不銹鋼管混凝土柱軸壓性能研究文獻(xiàn)綜述不銹鋼材料誕生于20世紀(jì)初的歐洲，早期是用于建筑裝飾。隨著世界各國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的頒布、修訂，構(gòu)件截面的規(guī)格化，設(shè)計(jì)人員更加注重工程結(jié)構(gòu)的綜合和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益，不銹鋼逐漸在建筑結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用并日益廣泛?，F(xiàn)有相關(guān)規(guī)范包括美國(guó)ASCE（2002）[41]、日本JSSBA（1995）[42]、歐洲EC3（2006）[43]、澳大利亞和新西蘭AS/NZS4673（2001）[44]、中國(guó)CECS410（2015）[45]等。但其較高的成本（超出普通碳鋼3倍以上）仍是限制其大范圍推廣和應(yīng)用的最大障礙，隨著加工工藝的改進(jìn)和成本的降低，具有優(yōu)越力學(xué)和耐久性能的不銹鋼符合未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的要求，也將受到更多工程師的青睞[46-47]。關(guān)于不銹鋼材料性能方面，Rasmussen（2003）[48]、Gardner等（2006）[49]、Teng和Quach等（2008）[50]、Arrayago等（2015）[51]、Tao等（2016）[52]進(jìn)行并收集了大量室溫下多種類(lèi)型不銹鋼的力學(xué)拉伸試驗(yàn)，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了室溫下不銹鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，主要適用于奧氏體、鐵素體和雙相型不銹鋼。WangXQ等（2014）[53]、Tao等（2019）[54]對(duì)不同溫度環(huán)境下的奧氏體、鐵素體和雙相型不銹鋼開(kāi)展力學(xué)拉伸試驗(yàn)，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，修正已有不銹鋼本構(gòu)模型，用以準(zhǔn)確評(píng)估其高溫下的力學(xué)性能。不銹鋼管混凝土（CFSST）有望同時(shí)兼具CFST和不銹鋼材料的優(yōu)點(diǎn)，在沿海基建和新興海洋工程應(yīng)用中前景廣闊。但基于CFSST的材料獨(dú)特性，現(xiàn)行鋼管混凝土理論的適用性有待探究。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)CFSST構(gòu)件的軸壓性能開(kāi)展試驗(yàn)研究[64-82]。表1-3、表1-4分別匯總了現(xiàn)有CFSST短柱、長(zhǎng)柱的軸壓試驗(yàn)研究情況。Uy等（2011）[57]對(duì)CFSST短柱、長(zhǎng)柱以及相應(yīng)空鋼管試件的軸壓性能開(kāi)展試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，不銹鋼管內(nèi)填充混凝土后，其整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得到大幅提高。鋼管材料的替換未影響構(gòu)件整體破壞模態(tài)，如圖1-4(b)、(c)所示。其N(xiāo)-ε骨架曲線(xiàn)隨著截面約束效應(yīng)的不同而呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化或應(yīng)變軟化現(xiàn)象，整體力學(xué)性能和延性更好。試件破壞時(shí)伴隨著較大的軸向變形和局部屈曲，殘余強(qiáng)度較高，尤其適合用作承受極端荷載（如火災(zāi)、爆炸等）的主要受力構(gòu)件。同時(shí)，Dabaon等（2009）[56]研究表明，鋼管中設(shè)置加勁肋可延緩其屈曲發(fā)展，如圖1-4(d)所示，構(gòu)件整體強(qiáng)度和延性也得以提升。（a）空鋼管（b）鋼管混凝土（c）不銹鋼管混凝土（d）帶肋不銹鋼管混凝土圖1-4軸壓短柱的典型破壞模式隨著對(duì)CFSST工作性能研究的深入，學(xué)者們開(kāi)始探索在CFSST中使用新型混凝土材料的可行性，如再生混凝土、纖維混凝土、（海水）海砂混凝土等，探究其受力性能差異。馬國(guó)梁（2013）[61]、Tam等（2014）[63]通過(guò)不銹鋼管再生混凝土（RCFSST）的短柱軸壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再生混凝土的使用并不會(huì)影響構(gòu)件整體受力性能，不銹鋼管的約束還可以改善核心混凝士的性能，從而提高整體承載力。替換核心混凝土，CFSST的力學(xué)性能變化更為敏感。Ellobody等（2012）[67]通過(guò)圓形不銹鋼管纖維混凝土柱的偏壓試驗(yàn)（包括4個(gè)軸壓試件），發(fā)現(xiàn)往混凝土中摻加纖維可提高構(gòu)件延性，但對(duì)承載力影響不大。表1-3不銹鋼管混凝土短柱軸壓試驗(yàn)匯總材料類(lèi)型研究人員鋼材強(qiáng)度(MPa)截面形式混凝土類(lèi)型混凝土強(qiáng)度(MPa)試件個(gè)數(shù)-Lam等(2008)[55]266-458圓形和方形NC30-74*12奧氏體304Dabaon等(2009)[56]285方形和矩形NC34.8-61.910Uy等(2011)[57]259-440圓形和方形NC20.0-34.9*50宮永麗(2011)[58]493-512.3圓形NC50.286陳譽(yù)等(2013)[59]330-423圓形NC22.7-26.417陳譽(yù)等(2013)[60]258方形NC22.74-29.4318馬國(guó)梁(2013)[61]286.7圓形和方形NC/RAC55.3-63.414Xu等(2013)[62]394圓形和復(fù)式NC56.3-656Tam等(2014)[63]302-340圓形和矩形NC/RAC37.8-41.7*8高文才(2016)[64]496圓形NC53.3-55.17代鵬等(2019)[65]242-249圓形NC40-47.79Liao等(2019)[66]384-557圓形和方形NC/SC42.2-58.748奧氏體254SMOEllobody等(2012)[67]324圓形NC/FRC31.2-33.6*2奧氏體316Li(2016)[68]270-324圓形和復(fù)式SSC31.4*6Li(2016)[69]226-281圓形和復(fù)式SSC35.8-39.4*6雙相2205(高強(qiáng)奧氏體)Young(2006)[70]448-536方形和矩形NC46.6-83.5*14代鵬等(2019)[65]542-544圓形NC43-53.89注：表中混凝土類(lèi)型“NC、RAC、FRC、SC、SSC”分別表示普通混凝土、可再生混凝土、纖維混凝土、海砂混凝土、海水海砂混凝土；表中“*”表示混凝土強(qiáng)度值取圓柱體抗壓強(qiáng)度值，未注明處表示立方體抗壓強(qiáng)度值。表1-4不銹鋼管混凝土長(zhǎng)柱軸壓試驗(yàn)匯總材料類(lèi)型研究人員鋼材強(qiáng)度(MPa)截面形式混凝土類(lèi)型混凝土強(qiáng)度(MPa)試件個(gè)數(shù)奧氏體304Uy等(2011)[57]259-440圓形、方形和矩形NC36.3-75.4*24林俊(2017)[71]384圓形NC/SC43.5-77.56奧氏體254SMOEllobody等(2012)[67]324圓形NC/FRC31.2-33.6*3-黃海清(2016)[72]385-493方形和矩形NC69.254盧智奮(2017)[73]409-557方形NC/SC36.2-47.16注：表中混凝土類(lèi)型“NC、SC、FRC”分別表示普通混凝土、海砂混凝土、纖維混凝土；表中”*”表示混凝土強(qiáng)度值取圓柱體抗壓強(qiáng)度值，未注明處表示立方體抗壓強(qiáng)度值。福建農(nóng)林大學(xué)的學(xué)者開(kāi)展了不銹鋼管海砂混凝土柱軸（偏）壓力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[66,71-73]。試驗(yàn)參數(shù)為：含鋼率、混凝土強(qiáng)度和類(lèi)型、截面形式、長(zhǎng)細(xì)比、偏心率等。研究表明，海砂混凝土的使用，未對(duì)CFSST的力學(xué)性能造成影響，相關(guān)參數(shù)的影響規(guī)律也基本一致。相比于河砂混凝土，不銹鋼對(duì)海砂混凝土的約束效應(yīng)更加顯著。軸向荷載作用下，圓形截面的約束效應(yīng)比方形截面更強(qiáng)。目前，已有不少關(guān)于不銹鋼管混凝土柱軸壓性能的研究，但存在一定不足。由表1-4、表1-5可知，在截面形式上，現(xiàn)有研究對(duì)象主要是圓形、方形和矩形，而廣泛應(yīng)用于鋼管混凝土拱橋拱肋中的啞鈴形截面，尚未見(jiàn)到相關(guān)研究報(bào)道。在不銹鋼材料方面，現(xiàn)有研究對(duì)象主要是奧氏體304不銹鋼，但其屈服強(qiáng)度相對(duì)較低（240~350MPa），作為鋼管材料使得構(gòu)件整體強(qiáng)度偏低且經(jīng)濟(jì)性差；而雙向2205不銹鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)450MPa及以上，但其高昂的價(jià)格（約為普通Q345碳鋼的6倍）又制約了其在工程中的大量應(yīng)用。鐵素體不銹鋼的力學(xué)性能優(yōu)于奧氏體，但其較差的焊接和耐腐蝕性能制約了其在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來(lái)，福建青拓集團(tuán)自主研發(fā)的高氮節(jié)鎳型奧氏體QN1701和QN1803不銹鋼其力學(xué)和耐腐蝕性能較傳統(tǒng)奧氏體304有了顯著的提升，而價(jià)格上也相對(duì)較低，這無(wú)疑可以從材料單價(jià)和耗材上降低不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的造價(jià)，更為經(jīng)濟(jì)合理。新型QN1701和QN1803不銹鋼的推出也為高強(qiáng)高性能不銹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。同時(shí)，新型不銹鋼和新型混凝土材料在CFSST中的結(jié)合應(yīng)用仍處于起始階段，研究意義重大。參考文獻(xiàn)曹雪晴,張勇,何擁軍,等.中國(guó)近海建筑用海砂勘查回顧與面臨的問(wèn)題[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2008,028(003):121-125.JianzhuangXiaoetal.Useofsea-sandandseawaterinconcreteconstruction:Currentstatusandfutureopportunities[J].ConstructionandBuildingMaterials,2017,155:1101-1111.王圣潔,劉錫清,戴勤奮,等.中國(guó)海砂資源分布特征及找礦方向[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2003,23(003):83-89.吳紀(jì)達(dá).鋼管海砂再生混凝土軸壓力學(xué)性能研究[D].山東科技大學(xué).2017邢麗,薛瑞豐,曹喜,等.海砂海水混凝土性能研究[J].混凝土,2015(11):137-141.倪博文.使用未處理海砂制備超高性能混凝土及性能研究[D].湖南大學(xué).2018陳榮.海砂UHPC及在地下綜合管廊的應(yīng)用研究.福州大學(xué),2018.郭元強(qiáng).水洗法對(duì)海砂氯離子含量影響的研究[J].廣東建材,2018,034(009):27-29.劉偉,謝友均,董必欽,等.海砂特性及海砂混凝土力學(xué)性能的研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014,33(1):15-22.劉小艷,明維,王新瑞,等.海砂混凝土的研究進(jìn)展[J].混凝土,2014.李杰.海砂鋼管混凝土耐腐蝕性能的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.陳寶春.鋼管混凝土拱橋（第三版）[M].北京:人民交通出版社,2016.陳禮榕,陳寶春.鋼管混凝土啞鈴形截面拱橋應(yīng)用與分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016(41):275.LimeiraJ,AgulloL,EtxeberriaM.Dredgedmarinesandasanewsourceforconstructionmaterials[J].MaterialesdeConstrucción,2012,62(305):7-24.BrahimSafietal.Theuseofseashellsasafineaggregate(bysandsubstitution)inself-compactingmortar(SCM)[J].ConstructionandBuildingMaterials,2015,78:430-438.LimeiraJ,AgulloL,EtxeberriaM.Dredgedmarinesandinconcrete:Anexperimentalsectionofaharborpavement[J].ConstructionandBuildingMaterials,2010,24(6):863-870.李雁,易永勝,高全,等.高性能化海砂混凝土配合比設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)研究[J].建筑技術(shù),2010(02):162-164.尹飛龍,歐陽(yáng)東,溫喜廉,等.海砂與河砂,尾砂作為建筑用砂的比較研究[J].混凝土,2011,000(012):73-75,78.冷發(fā)光,丁威,周永祥,等.海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)的若干要點(diǎn)[J].施工技術(shù),2011(07):97-100.趙文成,潭進(jìn)財(cái),楊景鼎.海砂用于混凝土構(gòu)造物耐久性研究及使用管理[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(S2):160-166.GirishC.G,TensingDandPriyaK.L.Dredgedoffshoresandasareplacementforfineaggregateinconcrete[J].InternationalJournalofEngineeringSciences&EmergingTechnologies.2015,8(3):88-95.?a?atay?H.ExperimentalevaluationofbuildingsdamagedinrecentearthquakesinTurkey