【《不锈钢管混凝土柱轴压性能研究文献综述》3000字】

不锈钢管混凝土柱轴压性能研究文献综述不锈钢材料诞生于20世纪初的欧洲，早期是用于建筑装饰。随着世界各国相关设计规范的颁布、修订，构件截面的规格化，设计人员更加注重工程结构的综合和长远效益，不锈钢逐渐在建筑结构中得到应用并日益广泛。现有相关规范包括美国ASCE（2002）[41]、日本JSSBA（1995）[42]、欧洲EC3（2006）[43]、澳大利亚和新西兰AS/NZS4673（2001）[44]、中国CECS410（2015）[45]等。但其较高的成本（超出普通碳钢3倍以上）仍是限制其大范围推广和应用的最大障碍，随着加工工艺的改进和成本的降低，具有优越力学和耐久性能的不锈钢符合未来可持续发展的要求，也将受到更多工程师的青睐[46-47]。关于不锈钢材料性能方面，Rasmussen（2003）[48]、Gardner等（2006）[49]、Teng和Quach等（2008）[50]、Arrayago等（2015）[51]、Tao等（2016）[52]进行并收集了大量室温下多种类型不锈钢的力学拉伸试验，基于试验数据，提出了室温下不锈钢的应力-应变关系模型，主要适用于奥氏体、铁素体和双相型不锈钢。WangXQ等（2014）[53]、Tao等（2019）[54]对不同温度环境下的奥氏体、铁素体和双相型不锈钢开展力学拉伸试验，基于试验数据，修正已有不锈钢本构模型，用以准确评估其高温下的力学性能。不锈钢管混凝土（CFSST）有望同时兼具CFST和不锈钢材料的优点，在沿海基建和新兴海洋工程应用中前景广阔。但基于CFSST的材料独特性，现行钢管混凝土理论的适用性有待探究。因此，国内外学者对CFSST构件的轴压性能开展试验研究[64-82]。表1-3、表1-4分别汇总了现有CFSST短柱、长柱的轴压试验研究情况。Uy等（2011）[57]对CFSST短柱、长柱以及相应空钢管试件的轴压性能开展试验研究。结果表明，不锈钢管内填充混凝土后，其整体强度和稳定性都得到大幅提高。钢管材料的替换未影响构件整体破坏模态，如图1-4(b)、(c)所示。其N-ε骨架曲线随着截面约束效应的不同而呈现出应变硬化或应变软化现象，整体力学性能和延性更好。试件破坏时伴随着较大的轴向变形和局部屈曲，残余强度较高，尤其适合用作承受极端荷载（如火灾、爆炸等）的主要受力构件。同时，Dabaon等（2009）[56]研究表明，钢管中设置加劲肋可延缓其屈曲发展，如图1-4(d)所示，构件整体强度和延性也得以提升。（a）空钢管（b）钢管混凝土（c）不锈钢管混凝土（d）带肋不锈钢管混凝土图1-4轴压短柱的典型破坏模式随着对CFSST工作性能研究的深入，学者们开始探索在CFSST中使用新型混凝土材料的可行性，如再生混凝土、纤维混凝土、（海水）海砂混凝土等，探究其受力性能差异。马国梁（2013）[61]、Tam等（2014）[63]通过不锈钢管再生混凝土（RCFSST）的短柱轴压试验，发现再生混凝土的使用并不会影响构件整体受力性能，不锈钢管的约束还可以改善核心混凝士的性能，从而提高整体承载力。替换核心混凝土，CFSST的力学性能变化更为敏感。Ellobody等（2012）[67]通过圆形不锈钢管纤维混凝土柱的偏压试验（包括4个轴压试件），发现往混凝土中掺加纤维可提高构件延性，但对承载力影响不大。表1-3不锈钢管混凝土短柱轴压试验汇总材料类型研究人员钢材强度(MPa)截面形式混凝土类型混凝土强度(MPa)试件个数-Lam等(2008)[55]266-458圆形和方形NC30-74*12奥氏体304Dabaon等(2009)[56]285方形和矩形NC34.8-61.910Uy等(2011)[57]259-440圆形和方形NC20.0-34.9*50宫永丽(2011)[58]493-512.3圆形NC50.286陈誉等(2013)[59]330-423圆形NC22.7-26.417陈誉等(2013)[60]258方形NC22.74-29.4318马国梁(2013)[61]286.7圆形和方形NC/RAC55.3-63.414Xu等(2013)[62]394圆形和复式NC56.3-656Tam等(2014)[63]302-340圆形和矩形NC/RAC37.8-41.7*8高文才(2016)[64]496圆形NC53.3-55.17代鹏等(2019)[65]242-249圆形NC40-47.79Liao等(2019)[66]384-557圆形和方形NC/SC42.2-58.748奥氏体254SMOEllobody等(2012)[67]324圆形NC/FRC31.2-33.6*2奥氏体316Li(2016)[68]270-324圆形和复式SSC31.4*6Li(2016)[69]226-281圆形和复式SSC35.8-39.4*6双相2205(高强奥氏体)Young(2006)[70]448-536方形和矩形NC46.6-83.5*14代鹏等(2019)[65]542-544圆形NC43-53.89注：表中混凝土类型“NC、RAC、FRC、SC、SSC”分别表示普通混凝土、可再生混凝土、纤维混凝土、海砂混凝土、海水海砂混凝土；表中“*”表示混凝土强度值取圆柱体抗压强度值，未注明处表示立方体抗压强度值。表1-4不锈钢管混凝土长柱轴压试验汇总材料类型研究人员钢材强度(MPa)截面形式混凝土类型混凝土强度(MPa)试件个数奥氏体304Uy等(2011)[57]259-440圆形、方形和矩形NC36.3-75.4*24林俊(2017)[71]384圆形NC/SC43.5-77.56奥氏体254SMOEllobody等(2012)[67]324圆形NC/FRC31.2-33.6*3-黄海清(2016)[72]385-493方形和矩形NC69.254卢智奋(2017)[73]409-557方形NC/SC36.2-47.16注：表中混凝土类型“NC、SC、FRC”分别表示普通混凝土、海砂混凝土、纤维混凝土；表中”*”表示混凝土强度值取圆柱体抗压强度值，未注明处表示立方体抗压强度值。福建农林大学的学者开展了不锈钢管海砂混凝土柱轴（偏）压力学性能的试验研究[66,71-73]。试验参数为：含钢率、混凝土强度和类型、截面形式、长细比、偏心率等。研究表明，海砂混凝土的使用，未对CFSST的力学性能造成影响，相关参数的影响规律也基本一致。相比于河砂混凝土，不锈钢对海砂混凝土的约束效应更加显著。轴向荷载作用下，圆形截面的约束效应比方形截面更强。目前，已有不少关于不锈钢管混凝土柱轴压性能的研究，但存在一定不足。由表1-4、表1-5可知，在截面形式上，现有研究对象主要是圆形、方形和矩形，而广泛应用于钢管混凝土拱桥拱肋中的哑铃形截面，尚未见到相关研究报道。在不锈钢材料方面，现有研究对象主要是奥氏体304不锈钢，但其屈服强度相对较低（240~350MPa），作为钢管材料使得构件整体强度偏低且经济性差；而双向2205不锈钢的屈服强度可达450MPa及以上，但其高昂的价格（约为普通Q345碳钢的6倍）又制约了其在工程中的大量应用。铁素体不锈钢的力学性能优于奥氏体，但其较差的焊接和耐腐蚀性能制约了其在土木工程领域的应用。近年来，福建青拓集团自主研发的高氮节镍型奥氏体QN1701和QN1803不锈钢其力学和耐腐蚀性能较传统奥氏体304有了显著的提升，而价格上也相对较低，这无疑可以从材料单价和耗材上降低不锈钢管混凝土结构的造价，更为经济合理。新型QN1701和QN1803不锈钢的推出也为高强高性能不锈钢管混凝土结构的发展带来了新的契机。同时，新型不锈钢和新型混凝土材料在CFSST中的结合应用仍处于起始阶段，研究意义重大。参考文献曹雪晴,张勇,何拥军,等.中国近海建筑用海砂勘查回顾与面临的问题[J].海洋地质与第四纪地质,2008,028(003):121-125.JianzhuangXiaoetal.Useofsea-sandandseawaterinconcreteconstruction:Currentstatusandfutureopportunities[J].ConstructionandBuildingMaterials,2017,155:1101-1111.王圣洁,刘锡清,戴勤奋,等.中国海砂资源分布特征及找矿方向[J].海洋地质与第四纪地质,2003,23(003):83-89.吴纪达.钢管海砂再生混凝土轴压力学性能研究[D].山东科技大学.2017邢丽,薛瑞丰,曹喜,等.海砂海水混凝土性能研究[J].混凝土,2015(11):137-141.倪博文.使用未处理海砂制备超高性能混凝土及性能研究[D].湖南大学.2018陈荣.海砂UHPC及在地下综合管廊的应用研究.福州大学,2018.郭元强.水洗法对海砂氯离子含量影响的研究[J].广东建材,2018,034(009):27-29.刘伟,谢友均,董必钦,等.海砂特性及海砂混凝土力学性能的研究[J].硅酸盐通报,2014,33(1):15-22.刘小艳,明维,王新瑞,等.海砂混凝土的研究进展[J].混凝土,2014.李杰.海砂钢管混凝土耐腐蚀性能的研究[D].哈尔滨工业大学,2011.陈宝春.钢管混凝土拱桥（第三版）[M].北京:人民交通出版社,2016.陈礼榕,陈宝春.钢管混凝土哑铃形截面拱桥应用与分析[J].广西大学学报(自然科学版),2016(41):275.LimeiraJ,AgulloL,EtxeberriaM.Dredgedmarinesandasanewsourceforconstructionmaterials[J].MaterialesdeConstrucción,2012,62(305):7-24.BrahimSafietal.Theuseofseashellsasafineaggregate(bysandsubstitution)inself-compactingmortar(SCM)[J].ConstructionandBuildingMaterials,2015,78:430-438.LimeiraJ,AgulloL,EtxeberriaM.Dredgedmarinesandinconcrete:Anexperimentalsectionofaharborpavement[J].ConstructionandBuildingMaterials,2010,24(6):863-870.李雁,易永胜,高全,等.高性能化海砂混凝土配合比设计的正交试验研究[J].建筑技术,2010(02):162-164.尹飞龙,欧阳东,温喜廉,等.海砂与河砂,尾砂作为建筑用砂的比较研究[J].混凝土,2011,000(012):73-75,78.冷发光,丁威,周永祥,等.海砂混凝土应用技术的若干要点[J].施工技术,2011(07):97-100.赵文成,潭进财,杨景鼎.海砂用于混凝土构造物耐久性研究及使用管理[J].东南大学学报(自然科学版),2006(S2):160-166.GirishC.G,TensingDandPriyaK.L.Dredgedoffshoresandasareplacementforfineaggregateinconcrete[J].InternationalJournalofEngineeringSciences&EmergingTechnologies.2015,8(3):88-95.çağatayİH.ExperimentalevaluationofbuildingsdamagedinrecentearthquakesinTurkey