新型预制管混凝土柱粘结性能问题

(河北工程大学土木工程学院 河北 邯郸 056038)

一、概述

随着我国社会经济水平的日益提升，建筑结构逐渐向着大跨、超高方向转变。各种各样的结构形式应运而生。钢管混凝土柱以其承载力高、整体刚度大、自重轻、施工速度快、抗震性能好等优点，已然成为学者研究的热点结构形式之一。钢管混凝土柱是在钢管中填充混凝土而形成的构件，然而钢管处在腐蚀或高温环境中时会发生钢材软化，钢管混凝土柱就会因钢管遭到破坏而不能正常使用。天津大学提出的一种新型混凝土柱组合结构[1]，即以混凝土预制管代替钢管形成的一种新型预制管混凝土柱。该预制管混凝土柱不仅具有钢管混凝土柱的优点，而且克服了钢管混凝土柱耐腐蚀、高温性能差的缺陷。另外，预制管混凝土柱相对于钢管混凝土柱成本较低，适用范围更广，是一种值得深入研究的新型组合结构。

二、新型预制管混凝土结构的特点

(一)构件质量易于保证

预制管混凝土柱中的预制管部分可以在工厂加工制造，机械化程度高，质量容易得到保证。当前工地使用的混凝土强度等级已高达C80，现浇施工时干扰因素多，混凝土整体质量很难得到保证，为了达到混凝土设计强度，还必须采取成本较高的先进技术及组织措施。而在预制构件厂中，C60、C80甚至更高强度等级的混凝土已被广泛的使用，混凝土预制管依据设计要求在工厂规模化生产，成本可以得以降低。

(二)施工速度快

在工厂制作的混凝土预制管采用流水作业，生产速度快，不占用现场施工时间，可以显著缩短工期、加快施工进度。采用预制管混凝土柱可以节省柱结构的支模和拆模两道工序，并且可以在工厂完成大量的钢筋绑扎工作，从而留给现场施工的只有少量的钢筋绑扎，预制管吊装，核心混凝土浇筑等工作，极大提高了施工效率。考虑到混凝土预制管自身就有较高的承载力，因此在核心混凝土养护完毕之前就可以进入下一层的施工，省去了支模和混凝土终凝的时间，大大缩短了工期。

(三)文明施工

预制管不仅具有受力的作用，而且可以用作核心区混凝土现浇的支撑模板，这样一来，不仅能够节省大量的模板和支撑，减少施工占地，而且还对现场的文明施工和安全生产有益。

(四)整体受力形式较好

由于新型预制管混凝土柱中外壳预制管与核心混凝土都是以混凝土作为主要材料，相对于钢管混凝土柱的协同工作性能，新型预制管混凝土柱的协同工作性能自然更加容易得到保证，并且使用相同材料的新型预制管混凝土柱与梁能够实现更好的紧密连接，现浇核心混凝土也能很好的克服预制框架体系整体性较弱的不足，从而确保了节点的整体性，极大增强了结构整体协作能力，提高了结构的抗震性能。

(五)应用范围广

预制管混凝土柱与钢管混凝土柱具有相似的作用机理，而且混凝土预制管耐高温，耐腐蚀性能比钢管好，因此预制管混凝土柱的耐久性会更好，适应范围更广，可以用作框架柱、桥墩柱及建筑物外部长柱等。

(六)装修维护容易

预制管混凝土柱中的预制管可实现清水柱面。在施工现场实现清水柱面，那就需要非常严格的模板工程，相应的措施费将会大大提高。而对于预制管混凝土柱结构，在工厂规模化生产的预制管可以实现低成本高效率条件下的清水柱面施工，保证预制管混凝土柱表面状况的同时可节省相应的抹灰或者清水施工措施费，并且预制管混凝土柱结构具有较好的耐高温耐腐蚀能力，易于后期的装修维护。

(七)成本较低

模板是混凝土结构施工中使用量大、面广的施工机具，而采用预制管混凝土柱可以节省大量的模板用量。预制管混凝土柱的预制管在工厂预制成型，而在工厂中模板使用率较高，人均效率更快，单位面积的模板价格就会有所降低，并且施工现场仅仅需要吊装工程，如此一来就会极大减少人力和财力。

(八)与钢管混凝土相比，经济性、耐久性较好

钢管混凝土柱结构是一种很好的组合结构，目前已被广泛的应用于工程中。与预制管混凝土柱结构相比，钢管具有较差的耐火性和耐腐蚀性，需要对钢材表面进行专门的防腐防火处理，而预制混凝土管完全能够克服这些不足。另外就成本角度而言，钢材的成本远远高于混凝土。

总而言之，新型预制管混凝土柱结构具有很多优点。我国当前尚没有此类结构体系的研究，更没有工程实例，所以，进行预制管混凝土柱的深入研究具有重要的理论意义和实际意义。考虑到预制管混凝土柱结构是一种足以媲美钢管混凝土柱结构的新型组合结构，研究的理论意义自然不言而喻；对于实际意义，开展预制管混凝土柱结构研究有助于推动我国建筑工业化的发展进程，发展绿色环保建筑，并且益于实现建筑工程质量提升和保障。

三、新型预制管混凝土柱粘结性能研究需要解决的几个问题

从现有的钢管混凝土研究资料来看，钢管混凝土界面粘结性能研究主要集中以下三个方面：粘结强度、本构关系和粘结机理。借鉴以上钢管混凝土的粘结性能研究成果及研究方法，开展预制管混凝土柱粘结性能研究也需要从以下几个方面进行。

(一)预制管混凝土柱界面粘结强度研究

对于钢管混凝土结构，多数研究者都对其粘结强度进行过研究，发现影响粘结强度因素众多。因此，粘结强度的研究是钢管混凝土粘结性能的核心内容之一。对于预制管混凝土柱粘结性能研究，也必须开展粘结强度的研究。

(二)预制管混凝土柱界面粘结-滑移本构关系研究

粘结-滑移本构关系，揭示粘结破坏过程中粘结力与滑移量的关系。这对于从量的角度准确把握钢管混凝土的粘结性能有意义。预制管混凝土柱粘结研究也需要确定界面粘结-滑移本构关系。此外，从数值模拟角度上，也需要研究界面粘结-滑移曲线。

(三)预制管混凝土柱界面粘结破坏机理

预制管混凝土柱界面粘结力组成类似钢管混凝土柱，也是主要由化学胶结力、机械咬合力和摩擦力三部分组成。但是，这三部分在整个预制管混凝土粘结作用中分别占多少比重，是如何工作的，分别受到什么因素的影响，破坏过程是如何进行的都需要进一步的研究。

四、结束语

本文阐述了新型预制管混凝土柱的产生过程，并对这种新型结构柱的特点进行了探讨，最后在钢管混凝土粘结性能问题基础上提出了新型预制管混凝土柱粘结性能问题研究需要解决的几个问题，为新型预制管混凝土柱粘结性能研究打下一定的基础。