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鋼護筒—鋼筋混凝土構件 豎向受壓基本力學性能實驗

2016年10月10日，水港研究室針對鋼護筒-鋼筋混凝土構件的豎向承載性能進行了單樁構件的豎向受壓基本力學性能試驗

試驗目的：研究薄壁鋼護筒-鋼筋混混凝土單樁構件的豎向承載性能，揭示鋼材-鋼筋-混凝土三種材料在豎向荷載作用下的聯(lián)合受力機理，確定薄壁鋼護筒-鋼筋混混凝土單樁構件的破壞形態(tài)；

試驗方案：基本力學性能試驗在重慶交通大學河海學院港工試驗大廳進行，采用港工試驗廳MTS加載系統(tǒng)500t作動器進行加載，加載過程中實時記錄試件的荷載位移關系，當荷載位移關系位于線性階段時，采用荷載控制模式，當荷載位移曲線進入塑性階段時，轉(zhuǎn)為位移控制模式，具體加載方案如下：

1.
0-500kN：荷載控制，分級加載，每級10kN，加載速率5kN/min；

2.
500kN-結(jié)構喪失承載能力：位移控制，分級加載，每級0.5mm，加載速率0.2mm/min。

采集方案：試驗過程中，采用位移計采集加載段和試件底部彈性加載扮的位移，來獲取試件的豎向變形。

  通過在試件周身布置應變片來獲取試件在受力過程的應變分布情況。

  同時，采用VIC-3D非接觸全場應變測量系統(tǒng)對試件變形進行習慣測量，監(jiān)測試件在加載過程中的局部變形情況。

試驗結(jié)果：薄壁鋼護筒-鋼筋混混凝土單樁構件在豎向荷載作用下的破壞具有明顯的延性特征，呈現(xiàn)出近似的彈塑性趨勢。破壞過程可以分為

1.
線性階段，荷載和變形呈現(xiàn)線性趨勢

2.
由于混凝土的泊松效應，鋼護筒的混凝土的側(cè)向壓力下出現(xiàn)局部的屈曲現(xiàn)象，荷載位移曲線出現(xiàn)拐點

3.
隨著屈曲和樁體變形的增加，試件逐步呈現(xiàn)偏心受壓狀態(tài)，彎曲變形逐漸明顯

4.
樁體彎曲變形增大，鋼護筒屈曲部位逐步增加，試件喪失承載能力。

      螺旋鋼管是以帶鋼卷板為原材料，經(jīng)常溫擠壓成型，以自動雙絲雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋縫鋼管。
生產(chǎn)工藝
（1）原材料即帶鋼卷，焊絲，焊劑。在投入前都要經(jīng)過嚴格的理化檢驗。
（2）帶鋼頭尾對接，采用單絲或雙絲埋弧焊接，在卷成鋼管后采用自動埋弧焊補焊。
（3）成型前，帶鋼經(jīng)過矯平、剪邊、刨邊，表面清理輸送和予彎邊處理。
（4）采用電接點壓力表控制輸送機兩邊壓下油缸的壓力，確保了帶鋼的平穩(wěn)輸送。
（5）采用外控或內(nèi)控輥式成型。
（6）采用焊縫間隙控制裝置來保證焊縫間隙滿足焊接要求，管徑，錯邊量和焊縫間隙都得到嚴格的控制。
（7）內(nèi)焊和外焊均采用美國林肯電焊機進行單絲或雙絲埋弧焊接，從而獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量。
（8）焊完的焊縫均經(jīng)過在線連續(xù)超聲波自動傷儀檢查，保證了100%的螺旋焊縫的無損檢測覆蓋率。若有缺陷，自動報警并噴涂標記，生產(chǎn)工人依此隨時調(diào)整工藝參數(shù)，及時消除缺陷。
（9）采用空氣等離子切割機將鋼管切成單根。
（10）切成單根鋼管后，每批鋼管都要進行嚴格的首檢制度，檢查焊縫的力學性能，化學成份，溶合狀況，鋼管表面質(zhì)量以及經(jīng)過無損探傷檢驗，確保制管工藝合格后，才能正式投入生產(chǎn)。
（11）焊縫上有連續(xù)聲波探傷標記的部位，經(jīng)過手動超聲波和X射線復查，如確有缺陷，經(jīng)過修補后，再次經(jīng)過無損檢驗，直到確認缺陷已經(jīng)消除。
（12）帶鋼對焊焊縫及與螺旋焊縫相交的丁型接頭的所在管，全部經(jīng)過X射線電視或拍片檢查。
（13）每根鋼管經(jīng)過靜水壓試驗，壓力采用徑向密封。試驗壓力和時間都由鋼管水壓微機檢測裝置嚴格控制。試驗參數(shù)自動打印記錄。
（14）管端機械加工，使端面垂直度，坡口角和鈍邊得到準確控制。
在螺旋鋼管的應用中對螺旋鋼管結(jié)構進行焊接和切割是不可避免的。因為螺旋鋼管本身所具有的特性，與普碳鋼比擬螺旋鋼管的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及熱影響區(qū)(HAZ)產(chǎn)生各種缺陷， 　　螺旋鋼管的焊接機能主要表現(xiàn)在以下幾個方面，高溫裂紋在這里所說的高溫裂紋是指與焊接有關的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ(熱影響區(qū))的裂紋和再加熱裂紋等。
　　低溫裂紋在螺旋鋼管中有時會發(fā)生低溫裂紋。因為其產(chǎn)生的主要原因是氫擴散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織，所以解決方法主要是在焊接過程中減少氫的擴散，相宜地進行預熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。
　　焊接接頭的韌性在螺旋鋼管中為減輕高溫裂紋敏感性，在成分設計上通常使其中殘存有5%—10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導致了低溫韌性的下降。
　　在螺旋鋼管進行焊接時，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對韌性產(chǎn)生影響。另外跟著其中鐵素體的增加，其韌性值有明顯下降的趨勢。已證明高純鐵素體型不銹鋼的焊接接頭的韌性明顯下降的原因是因為混入碳、氮、氧的緣故。
　　其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后天生了氧化物型夾雜，這些夾雜物成為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是因為在保護氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基體解理面｛100｝面上產(chǎn)生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性下降。
　　σ相脆化：奧氏體型不銹鋼、鐵素體不銹鋼和雙相鋼易發(fā)生σ相脆化。因為組織中析出了百分之幾的α相，韌性明顯下降�！跋嘁话闶窃�600～900℃范圍內(nèi)析出，尤其在75℃左右最易析出。作為防止”相產(chǎn)生的預防型措施，奧氏體型不銹鋼中應盡量減少鐵素體的含量。
　　475℃脆化，在475℃四周(370—540℃)長時間保溫時，使Fe—Cr合金分解為低鉻濃度的α固溶體和高鉻濃度的α’固溶體。當α’固溶體中鉻濃度大于75%時形變由滑移變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475℃脆化。