1 绪论
1.1 引言
我国主要把自密实自应力混凝土运用在压力水管、补偿收缩混凝土上，在其他领域还有很大的发展空间。自密实自应力混凝土在其自应力大小的控制、可到达需要的最大自应力值上存在问题。如何更好的把控自应力值的大小和可到达需要的最大自应力值仍为制约其顺利发展需解决的难题。矩形钢管相较于圆钢管，对核心混凝土的约束效果相对差些，但是矩形钢管混凝土与梁节点构造简单、连接方便、断面的力学性能更好，可提高构件的延性[1]。不等边的矩形截面存在刚度强轴、刚度弱轴，可以提供不同的抗弯刚度[2]，达到提高截面整体效果的作用，圆形钢管无法达到这个方面的要求。在矩形钢管中内填自密实自应力混凝土，能够更大的发挥两者的优势，具有好的应用前景。
本文主要研究不同组合截面形式、不同自应力值下矩形钢管自密实自应力混凝土短柱的轴压力学性能。对矩形钢管自密实自应力混凝土的轴心受压进行系统的分析。主要分析矩形钢管自密实自应力混凝土短柱的极限承载力值、竖向位移及变形情况并提出矩形钢管自密实自应力混凝土柱的承载力计算方法与公式。
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1.2 矩形钢管混凝土研究综述
1.2.1 矩形钢管混凝土结构简介
矩形钢管混凝土是在配筋、钢筋混凝土与钢管结构的基础上渐渐衍生发展出来的一种新型的结构材料。矩形钢管混凝土一般是指在矩形钢管中浇筑混凝土而形成的一种组合结构，但其各项性能却不只是钢材和混凝土两者间的简单相加[3]。结构处于塑性阶段时矩形钢管的横向变形小于混凝土的横向变形，使得矩形钢管将混凝土紧紧箍住，使其处在三向受压状态，从而受压时混凝土的纵向开裂时间有所延迟，抗压强度明显提高；核心混凝土具有极大的支撑作用，不仅可以延缓矩形钢管发生局部屈曲现象的时间甚至使得矩形钢管不发生屈曲现象，从而使得矩形钢管的屈服强度得到了充分的发挥[4]。
1.2.2 矩形钢管混凝土结构特点
矩形钢管混凝土四角处混凝土沿着对角线的方向受压，随轴压比逐渐变大，边中混凝土所受约束逐渐减小，还会出现与钢管剥离的现象[5]。但矩形钢管将混凝土套箍，这不仅提高了混凝土的塑形，还使得混凝土单独受压时脆性大的缺点得到改善。
矩形钢管混凝土具有以下特点：
（1）强度高、塑形好、抗疲劳；（2）加工方便、施工简便；（3）节点形式简单，建筑布局灵活[6]；（4）施工工期较短，从而节约成本；（5）受压构件的截面惯性矩较大，稳定性能良好[7]；（6）防火措施简单，可选用平板形式的防火板材，这种板材价格是相对便宜的，从而节省了防火造价；（7）具有较好的抗震性能、延性性能[8]。
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2 自密实自应力混凝土单向限制下自应力的研究
2.1自密实自应力混凝土原材料及配合比设计
自密实自应力混凝土的配合比设计到目前为止没有准确的设计理论与方法，所以配合比需要通过按照以往的经验、试验配比进行确定。结合本次试验目的，要求保证自密实性能、自膨胀性能、强度指标等，可供选择的一是用硫铝酸盐自应力水泥配制，二是在普通混凝土中掺加膨胀剂。硫铝酸盐自应力水泥配制虽可得到较高自应力值的自应力混凝土，但需专门的拌合装置施工困难，掺加外加剂操作简单，自应力值也可接近硫铝酸盐自应力水泥配制的混凝土，所以选择掺外加剂法。膨胀剂选用 UEA 膨胀剂和氧化镁复合膨胀剂 HCSA，根据主要参数水胶比、水泥用量、高效减水剂用量的变化，在经过数次试配和配合比调整后，最终选用两种自密实自应力混凝土配合比：一种只掺加 UEA 膨胀剂的自密实自应力混凝土，简称 P1 型混凝土；一种掺加 UEA、HCSA 两种膨胀剂的自密实自应力混凝土，简称 P2 型混凝土。配合比详见表 2.1、表 2.2。试验采用内蒙古蒙西水泥股份有限公司生产的 P.O42.5R 普通硅酸盐水泥，中粗粒径河砂、花岗岩碎石（粒径为 5~15mm），包头安顺新型建材有限责任公司生产的矿粉、UEA 膨胀剂，拌合用水为自来水，天津豹鸣公司生产的 HCSA 高性能混凝土膨胀剂，包头和创新天环保科技有限公司生产的聚羧酸减水剂（推荐掺量 2.2%）以及BTC-2 增效剂（推荐掺量 0.6%）。
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2.2自密实自应力混凝土膨胀性能分析
在未受到约束的时候，自密实自应力混凝土会因自身的膨胀性，导致其力学性能低于普通混凝土的力学性能，这不利于在工程上施工，只有对其施加限制约束，自密实自应力混凝土因自身膨胀带来的缺点才会转变为优点。对自密实自应力混凝土在限制约束情况下的膨胀性能的研究是最重要的，还要研究自由条件下的膨胀特点并将两者数据进行对比，深入分析。对 2 种不同的自密实自应力混凝土在单向约束下 3d、7d、14d、28d 的观测，对自由膨胀和限制膨胀的膨胀过程、特点、产生原理和影响因素进一步讨论[21]。
一般采用自由膨胀、单向限制膨胀、钢管限制膨胀相结合的方法对自密实自应力混凝土的膨胀性能评价[33]。本试验参照《自应力水泥物理检验方法》(JC/T453-2004)用自密实自应力混凝土制作试件，选用尺寸为 40mm×40mm×160mm 试模，自由膨胀试件两端的 40mm×40mm 钢端板打孔后放置铜头，限制膨胀试件中间装入限制钢丝骨架两端用 40mm×40mm 的钢端板对自密实自应力混凝土轴心膨胀进行限制。将配置好的自密实自应力混凝土浇筑试模后，放入蒸养箱中蒸养 45 分钟，拿出待试件冷却至室温后脱去模具用游标卡尺测量自由膨胀试件初始值，用比长仪测量限制膨胀试件初始值（测量在一个半小时内完成）。之后分别在第 3 天、7 天、14 天、28 天时测量其自由膨胀值和限制膨胀值。为了便于比较，对于所有用于测量膨胀变形的自由膨胀和限制膨胀试件都在水养、密封养护同条件下进行养护。
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3 矩形钢管自密实自应力混凝土膨胀性能研究......................17
3.1 前言....................................17
3.2 自密实自应力矩形钢管混凝土限制膨胀分析...........................17
4 矩形钢管自密实自应力混凝土短柱轴压试验研究..................................27
4.1 前言............................ 27
4.2 试验概况...................... 27
5 结论与展望.................................... 54
5.1 结论..................................54
5.2 展望...............................55
4 矩形钢管自密实自应力混凝土短柱轴压试验研究
4.1 前言
轴心受压是矩形钢管自密实自应力混凝土承受的最基本的一种受力状态，研究矩形钢管自密实自应力混凝土构件的抗剪、抗弯、抗扭以及几种力共同作用在构建上都需要轴压构件的力学性能作为参考，在矩形钢管中浇筑自密实自应力混凝土，可以更好的发挥钢管对核心混凝土的限制作用，掺入的自密实自应力混凝土会在前期产生主动紧箍力，克服混凝土因为水分散失等原因产生的体积收缩和开裂现象，使的结构自身产生较高自应力，进一步提高其构件的承载能力。本章通过对 14 根矩形钢管自密实自应力混凝土短柱的轴心受压试验，对矩形钢管自密实自应力混凝土短柱轴压试验进行全过程分析。
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5 结论与展望
5.1 结论
通过对自密实自应力混凝土的膨胀分析和矩形钢管自密实自应力混凝土构件轴心受压进行研究，得出以下结论：
（1）通过多次适配与调整，并经过坍落度、坍落扩展度和 T50 试验测试，配制出的自密实自应力混凝土，既能够产生 3~4MPa 自应力值，又能满足自密实自应力混凝土Ⅱ级性能要求。自密实自应力混凝土掺加优质高效减水剂可大幅度提高流动度。
（2）掺加两种膨胀剂的自密实自应力混凝土产生的自应力及强度均比掺加一种膨胀剂自密实自应力混凝土高，水份含量是影响自应力的一个重要因素。经过对自密实自应力矩形钢管混凝土短柱连续 28 天的应变观测与分析，计算出构件产生的自应力达到预期的要求。采用三联试模的方法以及推导出的矩形钢管自应力计算方法、公式计算自密实自应力混凝土自应力值具有可行性。
（3）通过对自密实自应力矩形钢管混凝土短柱的轴心受压试验，得出以下结论：初始自应力的存在并没有改变自密实自应力矩形钢管混凝土结构的破坏过程及破坏形态，其破坏状态与普通矩形钢管混凝土结构基本一致；弹性阶段有所延长，一般能达到极限荷载的 85%以上；自应力的存在使自密实自应力矩形钢管混凝土短柱位移延性系数偏低，延性较弱。
（4）自应力的存在使核心混凝土始终处于三向压应力状态下，使得矩形钢管自密实自应力混凝土短柱试件的轴压极限承载力试验值有较大提高；与按《组合结构设计规范》（JGJ 138-2016）和《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS159：2004）的计算值相比提高 30%以上。
（5）掺加 UEA 膨胀剂产生的自应力值可达到掺加 UEA、HCSA 两种膨胀剂产生自应力值的 85%以上；掺加单一 UEA 膨胀剂的自密实自应力混凝土其抗压承载力与掺加两种膨胀剂的自密实自应力混凝土的差值不大约 5%左右。
参考文献（略）