新型預制管混凝土柱粘結性能問題

(河北工程大學土木工程學院 河北 邯鄲 056038)

一、概述

隨著我國社會經濟水平的日益提升，建筑結構逐漸向著大跨、超高方向轉變。各種各樣的結構形式應運而生。鋼管混凝土柱以其承載力高、整體剛度大、自重輕、施工速度快、抗震性能好等優(yōu)點，已然成為學者研究的熱點結構形式之一。鋼管混凝土柱是在鋼管中填充混凝土而形成的構件，然而鋼管處在腐蝕或高溫環(huán)境中時會發(fā)生鋼材軟化，鋼管混凝土柱就會因鋼管遭到破壞而不能正常使用。天津大學提出的一種新型混凝土柱組合結構[1]，即以混凝土預制管代替鋼管形成的一種新型預制管混凝土柱。該預制管混凝土柱不僅具有鋼管混凝土柱的優(yōu)點，而且克服了鋼管混凝土柱耐腐蝕、高溫性能差的缺陷。另外，預制管混凝土柱相對于鋼管混凝土柱成本較低，適用范圍更廣，是一種值得深入研究的新型組合結構。

二、新型預制管混凝土結構的特點

(一)構件質量易于保證

預制管混凝土柱中的預制管部分可以在工廠加工制造，機械化程度高，質量容易得到保證。當前工地使用的混凝土強度等級已高達C80，現(xiàn)澆施工時干擾因素多，混凝土整體質量很難得到保證，為了達到混凝土設計強度，還必須采取成本較高的先進技術及組織措施。而在預制構件廠中，C60、C80甚至更高強度等級的混凝土已被廣泛的使用，混凝土預制管依據設計要求在工廠規(guī)模化生產，成本可以得以降低。

(二)施工速度快

在工廠制作的混凝土預制管采用流水作業(yè)，生產速度快，不占用現(xiàn)場施工時間，可以顯著縮短工期、加快施工進度。采用預制管混凝土柱可以節(jié)省柱結構的支模和拆模兩道工序，并且可以在工廠完成大量的鋼筋綁扎工作，從而留給現(xiàn)場施工的只有少量的鋼筋綁扎，預制管吊裝，核心混凝土澆筑等工作，極大提高了施工效率。考慮到混凝土預制管自身就有較高的承載力，因此在核心混凝土養(yǎng)護完畢之前就可以進入下一層的施工，省去了支模和混凝土終凝的時間，大大縮短了工期。

(三)文明施工

預制管不僅具有受力的作用，而且可以用作核心區(qū)混凝土現(xiàn)澆的支撐模板，這樣一來，不僅能夠節(jié)省大量的模板和支撐，減少施工占地，而且還對現(xiàn)場的文明施工和安全生產有益。

(四)整體受力形式較好

由于新型預制管混凝土柱中外殼預制管與核心混凝土都是以混凝土作為主要材料，相對于鋼管混凝土柱的協(xié)同工作性能，新型預制管混凝土柱的協(xié)同工作性能自然更加容易得到保證，并且使用相同材料的新型預制管混凝土柱與梁能夠實現(xiàn)更好的緊密連接，現(xiàn)澆核心混凝土也能很好的克服預制框架體系整體性較弱的不足，從而確保了節(jié)點的整體性，極大增強了結構整體協(xié)作能力，提高了結構的抗震性能。

(五)應用范圍廣

預制管混凝土柱與鋼管混凝土柱具有相似的作用機理，而且混凝土預制管耐高溫，耐腐蝕性能比鋼管好，因此預制管混凝土柱的耐久性會更好，適應范圍更廣，可以用作框架柱、橋墩柱及建筑物外部長柱等。

(六)裝修維護容易

預制管混凝土柱中的預制管可實現(xiàn)清水柱面。在施工現(xiàn)場實現(xiàn)清水柱面，那就需要非常嚴格的模板工程，相應的措施費將會大大提高。而對于預制管混凝土柱結構，在工廠規(guī)模化生產的預制管可以實現(xiàn)低成本高效率條件下的清水柱面施工，保證預制管混凝土柱表面狀況的同時可節(jié)省相應的抹灰或者清水施工措施費，并且預制管混凝土柱結構具有較好的耐高溫耐腐蝕能力，易于后期的裝修維護。

(七)成本較低

模板是混凝土結構施工中使用量大、面廣的施工機具，而采用預制管混凝土柱可以節(jié)省大量的模板用量。預制管混凝土柱的預制管在工廠預制成型，而在工廠中模板使用率較高，人均效率更快，單位面積的模板價格就會有所降低，并且施工現(xiàn)場僅僅需要吊裝工程，如此一來就會極大減少人力和財力。

(八)與鋼管混凝土相比，經濟性、耐久性較好

鋼管混凝土柱結構是一種很好的組合結構，目前已被廣泛的應用于工程中。與預制管混凝土柱結構相比，鋼管具有較差的耐火性和耐腐蝕性，需要對鋼材表面進行專門的防腐防火處理，而預制混凝土管完全能夠克服這些不足。另外就成本角度而言，鋼材的成本遠遠高于混凝土。

總而言之，新型預制管混凝土柱結構具有很多優(yōu)點。我國當前尚沒有此類結構體系的研究，更沒有工程實例，所以，進行預制管混凝土柱的深入研究具有重要的理論意義和實際意義。考慮到預制管混凝土柱結構是一種足以媲美鋼管混凝土柱結構的新型組合結構，研究的理論意義自然不言而喻；對于實際意義，開展預制管混凝土柱結構研究有助于推動我國建筑工業(yè)化的發(fā)展進程，發(fā)展綠色環(huán)保建筑，并且益于實現(xiàn)建筑工程質量提升和保障。

三、新型預制管混凝土柱粘結性能研究需要解決的幾個問題

從現(xiàn)有的鋼管混凝土研究資料來看，鋼管混凝土界面粘結性能研究主要集中以下三個方面：粘結強度、本構關系和粘結機理。借鑒以上鋼管混凝土的粘結性能研究成果及研究方法，開展預制管混凝土柱粘結性能研究也需要從以下幾個方面進行。

(一)預制管混凝土柱界面粘結強度研究

對于鋼管混凝土結構，多數(shù)研究者都對其粘結強度進行過研究，發(fā)現(xiàn)影響粘結強度因素眾多。因此，粘結強度的研究是鋼管混凝土粘結性能的核心內容之一。對于預制管混凝土柱粘結性能研究，也必須開展粘結強度的研究。

(二)預制管混凝土柱界面粘結-滑移本構關系研究

粘結-滑移本構關系，揭示粘結破壞過程中粘結力與滑移量的關系。這對于從量的角度準確把握鋼管混凝土的粘結性能有意義。預制管混凝土柱粘結研究也需要確定界面粘結-滑移本構關系。此外，從數(shù)值模擬角度上，也需要研究界面粘結-滑移曲線。

(三)預制管混凝土柱界面粘結破壞機理

預制管混凝土柱界面粘結力組成類似鋼管混凝土柱，也是主要由化學膠結力、機械咬合力和摩擦力三部分組成。但是，這三部分在整個預制管混凝土粘結作用中分別占多少比重，是如何工作的，分別受到什么因素的影響，破壞過程是如何進行的都需要進一步的研究。

四、結束語

本文闡述了新型預制管混凝土柱的產生過程，并對這種新型結構柱的特點進行了探討，最后在鋼管混凝土粘結性能問題基礎上提出了新型預制管混凝土柱粘結性能問題研究需要解決的幾個問題，為新型預制管混凝土柱粘結性能研究打下一定的基礎。