钢管混凝土浇注质量检测方法

温和民，孙景昌，任永旺，于宙

摘 要：为更好的检测钢管混凝土的浇筑质量，在制备钢管混凝土试样基础上，进行钢管混凝土的粘接滑移、轴压测试。结果表明，界面初始摩擦阻力是影响钢管混凝土粘接滑移的主要因素，当摩擦力大于机械咬合力和胶合力时，粘接滑移所需的力越大，当增加到一定程度，此时粘接滑移呈现匀速变化趋势;在不同加载方式下，钢管在屈服前受力不同，屈服前，主要为纵向应力;屈服后，主要为环向应力且呈现不同的变化趋势。由此通过以上两试验，可实现钢管浇注质量混凝土的检测。

关键词：钢管混凝土;粘接滑移;轴压

中图分类号：TU755.6 文献标识码：A     文章编号：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

钢管混凝土是一种将混凝土灌入钢管，通过混凝土与钢管之间的相互作用，来增强混凝土的强度、韧性和塑性，从而克服了传统混凝土的缺点。正是基于这种特点，钢管混凝土受到广泛重视和应用。在钢管混凝土制备过程中，如何提高钢管混凝土的质量，做好质量检测，成为钢管混凝土领域思考的重点。目前，针对钢管混凝土质量的检测中，常用的方法是采用无损检测，如王军文、刘建镇等提出的超声波检测方法[1-2]。但归纳当前文献发现，针对钢管混凝土质量的检测中集中在粘接滑移和轴压等性能分析方面的较少。因此，基于以上问题，本试验尝试通过对钢管混凝土进行粘接滑移测试和轴压测试，进而探讨影响钢管混凝土质量的因素，以此更好提高钢管混凝土的性能。

1 材料与方法

1.1 主要试验材料

本试验主要选取Q235和Q345两种型号的钢管。其具体结构如图1所示;钢管力学性能如表1所示。

1.2 混凝土制作

对混凝土的制備，依据GB 50164—1992和JGJ 55—2000相关标准，制备C40强度的混凝土，其中水泥∶砂∶石∶水的配合比参考文献[3]的结果为1∶1.19∶2.31∶0.42。在浇注前，将钢管内部的绣渍清洗干净，并采用立式浇注法浇筑混凝土，得到TC-A和TC-B两种不同钢管厚度的钢管混凝土试件，各为10个组。

1.3 钢管混凝土测试方法

1.3.1 粘接滑移测试的试验方法

粘接滑移测试装置如图2所示。

在图2的试验过程中，钢管混凝土试件一端为混凝土受压;而另一端为钢管受压，通过不断加载压力方式，将核心混凝土推出钢管。由此绘制荷载力和滑移的关系曲线。

1.3.2 轴压测试方法

轴压的加载方式与应变力测试方式如图3所示。其中图3（a）加载中只有核心混凝土受力;图3（b）加载中，核心混凝土和钢管共同受力。T 表示应变片布置位置，设置3组应变片对应变力进行测试。

在加载过程中，选择分级加载方式对试件轴压进行测定[4]。具体步骤为：首先提前预估钢管混凝土的极限荷载力，在荷载力达到预估值80%前，每级加载的力为预估极限承载力10%，持续3～5 min后，对每级荷载下测量的应变力数值进行读取和记录;当荷载达到预估极限承载力的80%，每级荷载力达到预估承载力的5%时，荷载值接近极限荷载。此时改变荷载施加方式，减缓荷载施加速速度，并数据进行手动采集;荷载达极限后，同时对荷载值和应变力值进行读取;待钢管混凝土试件完全变形，且荷载变形曲线出现明显下降时，停止加载，试验结束。

2 结果与分析

2.1 荷载-滑移关系曲线

通过图2的粘接滑移测试，得到图4的关系曲线。

由图4看出，两种不同钢管厚度下的荷载-滑移关系曲线，其中以压头的位移作为粘接滑移位置进行分析。随着荷载力的不断增加，压头的位移也在不断增加。当施加的荷载力达到一定的数值后，压头开始出现缓慢和匀速的移动。出现这种现象，是因为随着荷载的增加，混凝土和钢管的粘接力受到破坏，在没有粘接力的作用下，使得钢管中的混凝土摩擦力变小和稳定，从而位移变化也开始呈现匀速的特点。

而有学者认为，出现这种变化的原因，是界面初始摩擦力在小于钢管混凝土界面胶接力和微观机械咬合力时，钢管与混凝土接触界面遭到破坏，此时界面摩擦力没有对胶接力和“微观机械咬合力”起到支撑作用，如图4（b）。因此认为，钢管混凝土的破坏荷载为胶接力和微观机械咬合力的总和。当初始摩擦力比核心混凝土与钢管间的胶接力、微观机械咬合的承载力大时，钢管混凝土的界面摩擦力可以支撑胶接力及微观机械咬合力，如图4（a）所示[5-6]。分析认为，界面摩擦力的大小与钢管内径的光圆度有很大关系;而光圆度与含钢率、径厚比等有很大关系[7-9]。换句话说，本试验采用的厚度大的钢管，相对于厚度小的钢管，其产生的界面摩擦力更大。

2.2 轴压测试结果

依据图3的测试方法对钢管混凝土进行测试，得到不同加载方式下的钢管混凝土荷载-应力曲线，具体如图5和图6所示。

研究认为，不同荷载下钢管混凝土的受力包括截面折算应力（σ2）、纵向平均应力（σ1）以及环向平均应力（σ3）[10]。因此，利用钢管外表面测点的环向应变和纵向应变，同时利用平面应力状态时的应力-应变关系，得出以上3个力的结果，具体见图5（a）、（b）。

从图5看出，使用（a）加载的钢管混凝土构件，在钢管屈服前，其环向应力较小，且主要承担纵向荷载，未充分发挥对核心混凝土的约束作用;在钢管屈服后，由于混凝土的横向膨胀逐渐加大，其纵向应力减弱，环向应力逐步增强，此时环向应力主要承担载荷。

使用（b）加载的钢管混凝土构件，中部钢管屈服前，纵向和环向应力皆缓慢增加;但纵向应力大于环向应力。钢管屈服以后，混凝土会出现横向膨胀现象，则纵向应力减弱而环向应力增强。

综上可知，钢管中部的环向应力小于端部环向应力，即使在端部环向应力呈下降的背景下，钢管的端部也未屈服。因此，在实际的轴压承载力建模中，应基于钢管中部构建轴压承载力计算公式。

3 结语

通过粘接滑移和轴压试验，得到以下结论：

（1）结合两组钢管混凝土试件的荷载-滑移曲线，得出当界面的初始摩擦力大于钢管混凝土的微观机械咬合力和胶合力时，荷载与压头位移未出现拐点;当界面初始摩擦力大于机械咬合力和胶合力时，荷载-压头曲线出现拐点，且随着荷载的增加，开始呈匀速、缓慢下降趋势。

（2）（a）加载方式的钢管混凝土构件在钢管屈服前，对全部纵向荷载承担，但在屈服后，钢管的环向应力会随着混凝土横向膨胀的增强而加大，纵向应力相对减弱;对（b）加载方式的钢管混凝土构件而言，钢管中部屈服前，环纵向应力皆呈现增长趋势，但由于钢管屈服后混凝土发生横向膨胀，故纵向应力减弱而环向应力增强。

参考文献

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[3]李英铭. 圆钢管混凝土短柱轴压、粘结滑移试验和分析[D]. 沈阳：沈阳建筑大学，2011.

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