箍筋对方形配筋钢管再生混凝土受力性能影响机理的学习体会

文献概况与再生材料背景

阿里甫江·夏木西与史露江发表于《河南科技大学学报（自然科学版）》2023年第44卷第4期的这篇文献，研究了箍筋对方形配筋钢管再生混凝土（R-RACFST）受力性能的影响机理。该研究由国家自然科学基金项目（51968068）资助，属于新疆大学建筑工程学院的科研成果。

再生混凝土（Recycled Aggregate Concrete, RAC）是将建筑垃圾中的混凝土块破碎后作为骨料替代天然骨料使用，是实现建筑废弃物资源化利用的重要途径。再生骨料100%取代率意味着完全使用再生骨料替代天然骨料，这对材料性能提出了严峻挑战。再生骨料表面附着旧砂浆、内部微裂纹较多，导致再生混凝土的强度、延性和断裂韧性均低于普通混凝土。

从钢管制造与焊接技术专家的角度看，配筋钢管再生混凝土柱是一种多材料复合构件，涉及钢管成型焊接、钢筋加工连接以及再生混凝土浇筑等多个工艺环节。箍筋的形式和间距不仅影响混凝土的约束效果，还可能与钢管形成协同约束作用，这对焊接节点的应力状态和疲劳性能有直接影响。

试验设计与核心发现

本文以箍筋形式（平行式和螺旋式）和箍筋间距为变量，进行了轴压试验，分析了破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、延性和断裂韧性等力学指标。试验结果表明：

所有试件均呈现多折腰鼓破坏模式，这是方钢管混凝土柱的典型破坏特征。与钢管混凝土（CFST）试件相比，钢管再生混凝土（RACFST）试件的承载力、延性和断裂韧性分别降低7.77%、35.31%和15.30%。与RACFST试件相比，配筋的R-RACFST试件的承载力、延性和断裂韧性最大可分别提高25.63%、123.76%和56.35%。

这些数据清晰地表明，再生骨料的引入显著降低了构件的延性和断裂韧性，而配置箍筋可以有效弥补这一性能损失。特别是延性的提升幅度高达123.76%，说明箍筋对再生混凝土的约束效果非常显著。

箍筋形式与间距的影响机理

研究指出，箍筋形式和间距对峰值荷载前的受力性能无显著影响，但对峰值荷载后的延性和断裂韧性有显著影响。螺旋式箍筋相比平行式箍筋展现了更优越的延性和断裂韧性，随着箍筋间距的减小，延性和断裂韧性更为优越。

从焊接和钢管制造的角度分析，螺旋式箍筋的连续性优于平行式箍筋。平行式箍筋由多段箍筋通过搭接或焊接连接而成，在焊接节点处存在应力集中和潜在的薄弱环节。螺旋式箍筋通常由一根钢筋连续弯制而成，避免了焊接接头，整体性更好。在再生混凝土这种性能相对较差的基体中，箍筋的整体性对约束效果的发挥至关重要。

箍筋与方钢管之间的相互作用也值得关注。方钢管的纵缝通常位于棱边处，如果箍筋的焊接节点恰好位于纵缝附近，两者之间的应力叠加可能产生不利影响。在实际工程中，需要合理布置箍筋的焊接位置，避免与钢管纵缝重叠。

再生混凝土与钢管焊接的协同效应

再生混凝土的力学性能劣化主要源于再生骨料表面的旧砂浆层和内部微裂纹。在轴压荷载作用下，再生混凝土的横向膨胀受到钢管和箍筋的双重约束，这种协同约束效应是R-RACFST性能优于RACFST的根本原因。

从钢管焊接质量的角度看，再生混凝土的约束效果与钢管的约束能力密切相关。钢管的约束能力取决于其壁厚、屈服强度和截面几何形状。对于方形截面，钢管的约束效果不均匀，棱边区域的约束能力高于平面中部。再生混凝土在棱边区域承受更高的约束压力，这对棱边焊缝的质量提出了更高要求。

在焊接工艺选择方面，箍筋与钢管的连接通常采用电弧焊（SMAW或FCAW）。再生混凝土的碱骨料反应活性可能高于普通混凝土，焊接过程中产生的高温可能加剧碱骨料反应的风险。建议在焊接前对再生混凝土表面进行清理，并在焊接后采取适当的冷却措施，避免局部温度过高。

工程应用建议

基于本文的研究成果，在工程应用中提出以下建议：

第一，在再生混凝土用量较大的结构中，应优先采用螺旋式箍筋以提高延性和断裂韧性。螺旋式箍筋的加工虽然比平行式箍筋复杂，但其整体性和约束效果明显更优。

第二，箍筋间距不宜过大，建议根据再生骨料的品质和混凝土强度等级确定合理的间距。再生骨料品质较差时，箍筋间距应适当减小以增强约束效果。

第三，箍筋焊接节点应避免与钢管纵缝重叠。如果无法避免，应在焊接节点处采取加强措施，如增设补强板或采用更高强度等级的焊材。

第四，再生混凝土的浇筑质量直接影响构件性能。再生骨料的含水率控制、混凝土的坍落度调节以及振捣密实度，都会影响钢管与混凝土之间的接触状态和约束效果。

学习心得与启示

这篇文献的研究成果对钢管复合结构的设计具有重要的参考价值。再生混凝土的推广应用是实现建筑行业可持续发展的关键途径之一，但再生骨料的性能劣化问题必须通过合理的结构设计来弥补。箍筋作为一种简单有效的约束措施，其效果在再生混凝土中表现得尤为突出。作为钢管制造与焊接技术人员，我们需要关注再生混凝土对钢管焊缝的长期影响，包括再生混凝土的碱骨料反应对焊缝金属的腐蚀作用。该研究为再生混凝土在钢管复合结构中的应用提供了重要的设计依据，但在实际工程中还需要考虑施工可行性、经济性和耐久性等多方面因素。