论文部分内容阅读
[摘 要]文章论述PVC管材和混凝土相结合，构成PVC管对混凝土的约束作用，从而提高混凝土结构性能。
[关键词]PVC管混凝土；作用原理；核心混凝土；钢管混凝土；钢筋混凝土
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0176-01
在现代，钢筋混凝土结构是世界上主要的工程结构体系之一，在工程建设领域起着不可替代的作用。而随着现代高层、大跨及重载结构的发展，传统的钢筋混凝土结构体系因为存在着构件截面尺寸大、自重大、施工不方便、承载力低等缺点，已越来越难以胜任。面对现代大型、复杂、新颖的工程结构，如何寻找一种新的结构体系，确保这些工程结构的先进性、安全性和耐久性，成为了结构科技工作者的一项首要任务。因此，结构工程的发展对结构体系的创新提出了迫切的要求。PVC管混凝土是PVC与混凝土的有机结合，其核心混凝土将处于PVC管约束之下。利用PVC管材约束混凝土，从而可提高混凝土结构构件的承载力，达到节省建筑材料、经济的有点。
一、PVC管约束混凝土的作用原理
认识PVC管混凝土的工作机理的关键是按照混凝土和PVC管两种材料的特点区分出各自不同的工作阶段。混凝土是一种应用最广泛的建筑材料，其特点是材料组成的不均匀性，且存在天生的微裂缝，由此决定了其特征性工作机理是：微裂缝发展、运行从而构成较大的宏观裂缝，继之宏观裂缝又发展，最终导致结构中混凝土的破坏；混凝土的破坏机理是由于内部微裂缝的发展导致横向变形增大，并最终因微裂缝连通而导致破坏。混凝土的这种工作机理决定了其工作性能的复杂性。在PVC管混凝土中，核心混凝土受到外包PVC管的约束，PVC管和混凝土存在相互作用，这种相互作用使核心混凝土的工作性能进一步复杂化。PVC管混凝土是借助圆形PVC管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，延缓其纵向微裂缝的发生和发展，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；同时借助内填混凝土的支撑作用，增强PVC管管壁的几何稳定性，改变PVC管的失稳模态，从而提高其承载能力。
对于抗压承载力高PVC管混凝土由于PVC管和核心混凝土的相互贡献、协同补、共同工作，充分发挥了彼此的长处，从而使其具有较高的承载力，。因此实际应用中，PVC管混凝土结构可以减小柱子截面尺寸，减轻自重，有利于结构抗震并扩大建筑物的使用空间和面积，减轻地基承受的荷载，相应降低地基基础造价；当核心混凝土采用高强混凝土时，不仅承载力大大提高，而且能有效克服高强混凝土的脆性，效果更加明显。
PVC管混凝土的基本原理总结：借助PVC管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和延性。通常情况下混凝土结构的脆性较大，对于高强混凝土更是如此，但在PVC管混凝土构件中，两种材料能相互弥补对方的弱点，发挥各自的长处。通过PVC管和混凝土的组合作用，PVC管混凝土结构不仅承载力得到了大幅度提高，而且其延性及塑性性能得到了良好的改善，因此取得了经济效益。
二、PVC管混凝土的优点
经过国内外研究者大量的试验研究，提出了一些新型组合结构，如钢管混凝土结构、纤维增强材料（Fiber Reinforced Plastics，简称为FRP）增强混凝土结构等。钢管混凝土结构主要是通过钢管对混凝土的约束作用提高其承载能力和延性。对于钢管混凝土各方面性能，国内外开展了大量的试验研究和理论分析，取得了丰硕成果，基本都反映在各国的规范中。但是钢材在大气环境和腐蚀环境中容易发生锈蚀，从而导致钢管混凝土结构性能的下降，造成维修和加固费用的增加。由FRP增强混凝土构件的新技术，目前在国际上深受重视并已获较多的应用和发展。根据国内外研究结果表明，FRP套管作为混凝土柱浇筑的模板显著提高了混凝土柱的轴向抗压强度，极限应变和刚度。虽然FRP管在试验中得到理想结果，但在工程结构中没有得到广泛的应用，其主要原因是FRP管的造价高，性能不稳定（包括长期的耐久性和维修）。因此，为克服钢筋混凝土结构自重大、施工不方便、承载力低，钢管混凝土结构耐久性差，FRP管混凝土结构造价高等方面的的缺点，响应国家有关部门提出的“以塑代钢”政策，考虑PCV管对钢筋混凝土柱的抗压性能有一定的提高作用。聚氯乙烯（PVC）管材普遍应用于落水管以及地下排污水管等设施中。由于其具有质轻、价廉、抗腐蚀性好等特性，PVC管的应用范围将会越来越广泛。与钢管约束混凝土相似，将混凝土和PVC管材相结合，从而构成PVC管约束混凝土，部分或全部代替钢管混凝土，以此达到节约钢材、降低综合造价的目的。在施工图设计中可以将PVC管与柱箍筋结合，采用PVC管与箍筋联合双重约束的方法（即采用圆形的柱箍筋内衬PVC管），增强钢筋混凝土柱的轴向抗压强度及侧向延展性能。
三、PVC管混凝土存在问题
1、PVC管混凝土的脱空问题：
由于PVC与混凝土两种材料受温度影响收缩不同，PVC管混凝土在受荷载作用及温度一段时间后，核心混凝土收缩、徐变，PVC也产生一定的收缩变形，收缩差异产生应力增加，在较大直径PVC管混凝土中导致PVC管和核心混凝土脱空（即PVC管与核心混凝土分离），特别是在温差大或应力集中部位。这种情况将使整个PVC管混凝土产生脱空进而降低结构构件承载力。
2、PVC管混凝土中PVC管耐火问题：
众所周知PVC（聚氯乙烯）管材是由乙炔气体和氯化氢合成氯乙烯，再聚合而成，其具有较高的机械强度和较好的耐蚀性，但其耐火性能比较差，遇到高温时其力学性能受到破坏，失去对混凝土的约束作用。
结语：
在普通钢筋混凝土结构柱中增设价格低廉、施工方便的PVC管，创建一种全新的组合结构，从而大大增强钢筋混凝土柱的抗压能力，有效减少钢筋混凝土柱的截面面积，改善钢筋混凝土结构截面大、自重大的缺点，并减少钢筋混凝土柱模板制作安装这一复杂工艺，有效提高施工效率，达到节约成本的目的，并可为大跨、高层结构提供更轻便灵活的结构体系作为选择。尤其PVC管钢筋混凝土柱克服现有结构形式的缺点，具有承载力高、延性和耐久性好、施工方便、质量轻等优点，具有广阔的应用前景和发展空间。
参考文献
[1] 何怡群，杨俊杰，PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱极限承载力的试验研究，浙江工业大学学报，2011年05期.
[2] 王俊颜，杨全兵， 聚氯乙烯塑管混凝土力学性能的试验研究，同济大学学报（自然科学版） ，2009年07期.
[3] 于峰，牛荻涛，武萍，PVC-FRP管混凝土结构实际应用的可行性研究，建筑科学，2007年11期.
[关键词]PVC管混凝土；作用原理；核心混凝土；钢管混凝土；钢筋混凝土
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0176-01
在现代，钢筋混凝土结构是世界上主要的工程结构体系之一，在工程建设领域起着不可替代的作用。而随着现代高层、大跨及重载结构的发展，传统的钢筋混凝土结构体系因为存在着构件截面尺寸大、自重大、施工不方便、承载力低等缺点，已越来越难以胜任。面对现代大型、复杂、新颖的工程结构，如何寻找一种新的结构体系，确保这些工程结构的先进性、安全性和耐久性，成为了结构科技工作者的一项首要任务。因此，结构工程的发展对结构体系的创新提出了迫切的要求。PVC管混凝土是PVC与混凝土的有机结合，其核心混凝土将处于PVC管约束之下。利用PVC管材约束混凝土，从而可提高混凝土结构构件的承载力，达到节省建筑材料、经济的有点。
一、PVC管约束混凝土的作用原理
认识PVC管混凝土的工作机理的关键是按照混凝土和PVC管两种材料的特点区分出各自不同的工作阶段。混凝土是一种应用最广泛的建筑材料，其特点是材料组成的不均匀性，且存在天生的微裂缝，由此决定了其特征性工作机理是：微裂缝发展、运行从而构成较大的宏观裂缝，继之宏观裂缝又发展，最终导致结构中混凝土的破坏；混凝土的破坏机理是由于内部微裂缝的发展导致横向变形增大，并最终因微裂缝连通而导致破坏。混凝土的这种工作机理决定了其工作性能的复杂性。在PVC管混凝土中，核心混凝土受到外包PVC管的约束，PVC管和混凝土存在相互作用，这种相互作用使核心混凝土的工作性能进一步复杂化。PVC管混凝土是借助圆形PVC管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，延缓其纵向微裂缝的发生和发展，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；同时借助内填混凝土的支撑作用，增强PVC管管壁的几何稳定性，改变PVC管的失稳模态，从而提高其承载能力。
对于抗压承载力高PVC管混凝土由于PVC管和核心混凝土的相互贡献、协同补、共同工作，充分发挥了彼此的长处，从而使其具有较高的承载力，。因此实际应用中，PVC管混凝土结构可以减小柱子截面尺寸，减轻自重，有利于结构抗震并扩大建筑物的使用空间和面积，减轻地基承受的荷载，相应降低地基基础造价；当核心混凝土采用高强混凝土时，不仅承载力大大提高，而且能有效克服高强混凝土的脆性，效果更加明显。
PVC管混凝土的基本原理总结：借助PVC管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和延性。通常情况下混凝土结构的脆性较大，对于高强混凝土更是如此，但在PVC管混凝土构件中，两种材料能相互弥补对方的弱点，发挥各自的长处。通过PVC管和混凝土的组合作用，PVC管混凝土结构不仅承载力得到了大幅度提高，而且其延性及塑性性能得到了良好的改善，因此取得了经济效益。
二、PVC管混凝土的优点
经过国内外研究者大量的试验研究，提出了一些新型组合结构，如钢管混凝土结构、纤维增强材料（Fiber Reinforced Plastics，简称为FRP）增强混凝土结构等。钢管混凝土结构主要是通过钢管对混凝土的约束作用提高其承载能力和延性。对于钢管混凝土各方面性能，国内外开展了大量的试验研究和理论分析，取得了丰硕成果，基本都反映在各国的规范中。但是钢材在大气环境和腐蚀环境中容易发生锈蚀，从而导致钢管混凝土结构性能的下降，造成维修和加固费用的增加。由FRP增强混凝土构件的新技术，目前在国际上深受重视并已获较多的应用和发展。根据国内外研究结果表明，FRP套管作为混凝土柱浇筑的模板显著提高了混凝土柱的轴向抗压强度，极限应变和刚度。虽然FRP管在试验中得到理想结果，但在工程结构中没有得到广泛的应用，其主要原因是FRP管的造价高，性能不稳定（包括长期的耐久性和维修）。因此，为克服钢筋混凝土结构自重大、施工不方便、承载力低，钢管混凝土结构耐久性差，FRP管混凝土结构造价高等方面的的缺点，响应国家有关部门提出的“以塑代钢”政策，考虑PCV管对钢筋混凝土柱的抗压性能有一定的提高作用。聚氯乙烯（PVC）管材普遍应用于落水管以及地下排污水管等设施中。由于其具有质轻、价廉、抗腐蚀性好等特性，PVC管的应用范围将会越来越广泛。与钢管约束混凝土相似，将混凝土和PVC管材相结合，从而构成PVC管约束混凝土，部分或全部代替钢管混凝土，以此达到节约钢材、降低综合造价的目的。在施工图设计中可以将PVC管与柱箍筋结合，采用PVC管与箍筋联合双重约束的方法（即采用圆形的柱箍筋内衬PVC管），增强钢筋混凝土柱的轴向抗压强度及侧向延展性能。
三、PVC管混凝土存在问题
1、PVC管混凝土的脱空问题：
由于PVC与混凝土两种材料受温度影响收缩不同，PVC管混凝土在受荷载作用及温度一段时间后，核心混凝土收缩、徐变，PVC也产生一定的收缩变形，收缩差异产生应力增加，在较大直径PVC管混凝土中导致PVC管和核心混凝土脱空（即PVC管与核心混凝土分离），特别是在温差大或应力集中部位。这种情况将使整个PVC管混凝土产生脱空进而降低结构构件承载力。
2、PVC管混凝土中PVC管耐火问题：
众所周知PVC（聚氯乙烯）管材是由乙炔气体和氯化氢合成氯乙烯，再聚合而成，其具有较高的机械强度和较好的耐蚀性，但其耐火性能比较差，遇到高温时其力学性能受到破坏，失去对混凝土的约束作用。
结语：
在普通钢筋混凝土结构柱中增设价格低廉、施工方便的PVC管，创建一种全新的组合结构，从而大大增强钢筋混凝土柱的抗压能力，有效减少钢筋混凝土柱的截面面积，改善钢筋混凝土结构截面大、自重大的缺点，并减少钢筋混凝土柱模板制作安装这一复杂工艺，有效提高施工效率，达到节约成本的目的，并可为大跨、高层结构提供更轻便灵活的结构体系作为选择。尤其PVC管钢筋混凝土柱克服现有结构形式的缺点，具有承载力高、延性和耐久性好、施工方便、质量轻等优点，具有广阔的应用前景和发展空间。
参考文献
[1] 何怡群，杨俊杰，PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱极限承载力的试验研究，浙江工业大学学报，2011年05期.
[2] 王俊颜，杨全兵， 聚氯乙烯塑管混凝土力学性能的试验研究，同济大学学报（自然科学版） ，2009年07期.
[3] 于峰，牛荻涛，武萍，PVC-FRP管混凝土结构实际应用的可行性研究，建筑科学，2007年11期.