钢管自密实再生混凝土加固RC短柱轴压力学性能试验及承载力计算学习体会

文献概况与研究背景

该文献由南宁学院但宇等人于2025年发表于《复合材料学报》，系统研究了钢管自密实再生混凝土对钢筋混凝土（RC）短柱的加固性能。随着建筑废弃物的增加，再生骨料混凝土的应用日益受到关注，但再生骨料的力学性能通常低于天然骨料混凝土，限制了其工程应用。钢管自密实再生混凝土加固技术通过在外包钢管内填充自密实再生混凝土，形成对RC短柱的约束，从而提高构件的承载力和延性。

钢管与再生混凝土的材料匹配性分析

从钢管制造和再生混凝土配合比设计的角度来看，钢管自密实再生混凝土加固技术的关键在于钢管与再生混凝土之间的协同工作性能。钢管提供侧向约束，再生混凝土提供抗压承载，两者通过界面粘结形成整体受力。

自密实再生混凝土的配合比设计是工程实施的关键环节。由于再生骨料含有残余砂浆，其吸水率和表面粗糙度与天然骨料不同，因此需要调整配合比以确保混凝土的流动性和强度。建议采用以下配合比设计原则：

1. 水胶比控制在0.35-0.40，掺加聚羧酸减水剂，减水率不低于25%。
2. 再生粗骨料取代率建议控制在30%-50%，超过50%时混凝土强度下降明显。
3. 掺加硅灰或矿粉，掺量控制在10%-20%，以改善再生骨料的界面过渡区（ITZ）性能。
4. 坍落度扩展度控制在600-650mm，确保自密实性能。

从焊接工艺角度，钢管加固RC短柱的连接方式通常采用外包式或插入式。外包式连接通过钢管与RC柱表面的连接件实现，插入式连接通过钢管插入RC柱预埋套管实现。无论哪种连接方式，焊接质量都是关键控制点。建议采用以下焊接质量控制措施：

1. 焊接工艺评定（WPS）应包含不同钢管厚度和连接方式的对比试验。
2. 焊缝应采用超声波检测（UT）进行100%检测，焊缝质量不低于GB/T 3323标准中的Ⅱ级。
3. 焊接后进行焊后热处理（PWHT），在550-600℃保温1-2小时，以消除焊接残余应力。

承载力计算与有限元分析验证

文献基于极限平衡理论提出了轴压承载力计算公式，平均误差在5%以内，表明公式具有较高的准确性。该公式的推导过程涉及以下关键假设：

1. 钢管在极限状态下达到屈服强度，其受压承载力为钢管截面面积乘以屈服强度。
2. 自密实再生混凝土的抗压强度为无约束混凝土强度的1.5-2.0倍，具体倍数取决于约束系数。
3. CFRP布在极限状态下达到其极限应变，其提供的约束力通过CFRP的抗拉承载力计算。

从有限元分析角度，文献建立的ABAQUS模型考虑了钢管、再生混凝土和CFRP的非线性本构关系，以及各组分之间的界面粘结行为。模型验证结果表明，试验数据与有限元模拟数据吻合较好，说明模型能够准确模拟构件的受力行为。

从工程实践角度，该加固技术的适用性受以下因素影响：

1. 原RC柱的损伤程度：损伤越严重，加固效果越明显，但超过一定损伤程度后加固效果趋于饱和。
2. 钢管与RC柱之间的粘结强度：粘结强度不足会导致界面剥离，降低加固效果。
3. 再生骨料的品质：再生骨料的吸水率和强度直接影响再生混凝土的性能。

质量控制与工程应用建议

对于钢管自密实再生混凝土加固RC短柱的制造和施工，建议采用以下质量控制措施：

• 钢管制造应符合GB/T 8162标准，壁厚偏差控制在±10%以内，直线度偏差不超过1/1000。
• 再生粗骨料应符合GB/T 25177标准，压碎值不大于20%，吸水率不大于5%。
• 自密实混凝土应符合GB/T 50496标准，坍落度扩展度600-650mm，含气量3%-5%。
• 施工环境温度应控制在5-35℃，相对湿度不超过80%，以确保混凝土的硬化性能。

从FMEA（失效模式与影响分析）的角度，该加固构件的主要失效模式包括：钢管局部屈曲、再生混凝土压碎、CFRP剥离以及钢管与RC柱之间的粘结破坏。其中，钢管局部屈曲是最常见的失效模式，其发生概率与钢管的长细比和初始缺陷密切相关。建议在设计阶段对钢管的局部稳定进行验算，必要时设置内支撑或外加强环。

总体而言，该文献的研究为钢管自密实再生混凝土加固RC短柱的设计提供了理论依据和计算公式，具有重要的工程应用价值。但在实际推广中，仍需关注再生骨料的品质控制和钢管与混凝土之间的长期粘结性能。