事建筑结构设 计工作。摘要:在不断深入的城市化建设中,新建筑的建立和旧建筑的拆除都会产生大量的建筑垃圾,造成严重的环境污染和资源浪费。因此,对这些建筑垃圾特别是废弃混凝土的再生利用将具有显著的环境和经济效益,是实现建筑、资源、环境可持续发展的重要措施。本文结合国内外再生混凝土研究发展现状,为再生混凝土的工程实际应用提供了一些方向。 关键词:再生混凝土;发展现状;研究发析 Abstract :Establishment of new buildings and demolition of old buildings will have a lot of construction debris in the deepening of the urbanization construction , which causes serious environmental pollution and waste of resources.Recycling of these construction wastes ,especially waste concrete will have significant environmental and economic benefits ,which is an important measure to maintain the sustain-able development of construction ,resources and environment.According to the current research achievements on recycled concrete from home and abroad , this paper points some directions for the use of recycled concrete.Key words :recycled concrete ;derelopment present situation ;research analysis 265··

钢管混凝土柱

摘要:介绍了钢管混凝土结构的特点、研究现状及其工程应用,探讨了钢管混凝土结构研究方向。 关键词:钢管混凝土 近20年来,钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中,随着建筑物高度的增加,钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的,我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土;混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土;混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。 1.钢管混凝土结构的特点 众所周知,混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构,主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主,被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能,具体表现为以下几个方面: 1.1 承载力高、延性好,抗震性能优越 钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度;钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善,耗能能力大大提高,具有优越的抗震性能。

混凝土结构能再生利用吗

混凝土能再生利用吗 土木091 周骞 200911003113 摘要:通过大量国内外文献分析与研究,对再生混凝土结构性能研究和应用现状进行了综 述,并结合可持续发展战略,分析了再生混凝土结构性能研究及应用发展前景。 关键词:废旧混凝土; 再生利用; 环境保护; 可持续发展 引言 随着建筑业的蓬勃发展,我国建筑材料的需求量急剧增加。目前,全世界混凝土的需求量约为28 亿立方米,而我国的混凝土年需求量达到13 亿~14 亿立方米,占世界总量的45 %。在混凝土原材料中,骨料占混凝土总量的75 % 左右,而骨料的来源主要是开山取石并将其加工成砂石料,或者挖取河道中的砂、卵石及砾石。这样,使自然环境遭到破坏,也严重影响了建筑业的可持续发展。生产混凝土需要消耗水泥和砂石,而生产水泥要排放大量的二氧化碳、硫化物、氮化物及其他有害气体和粉尘。据不完全统计,我国目前每年产生的建筑垃圾达到1 亿吨左右,长期积累的建筑废弃物高达数亿吨。废弃混凝土的来源广泛,数量也非常惊人。绝大部分废弃混凝土未经任何处理,有的露天堆放,有的填埋于地势低洼之处,造成严重的环境污染和资源浪费。将其运送到郊外掩埋,不仅要花费大量的运费,还会造成二次污染。如果将这些废弃混凝土收集加工后再生利用,不但可以节约天然资源,而且减少了环境污染,促进了社会经济的发展。 一再生混凝土的发展现状 1.1 国外情况 废弃混凝土的再利用最早开始于欧洲。第二次世界大战后,前苏联、德国、日本等国家对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用。早在1976 年,以当时的西德、比利时和荷兰为主,成立了“混凝土解体与再利用委员会”,开始研究废弃混凝土的再利用。至2000 年,荷兰的建筑废弃物回收率高达90%;德国将再生混凝土应用于公路路面。美国从1982年起,在ASTMC 33—82《混凝土骨料标准》中,将破碎的水硬性水泥混凝土包含进了粗骨料中。同时美国军队工程师协会也在有关规范和指南中,鼓励使用再生混凝土骨料。在美国的道路建设中,50%采用沥青混凝土再生料,直接建设成本下降20%以上,既节约了能源,也保护了环境,产生了巨大的社会效益。日本在1977 年就制定了《再生骨料和再生混凝土规范》,随后在各地建设了建筑垃圾物再生利用工厂,生产再生水泥和再生骨料。于1996年制定了 旨在推动建筑副产品再利用的“再生资源法”,规定建筑施工中的渣土、混凝土块等建筑垃圾,必须要经过专门的再生资源化设施处理,为建筑垃圾的资源化利用提供了法律和制度的保障。目前,日本对建筑垃圾的再生利用率高达70%,废弃混凝土的利用率则更高。 1.2 国内情况 我国幅员辽阔、地大物博,在短期内不会出现混凝土骨料的缺乏。但是,建筑垃圾带来的环境污染越来越严重。 我国对再生混凝土的研究起步比较晚,还处在实验室研究阶段,数十所大学和研究机构开展了对再生混凝土的研究和技术开发。目前,已经开始利用城市垃圾生产烧结砖,将废弃混凝土用于道路工程的基层、面层、土基及防护工程。我国政府高度重视对建筑垃圾的循环再利用,在中长期发展战略中,对废弃物再生利用的相关技术与示范工程项目给予政策与资

方钢管混凝土综述

方钢管混凝土综述 【摘要】:介绍了方钢管混凝土的定义和结构特点,以及其理论在国内外的发展。并举出实际工程例子来阐明其在建筑中广阔的应用前景,同时也提出了方钢管混凝土结构存在的问题。【关键词】:方钢管混凝土;承载力;稳定性;应用 【Abstract】It Introduces the definition and the features of square steel tube concrete structure,and its theory in the development of both at home and abroad. And gives some practical engineering examples to clarify its broad application prospects in building,and has also put forward the existing problems in square steel tube concrete structure. 0引言 伴随着人类的进步,科技的进步。人类建筑史上出现了一种新型的结构形式:钢管混凝土结构。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土基础上演变发展起来的.指在钢管中填充混凝土而成的一种新型组合结构。钢管混凝土按截面形式分为圆钢管混凝土、矩 形钢管混凝土、方钢管混凝土、多边形钢管混凝土等;按材料组成分为普通钢管混凝土(核心混凝土强度等级为C50以下的素混凝土,外包普通钢管,简称钢管混凝土)、薄壁钢管混凝土(普通素混凝土外包薄壁钢管)、高强钢管混凝土(高性能混凝土外包钢管)、钢管膨胀混凝土(钢管内填膨胀混凝土)、钢管自应力混凝土、增强钢管混凝土(钢管内填配筋混凝土或含有型钢的混凝土)、离心钢管混凝土(钢管内用离心法填充一层厚度为20 mm~50 mm的C40等级以上的混凝土而成型的空心钢管混凝土)等[1][2]。 1方钢管混凝土结构的特点 所谓方钢管混凝土,是指用钢板或角钢拼焊而成的方形空钢管,其内充填混凝土而形成的一类组台构件。它一方面通过钢管内混凝土的支撑作用防止钢管壁发生向内屈曲,提高了钢管壁的屈曲承载力;另一方面通过四壁的钢板对内填混凝土提供侧向约束,能提高混凝土的抗压强度。因此两者的组合承载力大于两者独立承载力之和。方钢管混凝土具有其独特的优势。 [3] 1.1和传统的钢筋混凝土相比 承载力高,在保持截面形式相同的情况下,方钢管混凝土柱的承载力明显高于普通钢筋混凝土柱。质量轻,在保持钢材用量相近和承载力相同的情况下,构件的截面面积可以减小约一半,从而使得建筑物的使用面积得以增大,混凝土构件的自重相应减小约50%。抗震性能好,方钢管混凝土在反复荷载作用下,吸能性强,刚度基本不退化,延性性能好。施工方便,可以简化施工工艺,节省脚手架用量、缩短工期,减少施工用地。 1.2和刚结构相比 经济效益好,在保持自重相近和承载力相同的条件下,可节约钢材50%,焊接工作量可以大幅减少。耐火性能好,方钢管混凝柱由于管内有混凝土存在,可以吸收热量.因而耐火时间比钢柱长。动力性能优越,在高层建筑中,方钢管混凝土结构具有比钢结构优越的动力性能,能减轻风致摆动,增加居住人员的舒适感。 1.3和圆形钢管混凝土结构相比 节点形式简单,方形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内,节点形式简单便于加工,可节约人工费用.降低工程造价。截面惯性矩大,稳定性能好,建筑布局灵活,方钢管混凝土柱承载力高,可以采用大柱网,提供较大的建筑空间,且自由分隔满足各种功能要求;另外,采用方钢管混凝土结构更符合人们传统的审美观。施工更方便,方形钢管混凝土结构由于外形规则,有利于梁柱连接,克服了圆钢管混凝土结构由于截面形式特殊所带来的施工上的不便。

钢管混凝土结构

钢管混凝土结构 1、前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构,它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩,然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始,钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。 2、钢管混凝土结构的特点 ,混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的,仅以常用的一种加载方式为例,对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明,如图l的一根钢管混凝土短试件在轴向力N作用下钢管和核心混凝土随着纵向压

力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变,同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=,C C C 31εμε=(式中的13,εε分别为纵向、环向应变,μ为材料的泊松比,下标s ,c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的,即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283),进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数,可以从低应力时的0.17增加到0.5至1.0甚至大于1.0。由上式可见,钢管混凝土在轴心压力N 作用下,开始时C S μμ>, 钢管 1σ 混凝土2 1 N 图1 试件轴压时的内力状态 故C S 11εε>,但C μ在很快赶上S μ,则S μ=C μ,而C S 11εε=,随后C μ>S μ,S C 11εε>。这说明钢管混凝土在压力N 作用下混凝土向外的横向变形大于钢管向外的横向变形。钢管约束了砼,在钢管与混凝土之间产生了相互作用力P ,称为紧箍力。从而使钢管纵向和径向受压而环向受拉,混凝土则处于三向受压状态。这样一来就大大提高了混凝土的抗压强度,同时塑性性能得到了很大的改善。在工作性质

钢管混凝土柱力学性能影响因素的探讨_柳春红

钢管混凝土柱力学性能影响因素的探讨 柳春红 张俊杰 (黑龙江科技学院,黑龙江哈尔滨150000) 1含钢率在钢管和核心混凝土材料一定的情况下, 钢管混凝土构件中钢材是其经济的决定因素,我们不能无限制地加大含钢率来提高承载力。因此在寻求较高承载力、较大含钢率的同时,要争取获得一个最经济的材料组成。 对中国CECS和JCJ01-89规程钢管混凝土轴心受压短柱的强度提高率进行了相应计算和分析。 1.1中国CECS规程 用N/N0表示轴压构件承载力提高率,其中N0代表不考虑套箍作用的柱截面叠加承载力。 为求得最大承载力提高率,可以求出极值(N/N0)'=0的点,从而得到: 所以就是最佳含钢率,由此得出承载力提高率最大值为1.5。 1.2JCJ01-89规程承载力提高率为: 因此,无法进行求导,通过对各种材料组合时的承载力提高率直接进行计算,得到对应不同含钢率的不同材料组合的承载强度提高率,结果见表1。通过计算具有不同D/t参数值的大量构件 的ξ值和承载力提高百分率N/N0可以得到如图1所示的 “D/t-ξ关系曲线”以及“柱轴压承载力提高百分率N/N0-D/t的关系曲线”。(见图1)。从图1中可以得出,在钢管混凝土柱的直径、钢材材料和混凝土材料一定的情况下,钢管有唯一的厚度比可使柱的承载能力达到最大效 用;而套箍指标随着径厚比的增加而减小。 将两图结合起来可以看出,最大套箍指标对应的点并不是承载力提高百分率最大的。但在曲线中存在这样一个点,当径厚比小于该点时套箍系数变化显著;反之,则变化平缓,该点就是最佳径厚比所对应的套箍系数值。因此为了保证钢管对核心混凝土具有足够的约束力,必须对构件的径厚比的范围加以限制。首先对套箍指标ξ 的表达式进行如下变形:从而得到径厚比的范围为: 此外,考虑钢管的局部稳定性由限制钢管的壁厚来保证。要求壁厚不得小于直径的1%,即,这对于内填混凝土的钢管来说,完全可以得到保证。 2材料强度 2.1核心混凝土强度 已有研究成果表明钢管混凝土轴压短柱承载力随着核心混凝土强度的提高而提高。在表1中通过对含钢率为0.1的不同强度核心混 凝土材料组合的构件承载力提高率的计算得 到:C30+A3(1.381);C40+A3(1.314);C50+A3(1.300)。可以看出构件的承载力提高率相差不 多,这说明核心混凝土强度的高低对钢管混凝土轴压短柱强度提高率影响不大。同时,文献 [5]采用不同强度混凝土时得到圆钢管混凝土构件在同一套箍指标时的应力-应变关系实验曲线,得出混凝土强度等级越高,强度的提高幅度相对较小的结论。 2.2钢管强度 为了研究钢材等级对构件承载力的影响,通过表1得到在含钢率ρ=0.1时的下列组合的承载力提高率:C30+16Mn为 1.432;C40+16Mn 为1.378;C50+16Mn 为1.356。与C30+A3为1.381,C40+A3为1.314,C50+ A3为1.300。 可以发现,钢管混凝土强度提高率随着钢管强度的增加有所增大。但是钢材的高强度能否得到充分利用还与核心混凝土的横向变形能力有关。根据现有研究成果,钢材的紧箍力总是比钢材的标准强度小,如果含钢率与钢材强度的乘积等于40MPa,即使提高钢管混凝土构件钢材的强度也不能使紧箍力得到有效提高。 3钢管径向荷载 在极限状态下,钢管混凝土中核心混凝土横向侧压力由钢管屈服应力确定。建立环向力平衡条件 可见,钢管的侧向压力P取决于钢管的特性,与钢管的壁厚和强度成正比,与钢管的径成反比.而与混凝土的强度无关.并且由于钢管壁很薄,近似可以得到: 因此,得到: 当钢管的纵向应力到达钢材的屈服强度时, 钢管的环向应力不应超过钢材的屈服强度,即,从而得到钢管径向荷载P的范围:参考文献 [1]李斌.钢管混凝土结构[D].西安建筑科技大学,[博士论文],2004. [2]林宗凡.钢-混凝土组合结构[M].山东:同济大学出版社,2004. [3]孙汉忠,薛兴伟.钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算[J].建筑技术开发,2004,6. [4]中国电力行业标准,钢管混凝土组合结构设计规程(DL/T5085-1999)[M].北京:中国电力出版社. [5]薛伟兴,刘洪瑞.钢管混凝土短柱的强度计算[J].建筑技术开发,2003,11. [6]余志武,丁发兴.钢管高性能混凝土短柱受力性能研究[J].建筑结构学报,2002,4. [7]汤关祚,赵炳泉.钢管混凝土基本力学性能的研究[J].建筑结构学报,1982,1. [8]张晓庆,钟善桐.初应力对钢管混凝土偏压构件承载力影响的实验研究[J].哈尔滨建筑大学学报,1997,2. [9]林宗凡.钢混凝土组合结构[M].上海:同济大学出版社,2004. 作者简介:柳春红,黑龙江省五常市人,黑龙江科技学院教师,工程管理方向,硕士。 责任编辑:魏玉新 摘要:对钢管混凝土短柱力学性能的影响因素进行了探讨分析,通过进行相关的数值计算和理论推导,得出了有益结论,可供进行钢管混凝土设计时参考。 关键词:钢管混凝土,抗压构件,强度 Abstract:ThepaperanalysiseffectfactorsontheMechanicalPropertiesofConcrete-FilledSteeltubeshortcolumn,Theconclusionhasrefer- encevaluetoconcrete-filledsteeltubedesign. KeyWords:Concrete-FilledSteelTube,compressionresistancestructure, Strength -27- 科技论坛

钢管混凝土结构技术规范

.. . word. GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前,其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%,并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件,应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件,当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50%及以上时,由于混凝土变的影响,钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段,衬钢管段也可兼作为抗剪连接件,并应符合下列规定: 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝,坡口可取35°,直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝; 2 衬钢管仅作为衬管使用时(图7.2.1a ),衬管管壁厚度宜为4mm ~6mm ,衬管高度宜为50mm ,其外径宜比钢管径小2mm ; 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板;2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时(图7.2.1b ),衬管管壁厚度不宜小于16mm ,衬管高度宜为100mm ,其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时,宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板,变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚,变径段的斜度不宜大于1:6,变径3.1.4 抗震设计时,钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定: 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85; 2 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20%; 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中,混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。

钢管混凝土结构技术规范

专业资料 GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前,其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%,并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件,应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件,当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50%及以上时,由于混凝土变的影响,钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段,衬钢管段也可兼作为抗剪连接件,并应符合下列规定: 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝,坡口可取35°,直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝; 2 衬钢管仅作为衬管使用时(图7.2.1a ),衬管管壁厚度宜为4mm ~6mm ,衬管高度宜为50mm ,其外径宜比钢管径小2mm ; 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板;2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时(图7.2.1b ),衬管管壁厚度不宜小于16mm ,衬管高度宜为100mm ,其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时,宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板,变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚,变径段的斜度不宜大于1:6,变径3.1.4 抗震设计时,钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定: 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85; 2 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20%; 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中,混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。

钢管混凝土结构浇筑

钢管混凝土结构浇筑 钢管混凝土的浇筑常规方法有从管顶向下浇筑及混凝土从管底顶升浇筑。不论釆取何种方法,对底层管柱,在浇筑混凝土前,应先灌入约100mm厚的同强度等级水泥砂浆,以便和基础混凝土更好地连接,也避免了浇筑混凝土时发生粗骨料的弹跳现象。采用分段浇筑管内混凝土且间隔时间超过混凝土终凝时间时,每段浇筑混凝土前,都应釆取灌水泥砂浆的措施。 通过试验,管内混凝土的强度可按混凝土标准试块自然养护28d的抗压强度采用,也可按标准试块标准养护28d强度的0.9采用。 钢管混凝土结构浇筑应符合下列规定: (1)宜采用自密实混凝土浇筑。 (2)混凝土应采取减少收缩的措施,减少管壁与混凝土间的间隙。 (3)在钢管适当位置应留有足够的排气孔,排气孔孔径应不小于20mm;浇筑混凝土应加强排气孔观察,确认浆体流出和浇筑密实后方可封堵排气孔。 (4)当采用粗骨料粒径不大于25mm的高流态混凝土或粗骨料粒径不太于20mm的自密实混凝土时,混凝土最大倾落高度不宜大于9m;倾落高度大于9m 时应采用串筒、溜槽、溜管等辅助装置进行浇筑。 (5)混凝土从管顶向下浇筑时应符合下列规定: 1)浇筑应有充分的下料位置,浇筑应能使混凝土充盈整个钢管; 2)输送管端内径或斗容器下料口内径应比钢管内径小,且每边应留有不小于100mm 的间隙; 3)应控制浇筑速度和单次下料量,并分层浇筑至设计标高; 4)混凝土浇筑完毕后应对管口进行临时封闭。 (6)混凝土从管底顶升浇筑时应符合下列规定: 1)应在钢管底部设置进料输送管,进料输送管应设止流阀门,止流阀门可在顶升浇筑的混凝土达到终凝后拆除; 2)合理选择混凝土顶升浇筑设备,配备上下通信联络工具,有效控制混凝土的顶升或停止过程; 3)应控制混凝土顶升速度,并均衡浇筑至设计标高。

钢管混凝土结构施工技术

钢管混凝土结构施工技术 钢管混凝土是将普通混凝土填人薄壁圆形钢管内形成的一种钢一混凝土组合结构。其工作原理是:借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性;借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。钢管混凝土适合于高层、大跨、重载和抗震抗爆结构的受压杆件。 钢管混凝土在本质上属于套箍混凝土。它除具有一般套箍混凝土的强度高、重量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优点外,在施工工艺方面还具有以下一些独特优点: 1)钢管本身即为耐侧压的模板,浇筑混凝土时可省去支模和拆模工作。 2)钢管兼有纵向钢筋(受拉和受压)和箍筋的作用,制作钢管比制作钢筋骨架省工,且便于浇筑混凝土。 3)钢管本身又是劲性承载骨架,其焊接工作量比一般型钢骨架少,可以简化施工安装工艺、节省脚手架、缩短工期、减少施工场地。在寒冷地区,可以冬季安装钢管骨架,春季浇筑混凝土,施工不受季节限制。 钢管混凝土与钢结构相比,在自重相近和承载能力相同的条件下,可节省钢材约50%,且焊接工作量大幅度减少;与普通混凝土结构相比,在保持钢材用量相近和承载能力相

同的条件下,构件的截面面积可减少约一半,混凝土用量和构件自重相应减少约50%。 20世纪90年代以来,我国高层建筑开始采用钢管混凝土柱。如23层的厦门金源大厦,地下1层至地上19层的全部28根柱以及20~23层的4根角柱,均采用钢管混凝土;北京四川大厦(地上32层,高100m),地下3层柱全部采用直径为70cm钢管混凝土。1999年建成的深圳赛格广场大厦(地上72层,高291.6m),是我国自行投资、设计、全部采用国产钢材、自行加工和施工的最高的钢管混凝土结构高层建筑。赛格广场大厦塔楼部分采用框筒结构体系,框架采用钢管混凝土柱、钢梁和压型钢板组合楼盖,内筒由28根钢管混凝土密排柱组成,受力最大的钢管混凝土柱,截面为φ1600mm×28mm,Q345钢材,内填C60混凝土。 一、钢管混凝土的节点构造 钢管混凝土结构各部件之间的相互连接,以及钢管混凝土结构与其他结构(钢结构、混凝土结构等)构件之间的相互连接,应满足构造简单、传力明确、安全可靠、整体性好、节约材料和施工方便等要求。其核心问题是如何保证可靠地传递内力。 1、一般规定 1)焊接管必须采用坡口焊,并满足Ⅱ级质量检验标准,达到焊缝与母材等强度的要求。

钢管混凝土柱

浅谈钢管混凝土柱 摘要: 由于钢管混凝土具有承载力高,耐腐蚀,便于施工等一系列优点,它在实际工程中的应用越来越多。从钢管混凝土柱工作原理、力学性能等方面,来显示钢管混凝土的优势。 关键词: 钢管混凝土柱; 钢筋混凝土柱; 中国图书分类号tu74文献标识码: a文章编号:2095-2104(2012)01-0020-02 钢管混凝土即在薄壁圆形钢管内填充混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的结构。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用,充分发挥这两种材料的优点,弥补彼此的缺点,因而具有良好地力学性能和经济性。在桥梁,工业厂房,高层建筑中的应用越来越广泛。 1、钢管混凝土的工作机理 钢管混凝土的基本原理:在钢管中填充混凝土,在力的作用下,混凝土对钢管有力的作用,但同时钢管约束了混凝土,使管内混凝土处于三向受压的应力状态,延缓其纵向微裂缝的发生和发展,从而提高其抗压强度和压缩变形能力。借助内填混凝土的支撑作用,增强钢管壁的几何稳定性,避免发生稳定性破坏,从而提高其承载能力。由于钢管和核心混凝土的相互作用,受力处于复杂状态,从而使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善。 2、钢管混凝土的特点 2.1、承载力高

混凝土的抗压强度高,抗弯能力很弱;钢材具有很好的抗弯性能和弹塑性变形能力。钢管中填充混凝土,钢管对混凝土的约束,使得核心混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度。钢管混凝土柱的承载力大于同等条件下的钢管柱的承载力和混凝土柱的承载力。钢管混凝土柱相对于钢筋混凝土柱的承载力提高了很多。 某钢管混凝土结构中,有一钢管混凝土轴心受压短柱,柱长l=1200mm,钢管 600*8,q345钢,f s = 310。混凝土强度等级为c40,fc = 19.1 钢管面积as =(-) = 14871.04 混凝土面积ac =*= 267728.96 套箍指标 = as f s /(ac fc ) = 14871.04* 310 /(267728.96*19.1) =0.902 则该短柱的极限承载力 = ac fc (1++ )=267728.96*19.1(1++0.902 =14582.7 kn 若为钢筋混凝土柱:=7540*2=15080 =550*550-15080=287420 = 0.9(fc a+ f y as)= 0.9*(19.1*287420+ 310*15080) = 9148.07kn 钢管混凝土柱的承载力为普通混凝土柱的1.6倍,即钢管混凝土柱的承载力提高61%。 2.2、抗震性能优越 钢管混凝土柱中,钢管相当于纵向钢筋, 同时相当于横向箍筋, 核心混凝土对钢管有横向挤压力。同理,钢管约束了混凝土的横向变形,

钢管混凝土结构复习过程

钢管混凝土结构

钢管混凝土结构 1、前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构,它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩,然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始,钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。 2、钢管混凝土结构的特点 ,混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的,仅以常用的一种加载方式为例,对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明,如图l的一根钢管混凝土短试件在轴向力N作用下钢管和核心混凝土随着

纵向压力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变,同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=,C C C 31εμε=(式中的13,εε分别为纵向、环向应变,μ为材料的泊松比,下标s ,c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的,即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283),进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数,可以从低应力时的0.17增加到0.5至1.0甚至大于1.0。由上式可见,钢管混凝土在轴心压力N 作用下,开始时C S μμ>, 钢管 混凝土2 图1 试件轴压时的内力状态 故C S 11εε>,但C μ在很快赶上S μ,则S μ=C μ,而C S 11εε=,随后C μ>S μ,S C 11εε>。这说明钢管混凝土在压力N 作用下混凝土向外的横向变形大于钢管向外的横向变形。钢管约束了砼,在钢管与混凝土之间产生了相互作用力P ,称为紧箍力。从而使钢管纵向和径向受压而环向受拉,混凝土则处于三向受压状

钢管混凝土结构技术

术语 2.1.1 钢管混凝土构件:在钢管内填充混凝土的构件,包括实心和空心钢管混凝土构件,截面可为圆形、矩形、及多边形,简称CFST 构件 2.1.2 钢管混凝土结构:采用钢管混凝土构件作为主要受力构件的结构,简称CFST结构 2.1.3 实心钢管混凝土构件:钢管中填满混凝土构件,简称S-CFST结构 2.1.4 空心钢管混凝土构件:在空钢管中灌入一定量混凝土,采用离心法制成的中空心的钢管混凝土构件,简称H-CFST结构 2.1.5 含钢率:构件界面中钢管面积与混凝土面积之比 2.1.6 空心率:空心钢管混凝土构件截面中空心部分的面积与混凝土加空心部分总面积之比 2.1.7 套箍系数:构件截面中钢管面积、钢材强度设计值乘积与混凝土面积、混凝土强度设计乘积之比 2.1.8 钢管海砂混凝土构件采用海砂混凝土制作的钢管混凝土构件 2.1.9 钢管再生混凝土构件:采用再生骨料混凝土制作的钢管混凝土构件 3 材料 3.1.1 钢材的选定应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定 3.1.2 承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管,不宜选用输送流体用的螺旋焊管。矩形钢管可采用焊接钢管,也可采用冷成形矩形钢管,当采用冷成形矩形钢管时,应符合现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178中I级产品的规定。直接承受动荷载或低温环境下的外露结构,不宜采用冷弯矩形钢管。多边形钢管可采用焊接钢管,也可采用冷成型多边形钢管 3.1.3 钢材的强度设计值f,弹性模量E 和剪变模量G 应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017 执行 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85 2 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20% 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性 3.2.1 钢管内的混凝土强度等级不应低于C30。混凝土的抗压强度和弹性模量应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行;当采用C80 以上高强度混凝土时,应有可靠的依据 3.2.2 实心钢管混凝土构件中可采用海砂混凝土。海砂混凝土的配合比设计、施工和质量验收和验收应符合现行行业标准《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206的规定。 3.2.3 钢管混凝土构件中可采用再生骨料混凝土。再生骨料混凝土的搭配比设计、施工、质量验收和验收应符合现行行业标准《再生骨料应用技术规范》JGJ/t 240 的规定 3.2.4 钢管混凝土构件中可采用自密实混凝土。自密实混凝土的配合比设计、施工、质量检验和验收应符合现行行业标准《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283 的规定 3.3.1 用于钢管混凝土结构可采用应符合下列规定: 1 手工焊接用的焊条应符合现行国家标准《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T 5117 和《热强钢焊条》GB/T 5118 的规定。选择的焊条形号应与被焊钢材的力学性能相适应 2 自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应,并应符合国家现行有关标准的规定 3 二氧化碳气体保护焊接用的焊丝应符合现行国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110 的规定 4 当两种级别的钢材相焊接时,可采用与强度较低的钢材相适应的焊接材料 3.3.2 焊缝的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017执行 3.3.3 当采用螺栓等紧固件连接钢管混凝土构件时,连接紧固件应符合下列规定: 1 普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》GB/T 5780 和《六角头螺栓C级》GB/T 578 2 的规定。可采用4.6级和4.8级的C级螺栓 2 高强度螺栓应符合现行国家标准《钢构件用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢构件用高强度大六角头螺母》GB/T 1229、《钢构件用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢构件用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231 或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632的规定。当螺栓需要热镀锌防腐时,宜采用6.8级和8.8级C级螺栓 3 普通螺栓连接和高强度螺栓连接的设计应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017 执行。 3.3.4 栓钉应符合现行国家标准《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》BG/T 10433 的规定。 4.1 一般规定 4.1.1 钢管混凝土结构可采用框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、框架-支撑结构、筒中筒结构、部分框支-剪力墙结构和杠塔结构。

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