钢管混凝土徐变系数预测模型文献学习体会

文献概况与研究意义

本文由湖南城市学院曹国辉等作者完成，发表于2016年《中南大学学报（自然科学版）》第47卷第2期。钢管混凝土（Concrete Filled Steel Tube, CFST）作为一种高效的结构形式，在高层建筑、大跨桥梁和工业设施中应用广泛。然而，混凝土的收缩徐变（Shrinkage and Creep）是CFST构件长期性能退化的重要原因，直接影响结构的长期变形、应力重分布和承载力。与普通钢筋混凝土不同，CFST中钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于三轴受压状态，其徐变特性与普通混凝土存在本质差异，因此需要专门的徐变系数预测模型。

试验方案与徐变特征

研究对8根圆柱体试件进行了长达870天的徐变测试，试验周期充分覆盖了混凝土徐变的主要发展阶段。试验结果表明，钢管混凝土的徐变变形在100天后趋于稳定，较普通混凝土稳定时刻的变形时间明显提前。这一发现具有重要的工程意义——它意味着CFST构件的长期变形在服役初期即可基本确定，有利于施工阶段的变形控制和后期运营期的结构健康监测。

从钢管制造和焊接的角度看，CFST构件的徐变行为与钢管的制造质量密切相关。钢管的椭圆度偏差、壁厚不均匀性和焊接残余应力都会影响钢管与混凝土之间的约束压力分布，进而影响混凝土的徐变发展。例如，螺旋焊管（SSAW）的焊缝螺旋线方向与轴向应力方向存在夹角，在长期荷载作用下，焊缝区域的应力状态可能发生变化，对徐变产生局部影响。

徐变机理与预测模型

本文基于混凝土徐变的继效流动理论（Successive Flow Theory）和多轴应力作用下的徐变理论，结合CFST轴心受压构件的受力特点，提出了徐变系数预测模型。该模型将钢管混凝土的徐变变形分解为三个组成部分：

该模型的物理意义清晰，公式形式简洁，计算效果较好。与CEB-FIP模型和ACI模型相比，本文模型的优势在于考虑了钢管约束对混凝土徐变的抑制作用，更符合CFST的实际受力状态。

与工程实践的结合

在实际工程中，CFST构件的徐变控制涉及多个环节。钢管的制造精度直接影响钢管与混凝土之间的初始接触状态，进而影响约束压力的大小和分布。对于焊接钢管（如ERW焊管、LSAW直缝埋弧焊管），焊缝区域的金属组织与母材存在差异，在长期应力作用下，焊缝区域的徐变行为可能与母材区域不同。

在CFST构件的制作过程中，钢管的预变形（Pre-camber）是控制长期变形的常用手段。根据本文的徐变预测模型，可以计算不同龄期混凝土的徐变系数，从而确定合理的预变形量。对于大跨桥梁中的CFST拱肋，徐变引起的拱轴线形变化直接影响桥梁的线形控制和承载性能。

钢管混凝土构件的焊接接头也是长期性能的关键部位。焊接热影响区（Heat Affected Zone, HAZ）的组织和性能与母材存在差异，在长期应力和温度作用下，HAZ区域的徐变行为可能加速。建议对CFST构件的焊接接头进行长期蠕变试验，以获取HAZ区域的徐变参数，完善预测模型。

模型验证与适用性讨论

本文模型的验证基于8根试件的试验数据，样本量相对有限。在实际工程中，CFST构件的截面形式（圆形、方形、多边形）、钢管壁厚与直径比（D/t）、混凝土强度等级和钢管钢材强度等级等参数的变化范围很大，模型的适用性需要在更广泛的参数范围内验证。

从钢管制造角度考虑，不同制造工艺的钢管（无缝钢管、ERW焊管、LSAW焊管、螺旋焊管）的力学性能和残余应力状态存在差异，这些差异可能影响钢管对混凝土的约束效果，进而影响徐变行为。建议在模型中引入钢管制造工艺的影响因子，以提高预测精度。

总体而言，本文为钢管混凝土徐变系数的预测提供了新的理论方法和计算工具，对CFST结构的长期性能评估具有重要的参考价值。但模型在实际工程中的推广应用，仍需结合更多工程实例进行验证和完善，特别是对于不同钢管制造工艺和不同服役环境条件下的徐变行为，需要进一步深入研究。