鋼管混凝土澆注質(zhì)量檢測(cè)方法

溫和民，孫景昌，任永旺，于宙

摘 要：為更好的檢測(cè)鋼管混凝土的澆筑質(zhì)量，在制備鋼管混凝土試樣基礎(chǔ)上，進(jìn)行鋼管混凝土的粘接滑移、軸壓測(cè)試。結(jié)果表明，界面初始摩擦阻力是影響鋼管混凝土粘接滑移的主要因素，當(dāng)摩擦力大于機(jī)械咬合力和膠合力時(shí)，粘接滑移所需的力越大，當(dāng)增加到一定程度，此時(shí)粘接滑移呈現(xiàn)勻速變化趨勢(shì);在不同加載方式下，鋼管在屈服前受力不同，屈服前，主要為縱向應(yīng)力;屈服后，主要為環(huán)向應(yīng)力且呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。由此通過(guò)以上兩試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)鋼管澆注質(zhì)量混凝土的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土;粘接滑移;軸壓

中圖分類號(hào)：TU755.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-5922（2021）11-0132-04

Quality Monitoring Method of Concrete Filled Steel Tube Pouring

Wen Hemin1， Sun Jingchang2， Ren Yongwang2， Yu Zhou2

（1.Cangzhou Construction Project Quality Supervision Station of Hebei Province， Cang zhou 061000， China; 2.DaYuan? Jianye Group Co.， Ltd.， Cangzhou 061000， China）

Abstract：In order to test the pouring quality of concrete steel pipe better ， the adhesive sliding and axial pressure test of concrete steel pipe are carried out on the basis of preparing concrete steel pipe samples. The results show that the initial friction resistance at the interface is the main factor affecting the bond slip of concrete steel pipe. When the friction force is greater than the mechanical bite force， the greater the force required for the bond slip， when increasing to a certain extent， the bond slip changes at a uniform speed. Under different loading modes， the steel pipe has different forces before and after submission. Before submission， it is mainly the longitudinal stress， after submission， it is mainly circular stress， and show different change trends. Through the above two tests， the detection of steel pipe pouring quality concrete can be realized.

Key words：concrete steel pipe; adhesive slip; axial pressure

0 引言

鋼管混凝土是一種將混凝土灌入鋼管，通過(guò)混凝土與鋼管之間的相互作用，來(lái)增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度、韌性和塑性，從而克服了傳統(tǒng)混凝土的缺點(diǎn)。正是基于這種特點(diǎn)，鋼管混凝土受到廣泛重視和應(yīng)用。在鋼管混凝土制備過(guò)程中，如何提高鋼管混凝土的質(zhì)量，做好質(zhì)量檢測(cè)，成為鋼管混凝土領(lǐng)域思考的重點(diǎn)。目前，針對(duì)鋼管混凝土質(zhì)量的檢測(cè)中，常用的方法是采用無(wú)損檢測(cè)，如王軍文、劉建鎮(zhèn)等提出的超聲波檢測(cè)方法[1-2]。但歸納當(dāng)前文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)鋼管混凝土質(zhì)量的檢測(cè)中集中在粘接滑移和軸壓等性能分析方面的較少。因此，基于以上問(wèn)題，本試驗(yàn)嘗試通過(guò)對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行粘接滑移測(cè)試和軸壓測(cè)試，進(jìn)而探討影響鋼管混凝土質(zhì)量的因素，以此更好提高鋼管混凝土的性能。

1 材料與方法

1.1 主要試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)主要選取Q235和Q345兩種型號(hào)的鋼管。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示;鋼管力學(xué)性能如表1所示。

1.2 混凝土制作

對(duì)混凝土的制備，依據(jù)GB 50164—1992和JGJ 55—2000相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制備C40強(qiáng)度的混凝土，其中水泥∶砂∶石∶水的配合比參考文獻(xiàn)[3]的結(jié)果為1∶1.19∶2.31∶0.42。在澆注前，將鋼管內(nèi)部的繡漬清洗干凈，并采用立式澆注法澆筑混凝土，得到TC-A和TC-B兩種不同鋼管厚度的鋼管混凝土試件，各為10個(gè)組。

1.3 鋼管混凝土測(cè)試方法

1.3.1 粘接滑移測(cè)試的試驗(yàn)方法

粘接滑移測(cè)試裝置如圖2所示。

在圖2的試驗(yàn)過(guò)程中，鋼管混凝土試件一端為混凝土受壓;而另一端為鋼管受壓，通過(guò)不斷加載壓力方式，將核心混凝土推出鋼管。由此繪制荷載力和滑移的關(guān)系曲線。

1.3.2 軸壓測(cè)試方法

軸壓的加載方式與應(yīng)變力測(cè)試方式如圖3所示。其中圖3（a）加載中只有核心混凝土受力;圖3（b）加載中，核心混凝土和鋼管共同受力。T 表示應(yīng)變片布置位置，設(shè)置3組應(yīng)變片對(duì)應(yīng)變力進(jìn)行測(cè)試。

在加載過(guò)程中，選擇分級(jí)加載方式對(duì)試件軸壓進(jìn)行測(cè)定[4]。具體步驟為：首先提前預(yù)估鋼管混凝土的極限荷載力，在荷載力達(dá)到預(yù)估值80%前，每級(jí)加載的力為預(yù)估極限承載力10%，持續(xù)3～5 min后，對(duì)每級(jí)荷載下測(cè)量的應(yīng)變力數(shù)值進(jìn)行讀取和記錄;當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)估極限承載力的80%，每級(jí)荷載力達(dá)到預(yù)估承載力的5%時(shí)，荷載值接近極限荷載。此時(shí)改變荷載施加方式，減緩荷載施加速速度，并數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)采集;荷載達(dá)極限后，同時(shí)對(duì)荷載值和應(yīng)變力值進(jìn)行讀取;待鋼管混凝土試件完全變形，且荷載變形曲線出現(xiàn)明顯下降時(shí)，停止加載，試驗(yàn)結(jié)束。

2 結(jié)果與分析

2.1 荷載-滑移關(guān)系曲線

通過(guò)圖2的粘接滑移測(cè)試，得到圖4的關(guān)系曲線。

由圖4看出，兩種不同鋼管厚度下的荷載-滑移關(guān)系曲線，其中以壓頭的位移作為粘接滑移位置進(jìn)行分析。隨著荷載力的不斷增加，壓頭的位移也在不斷增加。當(dāng)施加的荷載力達(dá)到一定的數(shù)值后，壓頭開始出現(xiàn)緩慢和勻速的移動(dòng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)殡S著荷載的增加，混凝土和鋼管的粘接力受到破壞，在沒(méi)有粘接力的作用下，使得鋼管中的混凝土摩擦力變小和穩(wěn)定，從而位移變化也開始呈現(xiàn)勻速的特點(diǎn)。

而有學(xué)者認(rèn)為，出現(xiàn)這種變化的原因，是界面初始摩擦力在小于鋼管混凝土界面膠接力和微觀機(jī)械咬合力時(shí)，鋼管與混凝土接觸界面遭到破壞，此時(shí)界面摩擦力沒(méi)有對(duì)膠接力和“微觀機(jī)械咬合力”起到支撐作用，如圖4（b）。因此認(rèn)為，鋼管混凝土的破壞荷載為膠接力和微觀機(jī)械咬合力的總和。當(dāng)初始摩擦力比核心混凝土與鋼管間的膠接力、微觀機(jī)械咬合的承載力大時(shí)，鋼管混凝土的界面摩擦力可以支撐膠接力及微觀機(jī)械咬合力，如圖4（a）所示[5-6]。分析認(rèn)為，界面摩擦力的大小與鋼管內(nèi)徑的光圓度有很大關(guān)系;而光圓度與含鋼率、徑厚比等有很大關(guān)系[7-9]。換句話說(shuō)，本試驗(yàn)采用的厚度大的鋼管，相對(duì)于厚度小的鋼管，其產(chǎn)生的界面摩擦力更大。

2.2 軸壓測(cè)試結(jié)果

依據(jù)圖3的測(cè)試方法對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行測(cè)試，得到不同加載方式下的鋼管混凝土荷載-應(yīng)力曲線，具體如圖5和圖6所示。

研究認(rèn)為，不同荷載下鋼管混凝土的受力包括截面折算應(yīng)力（σ2）、縱向平均應(yīng)力（σ1）以及環(huán)向平均應(yīng)力（σ3）[10]。因此，利用鋼管外表面測(cè)點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)變和縱向應(yīng)變，同時(shí)利用平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，得出以上3個(gè)力的結(jié)果，具體見圖5（a）、（b）。

從圖5看出，使用（a）加載的鋼管混凝土構(gòu)件，在鋼管屈服前，其環(huán)向應(yīng)力較小，且主要承擔(dān)縱向荷載，未充分發(fā)揮對(duì)核心混凝土的約束作用;在鋼管屈服后，由于混凝土的橫向膨脹逐漸加大，其縱向應(yīng)力減弱，環(huán)向應(yīng)力逐步增強(qiáng)，此時(shí)環(huán)向應(yīng)力主要承擔(dān)載荷。

使用（b）加載的鋼管混凝土構(gòu)件，中部鋼管屈服前，縱向和環(huán)向應(yīng)力皆緩慢增加;但縱向應(yīng)力大于環(huán)向應(yīng)力。鋼管屈服以后，混凝土?xí)霈F(xiàn)橫向膨脹現(xiàn)象，則縱向應(yīng)力減弱而環(huán)向應(yīng)力增強(qiáng)。

綜上可知，鋼管中部的環(huán)向應(yīng)力小于端部環(huán)向應(yīng)力，即使在端部環(huán)向應(yīng)力呈下降的背景下，鋼管的端部也未屈服。因此，在實(shí)際的軸壓承載力建模中，應(yīng)基于鋼管中部構(gòu)建軸壓承載力計(jì)算公式。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)粘接滑移和軸壓試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）結(jié)合兩組鋼管混凝土試件的荷載-滑移曲線，得出當(dāng)界面的初始摩擦力大于鋼管混凝土的微觀機(jī)械咬合力和膠合力時(shí)，荷載與壓頭位移未出現(xiàn)拐點(diǎn);當(dāng)界面初始摩擦力大于機(jī)械咬合力和膠合力時(shí)，荷載-壓頭曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，且隨著荷載的增加，開始呈勻速、緩慢下降趨勢(shì)。

（2）（a）加載方式的鋼管混凝土構(gòu)件在鋼管屈服前，對(duì)全部縱向荷載承擔(dān)，但在屈服后，鋼管的環(huán)向應(yīng)力會(huì)隨著混凝土橫向膨脹的增強(qiáng)而加大，縱向應(yīng)力相對(duì)減弱;對(duì)（b）加載方式的鋼管混凝土構(gòu)件而言，鋼管中部屈服前，環(huán)縱向應(yīng)力皆呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但由于鋼管屈服后混凝土發(fā)生橫向膨脹，故縱向應(yīng)力減弱而環(huán)向應(yīng)力增強(qiáng)。

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