钢管混凝土是指将混凝土填充至钢管中而形成的一种新型的钢-混凝土组合构件。钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土受到外围钢管的套箍作用而处于三向受压状态,阻止其发生横向变形,从而提高了核心混凝土的强度,又由于混凝土的存在以及混凝土对钢管的挤压作用,阻止钢管过早出现局部鼓曲现象,充分有效的发挥了各材料性能,提高了钢管混凝土试件的极限承载能力。

对比于其他建筑结构,钢管混凝土结构还具有以下显著优点:(1)承载力较高;(2)塑性和韧性更好;(3)施工简便;(4)耐火性能优于钢结构;(5)经济效益高等优点[5]。这些显著的优点使得钢管混凝土被广泛的运用于高层建筑结构柱、桥梁承重结构、地铁站台柱、厂房柱以及一些桩基础、电塔等工程领域,取得了良好的建筑和经济效果。

然而由于海砂中还有大量的氯离子,这使得将海砂直接运用于普通钢管混凝土中会造成钢管内壁腐蚀,进而导致钢管混凝土结构的耐久性、极限承载力和延性等显著下降,甚至引发“海砂屋”事件。然而不锈钢管也不是完全不腐蚀,但是相比于普通钢管耐腐蚀性和耐久性更好,并且由于钢管相对密闭的环境,腐蚀情况相比于暴露空气中混凝土更为轻微,所以如果用不锈钢管替代普通钢管,那么就能有效的解决氯离子对钢材的腐蚀问题。

除此之外,不锈钢管混凝土还兼具以下优点:

1)承载力高;

2)耐高温性能好;

3)抗冲击和疲劳性能强;

4)抗震性能好;

5)维护成本低;

6)结构美观;

7)绿色环保等。

综合上述的优点,不锈钢管混凝土的研究与应用可以在一定程度上克服普通钢管混凝土实际运用中耐腐蚀性和耐久性差的缺陷,同时还可以保留普通钢管混凝土的力学特性。

1-1所示为在科学研究和实际工程应用中出现较多的几种不锈钢管混凝土构件横截面形式,主要分为圆形不锈钢管混凝土试件,方、矩形不锈钢管混凝土试件。

目前,我国河砂资源短缺且成本较高,而海砂资源十分丰富且成本较低,如果将海砂资源运用到建筑工程中,不仅能够减少河砂资源的过度消耗,一定程度上还能避免河砂资源短缺、过度开采河砂所带来的河床破坏等生态环境问题,同时也可以开发我国丰富的海洋资源,推动沿海地区经济的发展和海洋工程的建设。此外,海砂还具备细度模数均匀、粒形好、含泥量低以及价格低廉等独特的优点,但是海砂也有一些弊端,比如贝壳含量高,其中影响最大的是海砂中高含量的氯离子,将其应用于普通钢管混凝土中会对钢管内壁造成一定的锈蚀,导致钢管混凝土结构的耐久性、承载力和延性等显著下降,因而本文设想用不锈钢材替代普通钢材,这不仅考虑到不锈钢材本身具有较高的耐腐蚀性和耐久性,同时新型不锈钢管混凝土结构还具有承载力高、抗震性能好、耐高温性能好、强度高、韧性与塑性好、维护成本低和结构美观等优点。

因此本文基于上述海砂以及不锈钢管混凝土结构的优点,提出将海砂混凝土应用到不锈钢管中形成不锈钢管海砂混凝土这种新型的组合结构。目前,国内外关于不锈钢管混凝土纯弯试件的研究主要集中在河砂混凝土和再生混凝土方面,而关于不锈钢管海砂混凝土纯弯力学性能的研究还未曾报道过。但在实际工程中,结构构件经常处于复杂的受力环境下,承受弯矩作用较为常见,所以本文有必要开展不锈钢管海砂混凝土纯弯力学性能试验的研究,以探讨不锈钢管海砂混凝土与不锈钢管净化海砂混凝土和不锈钢管河砂混凝土在力学性能、破坏模态等方面的差异。同时研究不锈钢管海砂混凝土的抗弯性能,一方面有利于认识其在压弯荷载下的工作性能,另一方面,有助加深此类结构在地震荷载下抗变形的能力的认识,对实际工程的设计与应用具有重要的工程意义。所以基于上述原因,本文提出了进行不锈钢管海砂混凝土纯弯力学性能的研究。