江苏建筑 ２０１７年第５期（总第１８５期） ０３ 矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土轴压短柱力学 性能试验研究 唐鹏，宗兰，张文福，申筛成 （南京工程学院建筑工程学院，江苏南京２１ １ １６７） 『摘 要１ 近年来钢管再生混凝土结构的研究取得了一些重要的研究成果，但尚未见到钢管一碎砖骨料再生混凝土柱的研 究成果。文章将以核心碎砖骨料再生混凝土抗压强度和试件含钢率为设计参数．设计了９根矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土 短柱。通过轴压力学性能试验，得到各试件的破坏过程、特征以及最终的极限承栽能力。研究结果证明，钟善桐先生提出的钢 管混凝土统一理论对矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土同样适用。 『关键词１ 钢管碎砖骨料再生混凝土；短柱；轴压；试验：力学性能 ［中图分类号１ ＴＵ５２８．０４１ ｆ文献标识码１Ａ『文章编号］１ｏｏ５—６２７０｛２０１７）０５—０１０３—０４ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｘｉａｌｌｙ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｃｏｌｕｍｎｓ ｏｆ Ｒｅｃｙｃｌｅｄ Ｂｒｉｃｋ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ、 ｔｈ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｓｅｃｔｉｏｎ ＴＡＮＧ Ｐｅｎｇ ＺＯＮＧ Ｌａｎ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎ－ｆｕ ＳＨＥＮ Ｓｈａｉ－ｃｈｅｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１１１６７ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｓｏｍｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｂｒｉｃｋ ａｇｇｒｅｇａｔｅ（ＲＢＡ） ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ（ＣｒＳＴ）ｃｏｌｕｍｎｓ ｈａｖｅ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｓｅｅｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｂｒｉｃｋ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｒａｔｉｏ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ａｎｄ ｎｉｎｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｃｏｌｕｍｎｓ ｏｆ ＲＢＡ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｃｏｌｕｍｎｓ ｗｉｔｈ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｓｅｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｂｙ ｔｈｅ ａｘｉａｌｌｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｎｉｉｆｅｄ－ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＣＦＳＴ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｂｙ Ｐｒｏｆ．Ｓｈａｎｇ－Ｔｏｎｇ Ｚｈｏｎｇ ｉｓ ａｌｓｏ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＲＢＡ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｃｏｌｕｍｎｓ ｗｉｔｈ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｓｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｂｒｉｃｋ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ；ｓｈｏｒｔ ｃｏｌｕｍｎ；ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｏ前言 构件力学性能的研究工作。如２００６年以来．杨有福、韩林海 伴随着建筑结构的快速发展．资源环境保护和可持续 发展问题日益突出。为此再生混凝土技术得到了广泛关注 这种技术是将废弃的混凝土再加工成为粗骨料．可部分或 等［５４１考察了方钢管再生混凝土柱的轴压性能（１２个短柱和 ４个长柱试件）、压弯性能（８个长柱试件）、抗震性能（１２个 长柱试件）．分析了再生粗骨料取代率对方钢管再生混凝土 全部替换天然石料 部分科研成果已经反映在多部规程或 标准中．如ＧＢｇｌ＂２５１７７—２０１０、ＪＣＪ／Ｔ ２４０—２０１１、ＤＧ；ＴＪ ０８— 构件力学性能的影响．建立了方钢管再生混凝土构件的力 学模型，并提出了相应的承载力计算方法。２００８年以来．吴 波和张金锁等１９－－Ｉｏｌ通过轴压试验（１２个短柱）和低周反复荷 载试验（１Ｏ个长柱试件）考察了方钢管再生混凝土柱的轴 压承载力和抗剪承载力。２０１２年以来，陈宗平等【ｌ】一ｔ３１采用更 为细致的再生粗骨料取代率划分作为设计参数．研究了方 钢管再生混凝土柱的轴压性能（１０个短柱和４个长柱试 ２０１８—２００７、ＤＢ１ １／３＇８０３—２０１ １等［１－－４］。 由于再生混凝土粗骨料表面包裹着部分硬化水泥砂浆 以及内部存在大量微裂缝．因此与常规的混凝土结构相比． 再生混凝土存在着强度较低和变形性能较差的缺点。随着 研究工作的不断推进．近年来科研人员又将再生混凝土技 术与钢管混凝土技术相融合．开展了一些钢管再生混凝土 【收稿日￣１２０１７．ｏ５．１３ 【作者简介】唐鹏，（１９９５一），南京工程学院建筑工程学院，学生。 基金项目：国家自然科学基金面上项目（５１５７８１２０，５１１７８０８７） 江苏省大学生创新创业训练计划项目（２０１６１１２７６００９Ｚ２０１６） 江苏建筑 件）、压弯性能（１２个长柱试件）、抗震性能（５个长柱试件）、 表２ 钢管和混凝土粘结滑移性能（１０个试件），并提出了方钢管 再生混凝土柱的应力一应变关系．并给出承载力的计算方 法 此外国内的肖建庄等学者［１￣１３ｏ也相继开展了钢管再生混 凝土抗压强度分布特征、单轴受拉性能试验等性能的试验 研究 最近南京工程学院的宗兰教授［２０－２４］还对碎砖类骨料再 ２０１７年第５期（总第１８５期） 钢材的力学性能指标 生混凝土的力学性能、抗冻性能、收缩率等开展了系列的研 究。 １．２试验方法 （１）试验布置 本次试验在南京工程学院的５０ｏｔ压力试验机上完成 综上所述．虽然再生混凝土的研究已取得了系列的研 究成果。并编制了相应的技术标准．但尚未见到钢管一碎砖 骨料再生混凝土柱的研究成果．因此本文旨在对矩形钢 管一碎砖骨料混凝土的轴压力学性能进行探索性研究 １ 矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土轴压短柱力学性能试验 （图１）。在正式加载之前，为保证压力机、应变仪正常工作 须对试件进行试压，荷载为假想理论值的３０％，重复３次， 查看压力机数据是否合理正常，应变仪各通道是否工作；另 外为了尽可能让试件承受轴向压力作用．须对试件进行几 何对中和物理对中 １．１试件设计与材料强度 为了分析和研究矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土轴压 短柱力学性能．本次试验以含钢率和再生混凝土强度为参 数，设计３组试验。每组３根，共计９根矩形钢管一碎砖骨 料再生混凝土短柱试件。相关的设计参数如表ｌ。表２为钢 管的实测参数。表３为混凝土和试件的实际套箍系数。 表ｌ 试件参数设计表 （２）ＪＪＩｌ载制度 在试验开始阶段．每级加载荷载１００ｋＮ；当荷载达到预 计极限荷载的７０％之后．每级加荷降至５０ｋＮ。同时每级加 荷速度保持为５ｋＮ／ｓ：当加载荷载接近预计极限荷载时．各 级加载荷载须逐渐减小以尽可能多的获得较多数据从而得 到试件更加准确的荷载一位移曲线的峰值荷载。最后．当荷 载超过峰值点后．应当继续加载直至试件出现较大变形．从 而连续采集应变片和位移计的度数，方可终止试验。 呻 ＼试ｌ忭 。 ｌ传¨ｌ 注：①ｄ表示含钢率，ａ＝Ａ／Ａ Ａ。及Ａ 分别为钢管和混凝土的 截面面积 图１实验装置实景 表３ 试件实际尺寸和材料强度 注：（ 表示再生混凝土轴心抗压强度 ｋ 。 。。。，ｋ、 ．及 分别考虑了ｌＯＯｍｍ立方体试块尺寸效应、混凝土棱柱体强度与立 方 体强度的折算及混凝土脆性影响，按《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５０ｏ１Ｏ一２００２）Ｉ￣。②∈表示试件的套箍系数，∈＝ 。 江苏建筑 ２０１７年第５期（总第１８５期） １０５ １．３试验结果及分析 （１）试验结果 通过试验．得到了矩形钢管——碎砖骨料再生混凝土 凝土． 而导致试验结果远低于理论计算结果 ２结论 （１）矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土试件的破坏模式 与钢管普通混凝土基本一致 在试验参数范嗣内．核心碎砖 妞拄轴心受压试验的破坏模式、轴向荷载一位移关系曲线 如ｌ刳２所示．填充混凝土强度为Ｃ３０的ｌ组试件破坏 骨料再生混凝土抗压强度的提高随含钢率 的增大而增 大，随核心混凝土抗压强度ｆ的减小而增大。 （２）矩形钢管一碎砖骨料再生混凝土试件的极限承载力 明显大于外约束钢管和核心碎砖骨料再生混凝土单独一１ 作 的承载力之和．．这表明同钢管普通混凝土一样．在矩形钢 形怠｝孑其他２组差别很大．其他２组强度为Ｃ２０和Ｃ４０的 试件的破坏特征与之就比较接近． ．管一碎砖骨料再生混凝土组合试件中．由于钢管的环箍作 用．核心碎砖骨料再生混凝土也处于三向受力状态．其抗压 强度得到显著提高．混凝土约束钢管，延缓其屈曲．使其延性 图２ 试件的破坏模式 除Ｃ３０组外，其他２组试件存加载过程中表现类似： 得到改善．两者可协同Ｔ作．整体上提高了试件极限承载力 （３）与钟善桐先生提出的钢管混凝土统一理论对比发现． 除存在制作缺陷的Ｃ３０组外．其余２组矩形钢管一碎砖骨料 再生混凝土试件的极限承载力都要比理论计算值高｝｛Ｉ ５％Ｎ 开始加载阶段．试件处于弹性阶段．试件巾部应变呈线性增 长状态，同时外观稳定．并无明湿变化；随着衙载增加，试件 逐步进入弹 性阶段．试件钢管端部表面开始Ｌ叶Ｉ现斜向剪七ＪＪ 滑移痕迹．同时向试件中部延伸：存达到极限荷载前外钢管 无口月硅鼓曲，衙载达到峰值后，随着承载力的逐渐下降，在钢 管的不利位置处陆续出现鼓ｆ｝ｆｆ．最终多个侧面发生严重鼓 ｌ０％ ｝太１此．钢管混凝土统一理论对矩形钢管一碎砖骨料冉生 混凝土同样适＿Ｉ｛Ｊ 、 参考文献 【１】混凝土用再生粗骨料：ＧＢ／Ｔ ２５１７７—２０１０［Ｓ１．北京：中国 标：住出版社－２（）１０． Ｉｆ｝ 在奉试验中，Ｉ除Ｂ３外．剩余试件的套箍系数皆大于１．０， Ｉｑ 奉试验以试件轴向变形过大标志试件完全破坏 【２】再生骨料应用技术规程：Ｊｑ『／Ｔ ２４０—２０１１ｌｓ】．北京：中国 建筑工业出版社．２（）１１． ｆ２）实验结果分析 根据本文的９根试件的矩形钢管一碎砖骨料再生混凝 土短柱轴心受压试验．得到ｌ『相应的极限承载力．结果列于 表４为了验证钟善桐先生提Ｉ｝Ｊ的钢管混凝土统一理论对 矩肜钢管一碎砖骨料再生混凝土的适Ｊ｝｝ｊ性．表４叶１还列出相 晦的理论计算结果． ．１３１再生混凝土应用技术规程：ＤＧ／ＴＪ ０８—２０１８—２（）０７ＩＳ］．上 海：上海市建设和交通委员会．２００７． 【４】再生混凝土结构设计规程：ＤＢ１１／Ｔ ８０３—２０１１【Ｓ】．北京： 北京市城乡规划标准办公室．２０１１． 【５】杨有福．钢管再生混凝土构件受力机理研究Ｕ１．工业建筑， ２００７．６２（１ ２）：７—１２． Ｉ６１杨有福．铜管再生混凝土构件力学性能和设计方法若干 如表４数据所示，９组试件巾，除Ａ２、Ｂ２、Ｃ２外，其余 矩彤钢管一碎砖骨料再生混凝土试件的轴心受压承载力试 验结果与钢管普通混凝土理论计算结果相差不大．在ｌ０％ 以内 啄Ｉ 是Ａ２、Ｂ２、Ｃ２因构件制作有缺陷，在试验加载过 问题的探讨Ｕ】．工业建筑，２００６，３６（１１）：１—６． ｆ７１杨有福，韩林海．钢管再生混凝土结构工作机理的若干关 键问题研究『Ａ１．首届全国再生混凝土研究与应用学术交流 会论文集『Ｃ１．上海：２００８：４５５—４６４． 程『１】．核心碎砖骨料再生混凝土和外约束钢管并未协同Ｔ 作．外约束钢管首先发生了局部朋ｌ¨１．【又｛此不能约束核心混 ｆ８１杨有福，侯睿．高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与 ０６ 江苏建筑 ２０１７年第５期（总第１８５期） 试验研究Ⅱ】．防灾减灾工程学报，２０１２，３２（１）：７１－７６． ｆ１９１宋冬生，曾兴华，方春霖．建筑垃圾制备新型墙材的技术 『９１吴波，刘琼祥，刘伟．薄壁钢管再生混合短柱轴压性能试 研究Ｕ】．砖瓦，２０１２（２）：１２—１６． 验研究Ⅱ］．建筑结构学报，２０１２，３３（９）：３０—３７． ｆ２０１宗兰，余倩，张士萍．碎砖类骨料再生混凝土的力学性能 【１ ０ｌ吴波，张金锁，赵新宇．薄壁方钢管再生混合柱抗震性能 研究Ｕ】．混凝土，２０１３（６）． 试验研究Ｕ】＿建筑结构学报，２０１２，３３（９）：６９—８１． 【２１】宗兰，顾月芹，张士萍，汤洁，王磊．碎砖骨料再生混凝土 『１１ｌｉａｒ晓军，陈宗平，薛建阳，苏益声．方钢管再生混凝土短柱 耐久性研究综述田．江苏建材，２０１４（１０）． 轴压承栽性能试验研究Ⅱ］．工程力学，２０１３（０８）． 【２２】汤贝贝，王磊，宗兰，陈龙，张春．碎砖骨料再生混凝土的 【１２】陈宗平，柯晓军，薛建阳，苏益声．钢管约束再生混凝土 抗冻性能试验研究Ⅱ］．江苏建材，２０１５（６）． 的受力机理及强度计算Ⅱ］．土木工程学报，２０１３（０２）． ｆ２３】王磊，汤贝贝，宗兰，刘念开，陆宏伟．碎砖骨料再生混凝 【１３】李军涛，陈宗平，刘峰．钢管再生混凝土轴压性能试验 土收缩率试验研究Ⅱ】．江苏建材，２０１５（６）． 研究ＩＪ］．混凝土，２０１２（０７）． 【２４】宗兰，朱秀，曹巍，郑志全．碎砖类骨料再生混凝土砌墙 【１４】肖建庄，雷斌，袁飚．不同来源再生混凝土抗压强度分布 砖的研究综述Ⅱ】．江苏建材，２ｏ１５（８）． 特征研究Ⅱ】．建筑结构学报，２００８０５）． 『２５１郭兰慧，张素梅．截面长宽比对矩形钢管高强混凝土力 【１５】肖建庄，兰阳．再生混凝土单轴受拉性能试验研究田．建 学性能的影响Ｄ】．哈尔滨工业大学学报，２００７（４）：５３０—５３５． 筑材料学报．２００６（０２）． 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