基于正交的圆钢管再生混凝土柱力学性能研究
再生混凝土材料力学性能研究进展及应用
再生混凝土材料力学性能研究进展及应用李显辉（山西建筑职业技术学院，山西太原030006）摘要：再生混凝土材料是一种绿色环保的建筑材料,其主要力学性能受再生混凝土粗骨料取代率、水灰比、粒径大小等因素的影响,其力学性能略低于普通混凝土,但再生混凝土力学性能仍满足建筑结构的应用,可以在道路、桥梁和主体结构中大规模应用。
关键词：再生混凝土;取代率;力学性能1再生混凝土材料的特点再生混凝土是将废弃混凝土块经破碎、清洗、分级后得到的“再生骨料”,部分或全部替代天然骨料的混凝土,不但对建筑垃圾进行有效利用,而且减少了天然矿石的用量,是一种绿色环保的建筑材料。
我国对再生混凝土研究起步较晚,经过同济、广西大学等高校的不懈努力,我国在2011年颁布GB/T25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》和GB/T25177—2010《混凝土用再生骨料》技术规程,再生混凝土的应用在我国铺展开来。
2再生混凝土材料力学性能研究现状再生混凝土材料力学性能的研究结果表明,影响再生混凝土力学性能指标的重要因素为再生混凝土粗骨料的水灰比、粒径大小、粗骨料取代率[1-2]。
再生混凝土耐久性包括抗冻性、抗渗性以及抗侵蚀性,其中再生混凝土抗冻性低于普通混凝土,主要受水灰比、再生粗骨料取代率、再生粗骨料品质等因素影响,其中再生粗骨料取代率对其影响最大;再生混凝土材料的渗透性随着水灰比、再生粗骨料取代率、时间的增加而变大,适量矿物“掺和料”的加入可以改善再生混凝土的渗透性;再生混凝土侵蚀性受影响因素较多,矿物掺合料、荷载率、再生骨料取代率、再生混凝土配比等参数等都对其侵蚀性有影响。
再生混凝土的收缩性受再生粗骨料取代率影响较大,随着再生粗骨料取代率的增大,再生混凝土内总砂浆含量增大,进而降低了再生粗骨料对收缩变形的限制作用,增大再生混凝土的收缩变形。
国内外学者对再生混凝土在构件的层面也做了较多的研究,国外B.C.Han等[3]对12根再生混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究,ippei M等[4]对再生混凝土梁受弯性能进行了试验研究,国内肖建庄课题组[5]对再生混凝土梁进行了受弯和受剪试验研究,曹万林课题组[6]对再生混凝土高剪力墙、低矮剪力墙和加配暗支撑的剪力墙与普通混凝土剪力墙进行了抗震性能试验研究,柳炳康课题组[7-8]对再生混凝土框架结构中的中节点、边节点、顶层角节点做了低周期反复荷载下的试验研究。
圆钢管混凝土柱-钢梁带软钢段节点的受力性能研究
ＶＯ １ ． ２ ７ Ｎ Ｏ ． １ Ｆｅ ｂ ． ２ ０１ ３
圆钢 管 混 凝 土 柱 一钢 梁 带 软 钢 段 节 点 的 受 力 性 能 研 究
周 维 ， 李成 玉 ， 张 莉 ， 刘 建
（ １ ． 武 汉 科技 大 学 城 市 建 设 学 院 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ５ ； ２ ． 武 汉科 技 大学 耐 火 材 料 与 高 温 陶瓷 国家 重 点 实 验室 培 育 基 地 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ８ １ ）
的取值参 照钢结 构 中常用 的狗骨 式节点 构造形 式进 行 合理 取值 ｊ 。参数 Ａ 的取值 如下 表所示 。
表 １ 参数 Ａ 的 取值 范 围
试 件 名 称 Ｒ Ａ１ Ｒ Ａ２ Ｒ Ａ３ ＲＡ ４ Ｒ Ａ５ Ｒ Ａ６ ＲＡ７ Ｒ Ａ８
坏， 在震后维修 时， 可对已破 坏的薄弱 区域 的钢材 进行 更换 ， 结构构件 可以继续使用 ， 从而达到可修的 目的。
作 者 简介 ： 周维（ １ ９ ８ ５ 一） ， 男， 湖北 黄 冈人 ， 研究生， 研 究 方 向为 结 构 工程 设 计 与 研 究 。
第 １期
周 维 等 ： 圆 钢 管 混 凝 土 柱 一 钢 梁 带 软 钢 段 节 点 的受 力 性 能 研 究
３ ９
虑 到结构 和荷 载 的 对 称性 ， 取结 构 的 １ ／ ４部 分 建 立
２ 连 接 方式
在圆钢管混凝土柱 一梁加强环节点 的基础上 ， 提 出了圆钢管混凝 土柱 一钢梁带软 钢段节 点 ， 简称软 钢
１ ６ ０ ０ ｍｍ； 柱： ３ ５ ０ ×１ ０ ， 高 度为 ３ ０ ０ ０ ｍｍ。Ｂ ａ ｓ ｅ 试 件 梁 柱 采 用 Ｑ３ ４ ５钢 ； Ｒ Ａ 系 列 试 件 的 梁 柱 采 用 Ｑ３ ４ ５ 钢， 软钢 段 采 用 Ｑ２ ３ ５钢 ； 核 心 混凝 土强 度 等
钢管再生混凝土力学性能的研究进展
钢管再生混凝土力学性能的研究进展田璐【摘要】钢管再生混凝土是较为合理妥善的再生混凝土技术应用方案.对钢管再生混凝土力学性能的研究现状进行了分析,从轴压、偏压和抗震等方面进行了论述,并对钢管再生混凝土未来研究问题进行了展望.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2019(045)008【总页数】2页(P31-32)【关键词】再生混凝土;钢管混凝土;钢管再生混凝土;力学性能【作者】田璐【作者单位】中国十七冶集团有限公司,安徽马鞍山243000【正文语种】中文【中图分类】TU375近年来，随着我国城市建设的高速发展，对建筑材料的消耗量越来越大，而混凝土是使用量最大的建筑材料，它具有抗压强度大、耐久性好、抗震性能好、可模性好、取材容易和生产技术要求较低等优点，同时缺点也较为明显，如抗拉强度较小、脆性大和易开裂等。
大量使用混凝土对自然资源的消耗极为巨大，必然造成环境问题。
老旧建筑物和构筑物拆除及自然灾害如地震等则会产生大量的废弃混凝土，如果仅靠堆弃和掩埋解决诸如此类的建筑垃圾，必然造成环境的二次污染。
将废弃混凝土加工处理后作为骨料掺入混凝土中制成再生混凝土则是解决上述问题的有效措施。
钢管混凝土技术在国内已经较为成熟，因其承载力高、延性好和建筑材料使用量相对较少等优点而被广泛使用，所以钢管再生混凝土是一种较为合理的再生混凝土技术使用方案，两者结合使用可以充分发挥再生混凝土和钢管混凝土的材料特性优点，促进废弃混凝土的回收利用和再生混凝土技术的研究发展。
1 再生钢管混凝土的轴向受压性能Mohanraj等[1]开展了钢管再生混凝土柱的轴向受压试验，结果表明，在相同含钢率的条件下，钢管再生混凝土柱的极限承载力和延性要大于普通的钢筋混凝土柱和钢筋再生混凝土柱，而且钢管再生混凝土柱节省了10%左右的混凝土材料，说明了钢管再生混凝土用于实际工程结构中的可行性。
而邱昌龙[2]也得出了类似的结论，并且提出了在钢管再生混凝土柱中掺入膨胀剂可有效提高其抗压强度。
钢管再生混凝土柱研究现状与展望
钢管再生混凝土柱研究现状与展望摘要：再生混凝土的弹性模量与抗压强度低，收缩徐变大，耐久性差，各种力学性能的离散性大，利用钢管外包再生混凝土，能有效的避免再生混凝土材料的缺陷，同时为外包钢管提供支撑，产生“1+1>2”的组合效果，我国目前对钢管再生混凝土组合结构已有一定研究，研究发现，该结构可作为主要承重构件在工程中进行应用。
关键词：外包钢管；再生混凝土；组合结构1.钢管再生混凝土柱的特点再生混凝土由于再生骨料内部易产生裂纹，造成再生骨料与天然骨料相比具有表观密度低、孔隙率高、强度低、吸水率高等特点，从而使再生混凝土的力学性能低于同配比的普通混凝土。
将再生混凝土置于钢管形成钢管再生混凝土，可以利用组合构件力学性能的优势有效弥补再生混凝土的力学缺陷；其次，钢管为核心混凝土提供了一个封闭的，是对再生混凝土在结构层次上的改善。
综上，钢管再生混凝土柱（Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tube，简称 RACFST）结构这一结构形式为拓展再生混凝土在结构工程中的应用范围开辟了新的途径，正好完美顺应了现在建筑物像超高层、超大跨发展的社会潮流，因此研究锈钢管再生混凝土柱的受力状态和失效准则较普通钢管混凝土柱更具有实际意义，作为主要竖向承重构件在多层及小高层建筑中具有较为广阔的应用前景。
2.钢管再生混凝土柱研究现状目前在钢管再生混凝土柱在结构和构件层面的研究已有一定进展，在轴压短柱方面：国外Konno等[1]最早进行了 RACFST 短柱的轴压性能研究；国内杨有福等[2]开展了10个 RACFST 短柱的轴压试验；截至目前为止，国内外学者已完成了近300个RACFST试件的轴压试验试件，研究结果表明：RACFST的破坏形式与钢管普通混凝土相似，外部钢管中部鼓曲，核心再生混凝土发生剪切破坏。
在轴压中长柱方面：国外Mohanraj E K[3]开展了中长柱试件的轴压性能研究；国内吴波、张向冈[4-5]等开展了近180 个中长柱试件的轴压、偏压性能研究。
设置传力构件的圆形钢管混凝土柱受力性能研究---可复制黏贴优秀毕业论文
国内图书分类号：TU392.3学校代码：10213 国际图书分类号：624 密级：公开工学硕士学位论文设置传力构件的圆形钢管混凝土柱受力性能研究硕士研究生：马亮导师：傅学怡教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TU392.3U.D.C: 624Dissertation for the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON CONCRETE-FILLED CIRCULAR STEEL TUBE COLUMN WITH FORCETRANSMISSION MEMBERSCandidate：Ma LiangSupervisor：Prof.Fu XueyiAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Civil EngineeringAffiliation：Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence：June, 2012Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘要随着建筑技术的快速发展，高层建筑和超高层建筑已经成为现代建筑发展的必然趋势，由于核心混凝土受到钢管的紧箍作用，钢管混凝土具有抗压承载力大，延性好等优点，因此在高层和超高层建筑中已经取得了较为广泛的应用，但实际工程中钢管混凝土两种材料的共同工作问题难以得到保证，结构可能因此存在着安全性问题。
目前为止，国内外实际应用的钢管混凝土柱在受到外荷载时，荷载都首先作用于钢管壁，然后再通过核心混凝土与钢管壁之间的粘结摩擦作用传递给核心混凝土，已有的钢管混凝土柱轴压试验表明，当荷载直接作用在外钢管上时，钢管与核心混凝土共同工作的能力并得不到保证。
钢管再生混凝土长柱轴压受力性能试验研究
钢管再生混凝土长柱轴压受力性能试验研究吴炎海;方映平;冯文贤;蔡杨【摘要】Axial static loading test was carried out on 6 recycled aggregate concrete filled circular steel tubular long columns. The whole loading process and failure modes were observed,and the curves of specimens about load-deformation and load-strain were plotted. The influences of the test parameters namely slenderness ratio and confine-ment index on deformation and the bearing capacities of specimens were analyzed. By domestic and foreign relevant specifications,the ultimate bearing capacity of the specimens were calculated and compared with the measured val-ues. The results indicated that the failure process of recycled aggregate concrete filled steel tubular long columns un-der axial compression includes elastic stage,elastic-plastic stage and plastic stage,and all the failure modes are elas-tic-plastic instability;Both the slenderness ratio and confinement index affect the mechanical performance of recy-cled aggregate concrete filled steel tubular long columns under axial loading,and the confinement index is more ob-vious;Finally,the calculation and design method of recycled aggregate filled steel tubular long columns under axial loading were proposed.%进行6根圆钢管再生混凝土长柱轴压的静力加载试验，观察试件受力的全过程和破坏形态，绘制出各试件的荷载-变形和荷载-应变关系曲线，分析长径比和套箍系数2个变化参数对试件变形和承载力的影响规律，采用国内外相关规程计算各试件的极限承载力并与实测值进行对比。
正交法分析再生混凝土基本力学性能
土２ ８ ｄ抗压强度和劈拉强度分别降低 ２ ． ６ ％～ ８ ． ８ ％和 Ｏ ． ６ ％～ ４ ． ７ ％， 粉煤灰掺量 ３ ０ ％的再 生混凝 土 ９ ０ ｄ抗 压强度 比 ２ ８ ｄ提高 了 ４ ９ ％； 再生混凝土的强度随着矿 渣粉掺量的增加 呈增大趋势 ， 抗压 强度增 幅为 ４ ． ９ ％～ ８ ． １ ％， 劈拉强度增幅为 Ｏ ． ４ ％～ ４ ． ６ ％。
ｒ ｅ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ４． ９ ％～ ８． １ ％ ａ ｎｄ Ｏ． ４ ％～ ４ ． ６ ％ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｓ ｌ ａ ｇ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ．
关键词： 再生混凝土 ； 强度 ； 正交试验
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ５ ２ ８ ； Ｘ ７ ９ ９ ． １
文 献标 识 码 ： Ａ
文章编号： １ ０ ０ １ — ７ ０ ２ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ０ １ — ０ ４
Ｂａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｂ ｙ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ
钎 建魄 粉
中 国 科 技 核 心 期 刊
正 交 法分析再 生 混 凝土 基 本力学 吐 生 链
陈爱 玖 ， 孙晓培， 杨粉， 孙嘉 伟
再生混凝土力学性能试验研究
再生混凝土力学性能试验研究
李伟娜
【期刊名称】《砖瓦》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】开展不同旧料掺量下再生混凝土的烧失量、抗压强度、承载力以及粘结
性能的研究。
结果表明:旧料掺量从0增加至100%,再生混凝土的抗压强度降低幅度达22.3%;燃烧温度越高,再生混凝土的质量损失率越大且再生混凝土的颜色变化更加显著;旧料掺量越高,受火温度越高,再生混凝土的强度越低。
再生混凝土柱的荷载-位移曲线呈现先近似直线增加后缓慢增加再下降的三阶段趋势;型钢再生混凝土柱的相对滑移曲线呈现先快速增加后快速下降再快速上升的趋势,存在两个显著的
峰值。
当温度从300℃增加至600℃时,型钢柱再生混凝土的峰值位移增加幅度为16.7%,最终滑移量增幅为9.5%;600℃条件下,与常规混凝土柱相比,旧料掺量100%的型钢柱再生混凝土的峰值位移增幅达115.4%,最终滑移量增幅为35.3%。
【总页数】3页(P47-49)
【作者】李伟娜
【作者单位】福州软件职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.09
【相关文献】
1.钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究
2.钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的试验分析优化设计
3.再生粗骨料混合砂混凝土配合比的设计与基本力学性能试验研究
4.钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究
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圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验∗罗才松1，2，陈华艳1，付朝江1，邓蜀鹏1，祁皑2，王碧珍3，张泽群4（1.福建理工大学福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福州，350118）（2.福州大学土木工程学院福州，350108）（3.福建省中霖工程建设有限公司南平，353000）（4.侨智建设有限公司福州，350000）摘要为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能，以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数，设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。
通过落锤冲击试验，得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线，研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。
结果表明：钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好，能量吸收率基本恒定在67%左右；与取代率为0%相比，再生粗骨料取代率为30%时，试件跨中挠度平均降低8.9%；再生粗骨料取代率为70%时，试件跨中挠度平均降低11.4%；随着冲击能量的增加，试件跨中残余位移显著增大；轴压比在0~0.4以内，轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用；落锤质量由330 kg增加至430 kg，冲击持续时间增加16%；套箍系数增大，跨中挠度减小。
关键词钢管混凝土柱；落锤冲击；冲击能量；再生块体混凝土；时程曲线；轴压比中图分类号TU398.9；TU375.3引言据统计，我国目前每年建筑垃圾产生总量约为35.5亿吨，如果建筑垃圾能够得到充分的再利用，不仅可以解决约1/3的填埋和污染问题，还可以减少周边城市与生活垃圾一起产生的二次污染［1⁃2］。
再生混凝土（recycled aggregate concrete，简称RAC）的使用，可以减少废弃混凝土随意堆放造成的环境污染和土地占用，具有可持续发展的意义［3⁃4］。
圆钢管再生混凝土中长柱轴压性能退化研究_李军涛
混
凝 Concrete
土
理
论
研
究
THEOＲETICAL ＲESEAＲCH
doi： 10．3969j．issn．10023550．2015．04．015
圆钢管再生混凝土中长柱轴压性能退化研究
1 2 2， 3 2 李军涛 ，徐金俊 ，陈宗平 ，经承贵
（ 1． 广西交通职业技术学院 ，广西 南宁 530023 ； 2． 广西大学 土木建筑工程学院 ，广西 南宁 530004 ； 3． 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 ）
表1 试件 编号 C －1 C －4 C －7 C － 10 C － 13 试件长度 L mm 1 100 1 100 900 1 100 1 500 试件设计参数 长细比 λ 38．26 38．26 31．30 38．26 52．17 实测混凝土立方体 抗压强度 f cu M Pa 46．04 48．07 45．18 45．18 45．18 取代率 γ % 0 50 100 100 100
2
2．1
试验结果及性能指标
轴向荷载 － 位移曲线
通过试验 设 备 采 集 获 取 各 试 件 轴 向 荷 载 （ N ） － 位
由图 1 （ a ） 可见， 在试件长细比为 移（ Δ） 曲线如图 1 所示。 一致的条 件 下 （ λ = 38． 26 ） ， 再 生 粗 骨 料 取 代 率 为 0% 和 50%的曲线弹性段相互重合， 而取代率为 100%的试件曲线 试件 C － 4 的峰值荷载 弹性段则较为陡峭； 在峰值点处， 最大， 其次为试件 C － 10 ， 最小为试件 C － 1 ； 曲线进入下 降段后， 试件 C － 10 的降幅最为平缓， 而试件 C － 1 在相 又由图 1 （ b ） 可见， 在试件再生 对较大的跳跃后迅速下降。
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2019年5月第35卷第3期沈阳建筑大学学报(自然科学版)JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)May2019Vol．35，No．3
收稿日期:2018－05－17基金项目:国家自然科学基金项目(51768056)作者简介:闻洋(1976—)，男，教授，博士，主要从事组合结构方面研究．
文章编号:2095－1922(2019)03－0462－08doi:10．11717/j．issn:2095－1922．2019．03．10基于正交的圆钢管再生混凝土柱力学性能研究闻洋1，姜雯丽霞1，韩洪鹏1，付立平2(1．内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，内蒙古包头014010;2．包头市公路工程质量监督站，内蒙古包头014000)
摘要目的研究圆钢管再生混凝土柱力学性能的影响因素，推算出适用于此类组合柱的承载力计算公式．方法利用正交试验变化含钢率、取代率和长细比等参数变量对柱的荷载－应变、荷载－挠度等关系曲线进行分析．结果试验结果表明:组合柱弹塑性失稳破坏破坏特征显著，承载力影响因素的敏感程度依次为长细比、含钢率和
取代率，其均值分别为196、147、113;当长细比为50、含钢率为11%、取代率为30%时，承载力最大为1351kN;模拟结果表明:组合柱中部应力最大，破坏程度最大．结论根据国内外的承载力规程进行计算，对比得出中国CECS28—2012规程最适合此类结构，推算出适应于此组合柱的承载力计算公式:N=(－0.0168λ+1.8093)(fyAs+K1fcAc)．
关键词正交试验;钢管再生混凝土组合柱;有限元模拟;承载力;力学性能;关系曲线中图分类号TU398．1文献标志码A
StudyonMechanicsPropertiesofＲecycledConcreteFilledCircularSteelTubeColumnsBasedonOrthogonalDesignWENYang1，JIANGWenlixia1，HANHongpeng1，FULiping2(1．SchoolofCivilEngineering，InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，Baotou，China，014010;2．BaotouHighwayEngineeringQualitySupervisionStation，Baotou，China，014000)
Abstract:Inordertostudythesensitivefactorstothemechanicalpropertiesofrecycledconcretefilledcircularsteeltubularcolumnsanddeducethebearingcapacityformulasuitableforsuchcom-positecolumns，theload-strainandload-deflectioncurvesofthecolumnsareanalyzedbyorthogo-naltestwiththeparametersofsteelcontent，substitutionrateandslendernessratio，andthensimula-
tedbyfiniteelementmethod．Thetestresultsshowthattheelastic-plasticfailurecharacteristicsofcompositecolumnsareremarkable，andthesensitivityofbearingcapacityfactorsisslendernessra-tio，steelcontentandsubstitutionratiointurn．Theaveragevaluesare196，147and113，respective-ly．Whenslendernessratiois50，steelcontentis11%andsubstitutionratiois30%，themaximum第3期闻洋等:基于正交的圆钢管再生混凝土柱力学性能研究463bearingcapacityis1351kN．Thesimulationresultsshowthatthestressinthemiddleofthecom-positecolumnisthelargestandthedamagedegreeisthegreatest．Accordingtothedomesticandforeignrulesofbearingcapacity，itisconcludedthattheregulationsofCECS28—2012inChinaismostsuitableforthiskindofstructure，Finally，obtainsthecalculatingformulaofbearingcapacityfromthiscompositecolumn:N=(－0.0168λ+1.8093)(fyAs+K1fcAc)．Keywords:orthogonalexperiment;recycledconcretefilledsteeltubularcompositecolumns;finiteelementsimulationmethod;bearingcapacity;mechanicalproperty;relationshipcarves
建筑理念的不断发展，人们对建筑的要求不再仅满足于承载力要求，更是需要满足绿色、经济、舒适等要求，专家学者们提出了再生混凝土的概念［1－4］．随着钢管再生混凝土柱的出现，分析试验中的各个参数并探究它们对试件的影响规律，得出试件的优化组合，就成了研究组合柱的重中之重．M．V．Chitawadagi等［5］以钢管直径、厚度、混凝土强度及长细比为变量对钢管混凝土柱进行轴压强度试验，分析了钢管混凝土柱的轴压强度和轴向位移，通过243个试件的试验数据从3个因素和3个层次阐明模型分析的准确度;邱慈长等［6］对薄壁钢管再生混凝土柱与普通钢管混凝土柱分别进行了轴心荷载试验，对比研究了轴压荷载下的力学性能，当核心混凝土轴压强度相同时，薄壁钢管混凝土的承载力更低，极限变形量更大;张向冈等［7］通过10个圆钢管再生混凝土柱和6个方钢管再生混凝土柱研究了在不同取代率、长细比、轴压比和含钢率的参数变化下钢管再生混凝土柱的塑性铰长度;向星赟等［8］通过15根方钢管自密实再生混凝土短柱进行偏心受压试验，选取偏心距、含钢率、再生骨料替代率作为变量，对试件的破坏形态，荷载－挠度关系曲线、峰值挠度等问题进行研究，结果发现，偏心率和含钢率对钢管柱的承载力和峰值挠度的影响更显著．国内外的建筑理念已由原来的单纯承载力的要求转变为通过研究参数变量得到更为经济、舒适、安全的建筑［9－12］．基于此，笔者通过研究长细比、取代率和含钢率来分析钢管再生混凝土组合柱的力学性能，分析组合柱的破坏应力，通过正交试验得出组合柱的优化组合，最后通过采用国内外承载力计算规程对组合柱进行计算，得出适用于此类组合柱的承载力计算公式．
1试验概况
1．1试件的设计
本次试验采用三因素三水平的正交试验，共设计了9根钢管再生混凝土组合柱，试验开始前对组合柱进行简单模拟和理论计算［13］，最终确定混凝土等级为C35，并选用屈服强度为235MPa，直径为159mm的钢管．依据日本AIJ规程《钢管混凝土构造设计施工指针》(AIJ－CFT(1997))，对长柱的定义为长细比需大于48，同时考虑到如果柱子的长度太大会影响内部混凝土的浇筑质量，因此选择其长细比为50，55，60．通过对钢材标准拉伸试件进行材性试验，处理数据得到钢材的物理力学性能指标如表1，组合柱的具体参数见表2．表1钢材的物理力学性能指标Table1Physicalandmechanicalpropertiesofsteel
壁厚/mm屈服强度/MPa抗拉强度/MPa弹性模量/
105MPa
2345.6414.02.043314.2401.32.084332.7407.62.17
1．2应变片布置
为了测得组合柱的应变和挠度变化，在组合柱的1/4、1/2、3/4处的四周均匀布置横纵应变片，并在组合柱上布置4个位移计，最终由数据采集仪得出试验数据，其布置如图1所示．464沈阳建筑大学学报(自然科学版)第35卷
表2组合柱参数表Table2Parameterstableofcombinationcolumnspecimen
序号名称柱长/mm壁厚/mm长细比取代率/%含钢率/%
1C－1aA200025005
2C－1cB200045030113C－1bC20003506084C－2bA2200355085C－2aB22002553056C－2cC220045560117C－3cA24004600118C－3bB24003603089C－3aC2400260605
注:C表示圆钢管再生混凝土组合柱;1、2、3分别表示长细比为50、55、60;a、b、c分别表示壁厚为2mm、3mm、4mm;A、B、C分别表示取代率为0、30%、60%．
图1应变片与位移计布置图Fig.1Straingaugesanddisplacementgaugelayout1．3加载装置与加载制度
将组合柱置于压力机的底座，让组合柱轴心与压力机底端中心重合，用千斤顶进行轴心受压，其装置图如图2所示．此次试验是静力轴心加载试验，试验分三阶段进行:预加载、标准加载和破坏加载．预加载阶段，施加大约0.04Pmax(Pmax是组合柱的极限荷载)，进行正式加载后改由千斤顶施加大约0.1Pmax，加载到试件屈服后，将荷载改为
0.05Pmax，继续加载直到试件破坏．
图2加载装置图Fig.2Testsetup
2破坏过程
组合柱发生弹塑性失稳破坏，9根长柱的破坏过程大致相同，最终均为混凝土未被压坏，但钢管屈服导致试件破坏．在弹性阶段，荷载与应变呈线性增加，当荷载达到
0.45Pmax时，管内传出清脆响声，有轻量铁屑
掉落;继续加载后，荷载与应变曲线斜率变小，组合柱产生微小变形;施加荷载达到0.7Pmax左右时，进入弹塑性阶段，此时内部
核心再生混凝土受到钢管的约束，处于三向受压的状态，应变增加速率变快，组合柱发生变形，向一边弯曲;荷载达到0.9Pmax后，组合柱进入塑性阶段，钢管1/4和3/4处出现明显弯曲变形，铁屑严重脱落，管内传出清脆响声，荷载－应变曲线斜率继续变缓，加载到Pmax后，组合柱被压坏，卸载后组合柱继续弯
曲，最终组合柱呈“弓形”，中部挠度最大，严