２０１１年第９届两岸四地工程师（广州）论坛论文集
钢管再生混凝土构件的研究发展现状
余银银
（广东工业大学土木与交通工程学院，广州）
摘要：本文针对我国现在面临着的废弃混凝土利用的困境，介绍了钢管再生混凝土构件这一尚处于起步阶段，将钢管混凝土结构与再生混凝土利用结合起来的，更合理的利用废弃混凝土的新型构件。概括了介绍了再生混凝土，钢管混凝土的研究发展过程，重点介绍了钢管再生钢管混凝土构件的国内外发展动态，并对目前的研究现状进行总结，指出现在研究的局限性，对进一步的研究提出展望。关键词：再生混凝土；钢管混凝土；钢管再生混凝土；力学性能；抗震性能
１引言
随着我国城市化发展进程的加快，在大规
模新建、改建、扩建各类建筑物的同时产生大
量的废弃混凝土。将废弃混凝土块经过破碎、
清洗、分级后，按一定的比例混合形成再生骨
料，部分或全部代替天然骨料配制的新混凝
土（称为再生骨料混凝土，ｒｅｃｙｃｌｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＲＡＣ）用于新建工程，则不仅能降低
成本，节约天然骨料资源，缓解骨料供求矛盾，
还能减轻城市环境的污染１１１。国内外研究者已经
对再生混凝土的力学性能进行了深入的研究，也
开始对由再生混凝土制作的钢筋混凝土结构或构
件进行研究，但目前再生混凝土在实际工程中主要应用于路基回填等非受力或受力较小的结构
中，应用层次还比较低【２】。为了更合理的利用
废弃混凝土构件，近年来我国学者将在国内外
研究应用尚处于起步阶段的新型钢管混凝土结
构与再生混凝土利用结合起来。利用钢管对核
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，从而使核心混凝土具有很
高的抗压强度和变形能力。同时，利用内填的
混凝土能增强钢管壁的稳定性。通过钢管再生
混凝土这种组合结构来促进再生混凝土在土木
建筑结构中的应用和发展，为废弃混凝土资源
化提供一条有效的途径［３１。２国内外研究现状
（１）再生混凝土的研究现状
再生混凝土技术的应用始于二次大战期间，
战争导致了大量废弃物的产生，许多欧洲国家在
战后面临着严重的废弃物处理问题。２０世纪５０年
代，前苏联和德国为了处理大量废弃混凝土同时
为城市重建提供新的原材料，相继开展了再生混
凝土技术的研究｛４１。国际材料与结构研究与测试试
验所联合会ＲＩＬＥＭ于１９７６年成立了“混凝土拆
除和再利用委员会”ＴＣ一３７一ＤＲＣ，开始研究废弃
混凝土的消化和再生利用。
为了给再生混凝土技术应用于实际工程提供科学的指导和鼓励建筑废料的再生利用，日本、
美国、德国、荷兰、英国等国在试验研究的基础
上颁布了相应的技术规程或指南。１９７７年日本政
府制定了ＪＩＳＴＲＡ０００６《再生骨料和再生混凝土
使用规范》［５１。１９９１年日本政府又制定了《资源重新利用促进法》，规定建筑施工过程中产生的渣土、
混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑垃圾，
必须送往“再生资源化设施”进行处理。德国钢
筋混凝土委员会颁布了《再生骨料混凝土指南》一
ＢｅｎｔｏｎｍｉｔｒｅｚｋｌｉｅｒｔｅｍＺｕｓｃｈｌａｇ＿【４１。２（）世纪８０年代，荷兰制定了有关利用再生混
凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋
混凝土的规范。丹麦政府于１９９０年颁布法规修正案
允许再生骨料在适宜环境下用于某些特定的结构［６１。
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我国对于再生混凝土的研究起步较晚，但是
研究势头较猛，国内数十家大学和研究机构开展
了大量的研究工作，涉及范同广泛。其中，同济
大学对再生混凝土技术进行了大量的研究，包括
再生混凝土的强度和工作性能、废弃混凝土破碎
及再生工艺研究、高温后再生混凝土强度研究、
再生混凝土耐久性研究、再生混凝土梁柱试验研
究、再生混凝土框架节点试验研究、再生混凝土
框架结构抗震性能的研究等。
２００７年同济大学编写了地方标准ＤＧ／ＴＪ０８—
２０１８－２００７《再生混凝土应用技术规程》，为再生
混凝土技术的应用提供了明确的指导。
（２）钢管混凝土结构研究现状
钢管混凝土结构在土木建筑丁程中应用始于
２０世纪初美国在一些单层房屋建筑中采用了圆形
钢管混凝土柱。２０世纪３０年代末期，前苏联曾用
钢管混凝土建造了跨度为１０１ｍ的公路拱桥和跨
度为１４０ｍ的铁路拱桥。２０世纪６０年代前后，钢
管混凝土结构在前苏联、西欧、北美和１３本等工
业发达国家受到重视，在厂房建筑、多层和高层
建筑、立交桥以及特种工程结构中得到应用，收
到了良好的效果，并编制了相关的相对完善的技
术规程，推动了钢管混凝土在世界范围内的普及
和发展。我国从１９５９年开始研究钢管混凝土的基本
性能和应用。１９６３年成功地将钢管混凝土柱应用
于地铁车站工程。２０世纪７０年代钢管混凝土相
继在冶金、造船、电力等部门的单层厂房和重型
构架中得到成功的应用。随后，从２０世纪８０年
代开始，在我国以采用高强度混凝土材料和泵灌
混凝土工艺为主要特征的现代钢管混凝土结构，
也取得了飞速发展。１９９０年我国颁布了专门的《钢
管混凝土结构设计与施工规程》，为现代钢管混
凝土结构在我国的推广应用提供了技术保障。近
年来，国家经济迅猛发展，基础设施大量兴建，
现代钢管混凝土结构技术在高层建筑和大跨桥梁
中得到卓有成效的应用，有力地推动了该领域技
术的进步。
（３）钢管再生混凝土结构研究现状
钢管混凝土结构与再生混凝土利用结合起来，
对钢管再生混凝土结构进行研究，国外始于９０年
代末，国内最早的研究文献见于２０（）５年。钢管提高再生混凝土性能的基本原理是通
过对受压混凝土施加侧向约束，使其处于三向
受压的应力状态，延缓其纵向微裂缝的发生和
发展，从而提高其抗压强度和压缩变形能力。
其关键在于核心混凝土的泊松比大于钢管的泊
松比。宋灿１７－１０１等通过对再生混凝土基本性能
的试验结果表明，再生混凝土的泊松比与普通
混凝土相当，可以发挥钢管对核心混凝土的套
箍（约束）作用。
现有对钢管再生混凝土柱的研究大多针对其
静力性能。主要包括：
１）研究钢管再生混凝土的轴压构件。
Ｋｏｎｎｏｌｌ２１等研究结果表明，钢管约束再生混凝
土的力学性能与钢管约束普通混凝土类似，且
具有良好的延性，但该类构件在刚度和承载力
方面都表现出有所降低的趋势。ＥＫＭｏｈａｎｒａｊ，
ＳＫａｎｄａｓａｍｙ，ＲＭａｌａｔｈｙ等１１３１对相同混凝土等级，不同含钢率，不同长细比的钢管再生混凝土
试件的轴压试验表明，再生钢管混凝土柱的承载
力比空心钢管柱高出６６％～１２１％，比普通钢管混
凝土柱高６％～１０％，并且节约１０％的水泥，可
以降低４０％的成本。邱昌龙［１４１对再生混凝土和
天然混凝土的力学性能进行了研究，并主要对钢
管再生混凝土短柱和天然钢管混凝土短柱轴心受
压进行了对比分析，指出两者在裂缝发展和破坏形态是一致的，两者的荷载一位移曲线、应
力一应变曲线基本相似，并指出可以参考名义
破坏荷载的计算方法，估箅钢管再生混凝土短柱
的承载能力。
２）研究钢管再生混凝土的压弯及纯弯构件。
杨有福１１５－１６］等研究表明，钢管再生混凝土构件与
钢管普通混凝土构件的力学性能类似，但由于再
生混凝土的强度和弹性模低于相同配合比的普通
混凝土，致使钢管再生混凝土构件的承载力、轴
压短柱弹性模量和纯弯构件刚度均低于相应的钢
管普通混凝土构件。
３）新型的钢管再生混凝土轴压构件。ａ）钢
管再生混合构件。吴波等［１７－２１‘在使用大块状，
大节段再生骨料的基础上提出了钢管再生混合构
件的概念。即将废弃混凝土构件去除保护层、纵
筋、箍筋之后的核心部分整体或分段放入钢管内
部，然后在二者之间浇筑新混凝土形成再生混合
一３１５
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构件。并在此基础上对钢管再生混合构件的轴压
力学性能进行研究，与钢筋混凝土构件进行比较，
指出在用钢量和截面尺寸相同的情况下，钢管再
生混合构件的截面抗压和抗弯承载力分别比钢筋
混凝土构件增加约１５％～１７％和２７％～３９％。
在用钢量和截面抗压承载力相同的情况下，钢管
再生混合构件的截面面积大约比钢筋混凝土构件
减小１５％一１８％左右。ｂ）薄壁钢管再生混凝土
柱。邱慈长１２２１等通过对９个薄壁圆钢管再生混
凝土短柱和９个薄壁方钢管再生混凝土短柱进行
的轴压试验研究，比较了三种方法测定试件轴向
变形的差异，分析了不同取代率和不同截面形式
薄壁钢管再生混凝土的破坏变形特征，并运用不
同设计规程对薄壁钢管再生混凝土的承载力强度
进行计算分析。结果表明，薄壁钢管再生混凝土
的变形破坏形式与普通薄壁钢管混凝土相似，再
生混凝土取代率对试件极限承载力和变形能力有
一定影响。
３研究现状总结及展望
综合国内外众多学者的试验研究，可以得出
以下一些比较一致的结论：（１）在钢管的约束下，
再生混凝土的弹性模量、强度、塑性和韧性性能
等可得到不同程度的改善；（２）钢管约束再生混
凝土的力学性能与钢管约束普通混凝土类似，但
数值上略有下降；（３）钢管再生混凝土构件的破
坏模态与钢管普通混凝土构件类似；（４）采用钢
管再生混凝土构件具有一定的经济优势；（５）对
钢管再生混凝土构件的力学性能研究主要集中在
轴压实验上，对钢管再生混凝土构件抗震性能的
试验研究跟理论研究尚少，特别是对于近两年兴
起的薄壁钢管再生混凝土构件。
为钢管再生混凝土这种新型构件应用于实际
工程，促进再生混凝土在土木建筑结构中的应用
和发展，为废弃混凝土资源化提供一条更为有效
的途径，研究钢管再生混凝土构件与钢管普通混
凝土构件抗震性能的异同，考察钢管普通混凝土
构件抗震性能研究方法和研究成果是否适用于钢
管再生混凝土构件是十分必要的。这需要结合前
期的研究成果，针对现有研究的局限，重点研究
钢管再生混凝土构件内填再生混凝土的应力一应变关系及构件（特别是薄壁构件）的抗震性能，
对钢管再生混凝土构件进行深一步的理论分析和
试验研究，为这一新型构件应用于实际工程提供
理论支持。
参考文献
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ＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＲｅｃｙｃｌｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｌｕｍｎＥｎｃａｓｅｄ
ｂｙＳｔｅｅｌＴｕｂｅＳｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏＡｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［Ｊ１．
ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＪａｐａｎＣｏｎｃｒｅｔｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９９７，１９（２）：２３１－２３８．
【１３１ＹａｎｇＹＦ，ＨａｎＬＨ．ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅａｎｄｆｌｅｘｕｒＭ
ｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌ
ｔｕｂｅｓ（ＲＡＣＶＳＴ）ｕｎｄｅｒｓｈｏｒｔ—ｔｅｒｍｌｏａｄｉｎｇｓⅡ】．ＳＴＥＥＬ
ＡＮＤＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，２００６，６：３－４
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