服役环境下钢管混凝土界面特征与性能优化

钢管混凝土是在我国得到广泛工程应用的组合结构材料，其优异性能依赖于钢管混凝土间的复合作用。而工程实践显示，在野外环境下存在钢管混凝土界面脱粘现象，这势必影响钢管混凝土的工作性能与结构安全。以往对钢管混凝土界面的研究只注重轴压荷载作用下轴向粘结性能，而良好的径向作用是钢管混凝土"套箍效应"发生的基础。本项目通过太阳辐射模拟试验、加速温度冲击循环试验等环境模拟试验方法，研究太阳辐射、温度骤变、轴压荷载、混凝土收缩徐变等多因素作用下钢管混凝土界面特征，揭示服役环境下钢管混凝土界面脱粘机理；研究热、力作用下保持良好协同工作状态的核心混凝土限制膨胀率"合理域"及其计算理论，并以抵御外界恶劣环境长期交替、反复作用为目标，通过核心混凝土膨胀性能精细设计，实现钢管混凝土界面性能优化，增强钢管混凝土的环境"鲁棒性"，为保障钢管混凝土长期工作性能提供理论与实践指导。

长期、往复、恶劣的野外环境影响下的钢管混凝土界面脱粘，危害着钢管混凝土的长期工作性能和结构安全。本项目结合环境模拟试验、有限元法、热弹性力学理论等方法，完成了温度冲击、太阳辐射与轴压荷载耦合作用下钢管混凝土截面温度场、界面性能与界面优化理论等方面的研究工作，取得了如下研究成果：（1）设计制作了钢管混凝土热-力耦合试验炉，试验研究分析了温度冲击作用下钢管混凝土截面温度分布规律及界面性能，试验研究分析了热-力耦合作用下钢管混凝土界面性能劣化过程及其规律；（2）设计制作了太阳辐射环境模拟器，试验研究分析了太阳辐射作用下钢管混凝土截面温度梯度非线性分布特征，试验研究分析了太阳辐射-轴压荷载耦合作用下钢管混凝土向阳面、背阳面钢管壁与界面的弹塑性发展历程；（3）为实现钢管混凝土界面性能优化，提出并推导得到了钢管混凝土膨胀率“可行域”，推导了钢管混凝土自由膨胀率与限制膨胀率、钢管膨胀混凝土自应力与自由膨胀率的解析关系，理论推导得到轴对称变温条件下钢管混凝土脱空间隙计算公式。本项目首次试验研究了服役环境对钢管混凝土工作性能的影响及其变化规律，并推导得到为实现界面性能优化的钢管混凝土膨胀性能设计的系列理论指标。项目在钢管混凝土的环境模拟试验方法、试验结果、界面优化理论等方面的研究成果，具有较好的应用与参考价值。