钢管再生混凝土短柱工程力学性能与经济效果评价

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道；路ｌ工ｌ程　

钢管再生混凝土短柱工程力学　

性能与经济效果评价　

李卫宁　

（广西交通职业技术学院，广西　南宁５３００２３）　

作者简介　李卫宁（１９７４一），硕　士，研究方向：再生混　凝土研究。　

基金项目　２Ｏｌ　３年度广西高校科　学技术研究项目（２０１　３　ＬＸｌ　９２）；国家自然科　学基金项目（５０９０８０５　７）；广西自然科学基金　项目（２０１２ＧＸＮＳＦＡＡＯ　

５３２０３）　摘要：文章以钢管再生混凝土短柱实测轴压试验数据为基础，采用价值工程分析　

法，从原材料成本、力学性能、结构综合性价比三方面，对钢管再生混凝土短柱进行经　济性评价研究。结果表明：钢管再生混凝土柱的受力全过程与普通钢管混凝土相似，　

具有良好的力学性能；钢管再生混凝土可实现废弃资源的再利用，有利于节省天然资　

源和环境保护，其综合成本占有绝对的优势，是一种有发展前景的结构形式。　

关键词：钢管混凝土；再生混凝土；价值工程；经济效益；性价比　

中图分类号：Ｕ４１　６。２文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１　ｏ．１　３２８２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｃｃｓｔ．２０１　７．０８．００２　

文章编号：１　６７３—４８７４（２０１　７）０８—０００４—０３　

Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｐｉｐｅ　Ｒｅｃｙ—　

ｃｌｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｈｏｒｔ－ｃｏｌｕｍｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

ＬＩ　Ｗｅｉ—ｎｉｎｇ　（Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ，５３００２３）　

Ａｂｓｔｍ￣＝Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄａｔａ　ｏｆ　ａｘｉａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｓｔｅｅＩ　ｐｉｐｅ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｈ０ｒｔ—　ｃｏｌｕｍｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｖａｌｕｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｐｉｐｅ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｈｏｒｔ—ｃｏｌｕｍｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｒｅｅ　ａｓｐｅｎｓ：ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃｏｓｔ。ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｏｓｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｆｏｒｃｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｐｉｐｅ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｉｓ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｆｉｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅ，ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｍｅ—　ｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ—ｐｉｐｅ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃａｎ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｒｅｕｓｅ　ｏｆｗａｓｔｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｈｅｌｐ　ｔｈｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｃｏｓｔ　ｈａｓ　ａｂｓｏｌｕｔｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ，ｔｈｕｓ　ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｃｒ￣ｅ—ｆｉｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅ；Ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｖａｌｕｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ；　Ｃｏｓｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　

０引言　

钢管混凝土是在钢管中填充混凝土形成的一种组合构件，承载力是单纯的混　

凝土构件的１．０倍至２．０倍，且施工简捷，被广泛运用于公路和城市桥梁结构中。　

随着土木工程建设的快速发展，改建扩建工程产生大量废弃混凝土，推广使用绿色　

材料——再生混凝土成为许多学者关注的问题１＾］。一般情况下，再生混凝土的综　

合性能低于普通混凝土，由此在工程中再生混凝土普遍只应用于混凝土路面或其　

他大体积混凝土中，限制了其推广和利用。本文研究以钢管再生混凝土短柱为研　

４　西部交通科技　－■．１■０　ｓ　…　；

　钢管再生混凝土短柱工程力学性能与经济效果评价／李卫宁　

究对象，用再生混凝土取代钢管混凝土结构中的普通　

混凝土进行轴心受压试验，并采用价值工程法从原材　

料成本、力学性能、结构综合性价比三方面进行经济　

性分析，以进一步指导再生混凝土在较高等级工程中　

的推广利用。　

１钢管再生混凝土短柱试验概述　

１．１试验材料　

本文中研究的钢管再生混凝土短柱试件利用废　

弃电杆作为再生混凝土原料，按工艺要求将废弃电杆　

经过清洗破碎配制成为再生混凝土的粗骨料　］。　

钢管中的再生混凝土按Ｃ３０的混凝土标号配制，主要　

参数为：粗骨料粒径控制在１．４～２．８　ｃｍ之间，水胶　

比为０．４１，水泥：砂：粗骨料：水＝５２４：５３２：１　１２９　

：２１　５。　

１．２试件设计与实验数据　为了比较再生混凝土与普通混凝的力学性能，实　

验设计了２２个钢管再生混凝土短柱试件。按钢管厚　

度的不同分为Ａ和Ｂ两组，设计从Ｏ％到１　００％的再　

生混凝土替代率。其中替代率为０％代表普通混凝　

土，替代率为１。Ｏ％代表再生混凝土。Ａ和Ｂ两组试　

件具体参数如表１所示。２２个试件钢管再生混凝土　

短柱试件按普通混凝土的养生要求养生，达到强度后　

采用ＲＭＴ一２０１岩石与混凝土力学试验压力机进行　

加载，实验数据如表２所示。　

表１试件各相关参数表　

表２试件的峰值应力表　

ＣＡ—　Ｇ　一　ＣＡ—　ＣＡ—　ＣＡ—　ＣＡ—　ＣＡ—　ＣＡ—　ＣＡ—　ＣＡ一　３１．０　２９　１　４　２８　２０　３２　２６　３３　８２　３１．５１　３０　３３　３５　８６　３６　９６　３４　３０　续表　

２价值工程分析法　

价值工程中的价值Ｖ是分析对象具有的功能与　其成本的比值，体现分析对象经济效果的一个综合指　标，计算公式为式（１）所示。　

价值　＝　

由式（１）可知，分析对象的成本Ｃ在一定值的情　况下，分析对象具有的价值　与其功能Ｆ成正比。　即保证结构功能Ｆ不变，降低结构的成本ｃ，就能实　现提高该结构的价值　。本文通过实验采集再生钢　管混凝土的力学性能数据代表其具有的功能Ｆ与其　原材料成本Ｃ，运用式（１）价值工程分析法，从原材料　成本、力学性能、结构综合性价比三方面对钢管再生　混凝土短柱进行经济性分析，并与普通钢管混凝土进　行对比，进一步验证钢管再生混凝土在土木工程结构　运用中的社会效益和经济效益　］。　２．１　钢管再生混凝土短柱功能定义及功能权重　分析　钢管混凝土结构具有良好的力学性能，主要以立　方体抗压强度、棱柱体抗压强度、极限承载力３个指　标体现。由此将钢管混凝土结构功能定义为：　功能１：体现混凝土强度等级的特征值——立方　体抗压强度；　功能２：体现试件尺寸强度等级的特征值——棱　柱体抗压强度；　功能３：体现试件所能承受最大荷载极限荷载的　特征值——极限承载力。　本文将表１中的试验数据ＣＡ一０与ＣＡ一１０、　ＣＢ一０与ＣＢ一１０两两进行功能分析比较。其中　ＣＡ一０、ＣＢ一０为替代率Ｏ％的钢管普通混凝土，ＣＡ一　１０、ＣＢ一１　０为替代率１　００％的钢管再生混凝土。具体　功能分析比较结果如下页表３所示。　

２０１　７年第８期总第１２１期　

５　道路工程　固基　Ｇｌ　Ｉ　Ｒ｝　

表３　０３０钢管普通混凝土与钢管再生混凝土功能评价表　

由表３可见，Ｃ３０钢管普通混凝土与钢管再生混　

凝土功能相比，功能略高于普通混凝土，其中ＣＡ系　

列功能权重为１．１　３８，ＣＢ系列功能权重为１．１　３２，综　

合功能权重为１．１　３５。　

２．２原材料成本ｃ分析　

由价值工程分析法可知，实现钢管混凝土结构功　

能是通过钢管与混凝土的共同作用，其功能成本即为　

钢管与混凝土原材料成本。钢管再生混凝土短柱设　

计为０３ｏ混凝土强度，以破碎的废弃混凝土作为粗骨　

料来代替天然石料加工的粗骨料，与钢管普通混凝土　

用料比例相同，只需分析两种骨料的价格即可。假设　

天然石料与再生骨料运距相等，并考虑钢管再生混合　

构件的应用，可以节约大量的资源与能源，减少温室　

气体的排放¨５］，具体分析数据如表４所示。　

表４　０３０钢管普通混凝土与钢管再生　

混凝土每立方价格计算表　

资源数量（ｍ。）　节约能源数量（ｍ。）环境（ｍ。）　

项目碎石蔫　

（８０元／ｆ）（５０元／ｆ）（３８０元／ｔ）（３８０元／ｔ）（３８０元／ｔ）　Ｃ３ｏ钢管普　通混凝土　Ｃ３ｏ钢管再　生混凝土　Ｃ３Ｏ钢管普　通混凝土价　格计算　Ｃ３ｏ钢管冉　生混凝土价　格计算　５２４×３５０＋５３２ｘ１Ｏ０＋１　１２９×８０＝３２６　９２元／ｍ０　

５２４×３５０＋６３２×１ＯＯ＋１　１２９×５９一（１６９＋２３８＋　１　１　８３）／１０　０００Ｘ　３８０＝２３２　６３元／ｍ。　由表４可见，Ｃ３ｏ钢管普通混凝土价格为３２６．９２　

元／ｍ。，Ｃ３ｏ钢管再生混凝土价格为２３２．６３元／ｍ。，每　

立方米价格节省了９４．２６元，综合使用成本仅为普通　

混凝土的ｏ．７１倍。　

２．３结构综合性价比分析　运用价值工程分析法，将原材料成本、功能权重　

代入式（１），得出钢管再生混凝土结构的综合性价比，　并与钢管普通混凝土进行比较，具体结果如表５　

所示。　

表５　０３０钢管普通混凝土与０３０钢管再生混凝土性价比表　

由表５可见，Ｃ３０钢管再生混凝土短柱的综合性　

价比是Ｃ３０钢管普通混凝土短柱的１．６１倍，综合性　

价比提高了６１％。　

３结语　

通过价值工程分析法对钢管再生混凝土短柱经　

济性进行研究分析，结果表明：　

（１）钢管再生混凝土柱立方体抗压强度、棱柱体　

抗压强度、极限承载力３个功能指标略高于普通混凝　

土，其中ＣＡ系列功能权重为１．１　３８，ＣＢ系列功能权　重为１．１　３２。　

（２）Ｃ３０钢管普通混凝土每立方米价格为３２６．９２　

元／ｍ３，Ｃ３０钢管再生混凝土价格为２３２．６３元／　，每　

立方米价格节省了９４．２６元，综合使用成本仅为普通　

混凝土的ｏ．７１倍。　

（３）电价值工程分析法公式计算得到Ｃ３Ｏ钢管再　

生混凝土短柱的综合性价比是Ｃ３Ｏ钢管普通混凝土　

短柱的１．６倍，性价比提高了６Ｏ％。　

（４）钢管再生混凝土经济效呆优于钢管普通混凝　

土，其综合成本占有绝对的优势。结构采用再生混凝　

土实现废弃资源的再利用，有利于节省天然资源和环　

境保护，是～种有发展前景的绿色结构。囝　

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