型钢再生混凝土柱的研究综述.docx

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1、旅孝理N次学EASTCHINAUNIVERSITYOFTECHNO1OGY研究生文献综述题目型钢再生混凝土柱的研究综述型钢再生混凝土柱的研究综述摘要：将废弃混凝土破碎之后灌入型钢中形成型钢再生混凝土柱，型钢对再生混凝土有一定的约束力，提高了其抗压强度。于此同时，再生混凝土的存在能让型钢的屈曲延缓。本文作者结合国内外研究学者对型钢再生混凝土柱的研究，对型钢再生混凝土的力学性能等研究现状进行综合论述，为今后型钢再生混凝土柱更好地运用于实际工程中提出宝贵的建议，且此项应用研究对保护环境和节约资源也具有重大意义。关键词：型钢再生混凝土柱；抗剪强度；抗震性能Reviewofresearchonstee1

2、reinforcedrecyc1edconcreteco1umnsAbstract:Therecyc1edconcreteco1umnisformedinthepouredstee1afterthecrushingofthewasteconcrete,thestee1hascertainbindingforcetotherecyc1edconcrete,andthecompressivestrengthisimproved.Atthesametime,heexistenceofrecyc1edconcretecande1aythebuck1ingofstee1.nthispaper,combi

3、nedwiththedomesticandforeignscho1arsontheresearchofstee1reinforcedconcreteco1umn,thestudyofthemechanica1propertiesofrecyc1edconcrete,forthefutureofstee1reinforcedrecyc1edconcreteco1umnsbetterforva1uab1esuggestionsinpractica1engineering,andtheresearcha1sohasgreatsignificancetoprotecttheenvironmentand

4、savingresources.Keywords：stee1tuberecyc1edconcreteco1umn;shearstrength;seismicperformance0引言随着人类社会的不断发展，全世界范围内将面临着资源短缺问题，同时又将面临着因资源过度开采而带来的环境污染问题。对于我们一个人均资源匮乏、粗放式经营的资源消费大国，资源与环境对经济增长的约束会越来越明显。然而，在国民经济中占重要地位的建筑工业，在很大程度上是以能源、资源的过度消耗和环境污染为代价来实现其快速发展。其中混凝土的使用量逐年增多，已成为使用范围最广的建筑材料，伴随而来的环境问题也越加凸显。除此之外，全球建筑

5、行业每年还将产生的大量的建筑垃圾，其中30%40%为废弃的混凝土。据统计，上世纪90年代初，德国每年仅建筑物、构筑物拆除而产生的废弃混凝土约6200万吨，人均0.76吨；英国约4860万吨，人均0.83吨；法国约3340万吨，人均0.58吨；丹麦约440万吨，人均0.85吨。目前随着我国经济的快速发展，城市化建设的不断推进，许多工程项目在建设过程中都会产生大量的建筑垃圾，其中废弃混凝土大约1.2亿吨/年。此外，废弃混凝土还有很多重要来源，如08年四川汶川特大地震造成大面积的建筑物、道路以及桥梁等基础设施破坏，据统计，这次地震导致530多万间房屋倒塌，2143万间损毁，由此产生的建筑垃圾约3亿吨

6、，数量超过了我国每年建筑垃圾的总量。因此，废弃混凝土的处理和再利用成为一项迫切需要解决的问题。当前，较为常用的处理方法有以下三种：一是研发能够对废弃混凝土进行消解和消化的技术，减少其存有量，但是这种方法未能做到废物再利用，造成资源浪费；二是将废弃混凝土解体作为生产水泥的原料，经破碎、粉磨和煨烧等程序来制造水泥，但这一过程技术要求较高，耗资较大；三是将废弃混凝土经破碎筛分作为再生骨料使用，从而可以缓解天然骨料的供需压力，同时还可以减轻因废弃混凝土处理和天然骨料开采而对环境带来的不利影响。在这一方面国外发展较早，对废弃建筑垃圾的利用率也相对较高。其中，日本再生利用率已达到70%左右，丹麦再生利用率

7、达到67.2%,并且美国、德国、荷兰、日本等较早研究和利用废弃混凝土国家也都制定了相关的规范和措施，用以促进废弃混凝土的再利用。我国同样也非常重视废弃混凝土的再利用。但由于发展较晚，当前我国对废弃混凝土的利用率还相对较低，绝大多数未经任何处理随处堆放或是填埋。这样不仅占用了大量耕地、消耗了大量人力物力用于清运，更重要的是造成资源浪费和环境污染。对于我们一个资源相对匮乏，人均占有量有限的国家来说，从节约资源，走资源可持续发展的角度考虑，将废弃混凝土转化而来的再生混凝土引入到型钢混凝土结构中，即可以避免普通再生混凝土结构的部分缺陷，又可以最大限度的发挥型钢混凝土结构的优势，扩大其研究和应用范围，从

8、而取得良好的环境效益、经济效益以及社会效益。1型钢混凝土结构的研究发展概况1.1 型钢混凝土结构的分类和特点型钢混凝土的分类图1.3型钢混凝土梁截面示意图(a)实腹式型钢混凝土梁截面示意图(b)空腹式型钢混凝土梁截面示意图型钢混凝土结构是把型钢埋入混凝土中，并配置适量的纵筋和箍筋的一种结构形式6。其中按不同型钢骨架截面形式可以分为实腹式和空腹式两大类,实腹式型钢构件制作工艺简便，承教能力较高，常见的形式有、I、_1、+、H等，如图1.1、图1.3(a)所示；空腹式型钢构件比较节省材料，但制作费用较高，图1.2、1.3(b)为空腹式型钢混凝土柱、梁截面示意图7。1.1.1 .型钢混凝土的特点以型

9、钢和钢筋混凝土组成的型钢混凝土组合结构，作为一种独立的结构形式得以推广，得益于其优越的受力性能。相对钢结构和混凝土结构，其结构性能既有量的改变也有质的飞跃，不仅发挥了这两种传统结构的优点，同时又克服了它们的缺点，而独具特色。1与钢结构相比(1)型钢外围包裹的混凝土不仅能分担一部分拉、压、弯、剪作用，而且还能约束型钢和钢板，提高型钢骨架抵抗整体屈曲和局部屈曲的能力，在承载力一定的情况下，可以大大节约钢材的使用量，降低建设造价。据统计，采用型钢混凝土结构，可比钢结构节约50%以上的钢材。（2）由于型钢混凝土结构外部混凝土的保护作用，其防火、防锈蚀能力与钢结构相比有了显著的提高，这对建筑的安全起到至

10、关重要的作用。（3）型钢混凝土结构外围的混凝土对提高构件的刚度起到很大作用，在含钢量相等的情况下，型钢混凝土结构的刚度增长较大。因此，采用型钢混凝土结构的建筑物稳定性和舒适度都得到了较为明显的改善。2.与混凝土结构相比（1）普通钢筋混凝土结构主要由材质较脆的混凝土构成，在荷载的作用下很容易产生裂缝、破碎、剥落等现象。因此，普通混凝土结构构件的受压、受剪破坏大多呈脆性破坏，在地震时经常发生，且破坏较为严重。而型钢混凝土结构中配置了型钢，一方面型钢能对其核心区的混凝土起到约束作用，改善混凝土的脆性性质；另一方由于含钢量的提高，钢材的塑性变形能力在结构构件当中起主导作用，所以使得这种结构构件具有较好

11、的延性和抗震耗能能力，从根本上改善了结构构件的抗震性能，使其更加适合应用到高层、超高层特别是对抗震要求较高的高层、超高层建筑当中。（2）型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构相比含钢量较高，在相同荷载作用下，构件的截面可适当减小，从而解决普通结构的胖柱问题。同时，由于型钢没有像混凝土那样的受压徐变问题，在一定程度上减小了长期受压变形问题。（3）配置在型钢混凝土结构当中的型钢骨架，可以提前在工厂制作，增加建筑物的工厂化程度，提高施工质量。同时在施工时，可以应用型钢骨架承担部分施工荷载，减少支模工作量，缩短施工工序，加快工程进度。1. 2型钢混凝土结构在国内外的研究发展与应用现状1.1 .1日本型钢混凝土

12、结构的研究发展现状型钢混凝土结构（SRe）在日本得到了较为系统的研究，并且被广泛的应用到工程实践当中，最早起源于上世纪初，当时，将型钢骨架埋到砖石护墙内部构成的护墙结构从欧洲被引入到日本之后，外包型钢的砖石逐渐被混凝土替代，而形成早期SRC结构的雏形（如图1.4所示）。现在SRC结构已和其它三大传统结构并列为四大结构之一。图1.4SRC结构雏形在1920年以后，日本就开始对SRC结构进行研究。1924年内藤多仲在钢结构地震灾害调查报告中指出：层数较多的SRC结构同样具有良好抗震性能且受损程度较轻，1928年之后的十年间日本学术界先后对SRC结构做了中心和偏心受压柱、梁柱节点以及梁的试验8.19

13、51年日本建筑学会正式建立了SRC结构分会，并提出编制相关计算标准。1958年该学会颁布了以强度累加为基础的钢钢筋混凝土结构计算标准规范，1959年日本开始生产H型钢，并将其应用到SRC结构中，横尾义贯、若林灾等对H型钢混凝土结构构件进行了一系列的试验研究9。1963年第一次对SRC结构计算标准做了修订，修订后的新标准增加了有关抗剪计算的相关式子,并在说明部分给出了非对称配置时的强度累加计算方法。1968年日本十胜冲大地震之后，若林夹、南宏一研究小组对往复加载下型钢混凝土柱的偏心受压、受剪以及整体框架结构做了系统的研究10、11。1975年在东京大学仲威雄教授的主持下对原有SRC结构计算标准作

14、了第二次修订，为确保构件延性，新标准要求停止使用延性较差的格构式型钢混凝土构件，建议采用延性较好的桁架型式或是实腹式12。1978年在宫城县冲地震调查统计中SRC结构被列入到混凝土结构当中,但其受损程度均小于混凝土结构。日本在经过震后总结之后，于1981年颁布了新的耐抗震设计规范，要求对高层建筑物各层进行大地震作用下极限承载力验算。1987年在京都大学名誉教授若林案的主持下对SRC结构计算标准进行了第三次修订，新的规范由允许应力设计法和极限状态设计法两部分组成口3。1995年在日本兵库县南部的7.2级地震当中，出现了部分格构式SRC柱破坏，并导致房屋倒塌现象。虽然实腹式SRC结构房屋残余变形较

15、大，但未发生房屋破坏和人员伤亡14。通过对这次地震的调查和大量试验研究，日本于2001年再一次对SRC结构计算标准做了修订。2003年9月日本北海道发生8.0级地震，在这次地震中型钢混凝土柱受损情况较为轻微，其良好的抗震性能再次得到验证。1.2 .2.欧美型钢混凝土结构的研究发展现状欧美在型钢混凝土结构方面，虽然没有日本那样应用和研究的深入和广泛，但早在上世纪初就在相关方面的技术中使用了SRC结构，其中主要被应用到桥梁结构中。1904年，在英国为了改善钢结构建筑物中柱的防火性能，将钢构件埋入混凝土当中，而产生了最早的SRC柱。之后，欧美各国逐渐开始对该结构进行研究。1908年Burr通过试验研

16、究发现空间桁架外包混凝土能够显著提高SRC柱的承载力。1921年加拿大学者Mackay开始研究将型钢柱埋入混凝土之后的结构，并且认为这两者具有协同作用。50年代末60年代初，BS449才将外围混凝土的贡献作用考虑到构件承载力计算方面【15。直到1963年美国的ACI318-63规范中，才真正将其贡献作用考虑到实际的设计公式当中。1967年修订之后ACI规范在SRC柱设计中采用了极限状态设计法。在欧美各国，由于设计中受水平向风荷载和地震荷载影响较小，而一般情况下柱子的长度较大，因此，研究工作主要集中在柱子稳定性上。1969年Basu和Somervi11以伯理一罗伯特逊的屈曲曲线为基础，提出了新的SRC结构设计方法，并为其之后的发展奠定了坚实的基础。1973年Virdi和DoWi11ing在大量试验研究和理论分析的基础上,借助设计曲线对新的SRC柱的轴向破坏荷载计算方法做了