鋼管混凝土澆注質量檢測方法

溫和民，孫景昌，任永旺，于宙

摘 要：為更好的檢測鋼管混凝土的澆筑質量，在制備鋼管混凝土試樣基礎上，進行鋼管混凝土的粘接滑移、軸壓測試。結果表明，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，當摩擦力大于機械咬合力和膠合力時，粘接滑移所需的力越大，當增加到一定程度，此時粘接滑移呈現勻速變化趨勢;在不同加載方式下，鋼管在屈服前受力不同，屈服前，主要為縱向應力;屈服后，主要為環向應力且呈現不同的變化趨勢。由此通過以上兩試驗，可實現鋼管澆注質量混凝土的檢測。

關鍵詞：鋼管混凝土;粘接滑移;軸壓

中圖分類號：TU755.6 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：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，通過混凝土與鋼管之間的相互作用，來增強混凝土的強度、韌性和塑性，從而克服了傳統混凝土的缺點。正是基于這種特點，鋼管混凝土受到廣泛重視和應用。在鋼管混凝土制備過程中，如何提高鋼管混凝土的質量，做好質量檢測，成為鋼管混凝土領域思考的重點。目前，針對鋼管混凝土質量的檢測中，常用的方法是采用無損檢測，如王軍文、劉建鎮等提出的超聲波檢測方法[1-2]。但歸納當前文獻發現，針對鋼管混凝土質量的檢測中集中在粘接滑移和軸壓等性能分析方面的較少。因此，基于以上問題，本試驗嘗試通過對鋼管混凝土進行粘接滑移測試和軸壓測試，進而探討影響鋼管混凝土質量的因素，以此更好提高鋼管混凝土的性能。

1 材料與方法

1.1 主要試驗材料

本試驗主要選取Q235和Q345兩種型號的鋼管。其具體結構如圖1所示;鋼管力學性能如表1所示。

1.2 混凝土制作

對混凝土的制備，依據GB 50164—1992和JGJ 55—2000相關標準，制備C40強度的混凝土，其中水泥∶砂∶石∶水的配合比參考文獻[3]的結果為1∶1.19∶2.31∶0.42。在澆注前，將鋼管內部的繡漬清洗干凈，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個組。

1.3 鋼管混凝土測試方法

1.3.1 粘接滑移測試的試驗方法

粘接滑移測試裝置如圖2所示。

在圖2的試驗過程中，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系曲線。

1.3.2 軸壓測試方法

軸壓的加載方式與應變力測試方式如圖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 表示應變片布置位置，設置3組應變片對應變力進行測試。

在加載過程中，選擇分級加載方式對試件軸壓進行測定[4]。具體步驟為：首先提前預估鋼管混凝土的極限荷載力，在荷載力達到預估值80%前，每級加載的力為預估極限承載力10%，持續3～5 min后，對每級荷載下測量的應變力數值進行讀取和記錄;當荷載達到預估極限承載力的80%，每級荷載力達到預估承載力的5%時，荷載值接近極限荷載。此時改變荷載施加方式，減緩荷載施加速速度，并數據進行手動采集;荷載達極限后，同時對荷載值和應變力值進行讀取;待鋼管混凝土試件完全變形，且荷載變形曲線出現明顯下降時，停止加載，試驗結束。

2 結果與分析

2.1 荷載-滑移關系曲線

通過圖2的粘接滑移測試，得到圖4的關系曲線。

由圖4看出，兩種不同鋼管厚度下的荷載-滑移關系曲線，其中以壓頭的位移作為粘接滑移位置進行分析。隨著荷載力的不斷增加，壓頭的位移也在不斷增加。當施加的荷載力達到一定的數值后，壓頭開始出現緩慢和勻速的移動。出現這種現象，是因為隨著荷載的增加，混凝土和鋼管的粘接力受到破壞，在沒有粘接力的作用下，使得鋼管中的混凝土摩擦力變小和穩定，從而位移變化也開始呈現勻速的特點。

而有學者認為，出現這種變化的原因，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械咬合力時，鋼管與混凝土接觸界面遭到破壞，此時界面摩擦力沒有對膠接力和“微觀機械咬合力”起到支撐作用，如圖4（b）。因此認為，鋼管混凝土的破壞荷載為膠接力和微觀機械咬合力的總和。當初始摩擦力比核心混凝土與鋼管間的膠接力、微觀機械咬合的承載力大時，鋼管混凝土的界面摩擦力可以支撐膠接力及微觀機械咬合力，如圖4（a）所示[5-6]。分析認為，界面摩擦力的大小與鋼管內徑的光圓度有很大關系;而光圓度與含鋼率、徑厚比等有很大關系[7-9]。換句話說，本試驗采用的厚度大的鋼管，相對于厚度小的鋼管，其產生的界面摩擦力更大。

2.2 軸壓測試結果

依據圖3的測試方法對鋼管混凝土進行測試，得到不同加載方式下的鋼管混凝土荷載-應力曲線，具體如圖5和圖6所示。

研究認為，不同荷載下鋼管混凝土的受力包括截面折算應力（σ2）、縱向平均應力（σ1）以及環向平均應力（σ3）[10]。因此，利用鋼管外表面測點的環向應變和縱向應變，同時利用平面應力狀態時的應力-應變關系，得出以上3個力的結果，具體見圖5（a）、（b）。

從圖5看出，使用（a）加載的鋼管混凝土構件，在鋼管屈服前，其環向應力較小，且主要承擔縱向荷載，未充分發揮對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，其縱向應力減弱，環向應力逐步增強，此時環向應力主要承擔載荷。

使用（b）加載的鋼管混凝土構件，中部鋼管屈服前，縱向和環向應力皆緩慢增加;但縱向應力大于環向應力。鋼管屈服以后，混凝土會出現橫向膨脹現象，則縱向應力減弱而環向應力增強。

綜上可知，鋼管中部的環向應力小于端部環向應力，即使在端部環向應力呈下降的背景下，鋼管的端部也未屈服。因此，在實際的軸壓承載力建模中，應基于鋼管中部構建軸壓承載力計算公式。

3 結語

通過粘接滑移和軸壓試驗，得到以下結論：

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

（2）（a）加載方式的鋼管混凝土構件在鋼管屈服前，對全部縱向荷載承擔，但在屈服后，鋼管的環向應力會隨著混凝土橫向膨脹的增強而加大，縱向應力相對減弱;對（b）加載方式的鋼管混凝土構件而言，鋼管中部屈服前，環縱向應力皆呈現增長趨勢，但由于鋼管屈服后混凝土發生橫向膨脹，故縱向應力減弱而環向應力增強。

參考文獻

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