基于振动特性判别钢管混凝土两种材料间的脱粘规律

文章编号：1674-4764（2018）01-0048-07

Discriminant analysis of coete debonding of CFST based on nonlinear vibration characteristics

Wang Juna，Cao Huia，b

（a.School of Civil Engineering；b.Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area， Ministry of Education， Chongqing University，Chongqing 400045，P.R. China ）

Abstract：This paper firstly conducted push-out test and dynamic signal test on CFST. The difference of nonlinear vibration characteristics of CFST in different working conditions in push-out test was analyzed. And the influence factors of nonlinear characteristics of CFST were studied. The first order of vibration signal was extracted by utilizing analytical mode， the relationship of frequency- amplitude was obtained by Hilbert transform. The test results of three CFST members show that the nonlinear vibration characteristics first increase then decrease in all loading process， and the characteristics are affected by the interaction between steel tubular and concrete. The interface of cementation is weaken by the poor quality of concrete placement， thus the nonlinear characteristics is relatively low when the concrete debonding isn’t occurred.

Keywords：concrete filled steel tube； push-out test； nonlinear analysis； AMD filtering

钢管混凝土的脱粘缺陷可以分为2种：1）结构受到荷载作用导致脱粘，如温度以及轴向力等因素的影响；2）由于混凝土的浇筑不良，导致混凝浇筑不密实，从而形成的钢管混凝土的界面脱粘。

目前，钢管混凝土检测主要是基于声光学以及基于弹性假设的力学检测方法。超声波检测方法应用较早，但该方法仅适用于管壁与混凝土胶结良好的界面，首波沿钢管壁传播会对检测结果产生干扰。郝放等[1]在超声波方法实際检测过程中指出：对声能的衰减和波形的变化只能做定性和经验性的判断。丁睿等[2]提出了利用分布式光纤传感系统检测钢管混凝土脱空，表明利用光纤传感器检测钢管混凝土脱空脱粘可行，但此方法必须在施工过程中预埋传感器，无法用于已建成结构的检测。许斌等[3]采用基于压电陶瓷的波动法和阻抗法来监测钢管混凝土界面剥离，以小波包能量谱的变化情况，来判断界面剥离状况。

CFST核心混凝土与钢管的内壁存在相互作用，这种界面作用由化学胶结力、机械咬合力和摩阻力构成。当钢管混凝土发生自由振动时，界面作用复杂的动态变化（微粘滞、微碰撞、微滑动），导致振动呈现频率随振幅改变的非线性特征。通过识别钢管混凝土振动信号中的非线性特征，能够推测钢管与核心混凝土的界面状况。

目前，基于非线性动力检测进行损伤识别方面的研究还很少。Neild等[4]、Chajdi[5]、郑星[6]、曹晖等[7]通过对混凝土梁的非线性动力研究，探讨了将其运用到损伤识别的可能。许鑫[8]通过3根钢管混凝土悬臂柱证实基于非线性振动特性的钢管混凝土脱粘识别可行；曹平[9]通过实验室CFST短柱和工地实测，研究CFST脱粘与非线性特性的影响关系。

在钢管混凝土拱桥结构中，桥面荷载一般通过吊杆或者立柱先传递给拱肋钢管，然后，通过钢管与混凝土的界面相互作用传递给混凝土，最终使钢管与混凝土共同受力。在实际高层建筑工程结构中，荷载作用于钢管混凝土柱的形式有两种：一种是荷载直接作用于柱顶，此种传力方式钢管与混凝土共同受力，变形协调；另外一种则是梁间荷载先传递给钢管侧壁，再通过钢管与混凝土的粘结作用传递给混凝土，实际工程中的大部分钢管壁脱粘情况与推出试验的传力方式一致。因此，采用推出试验的振动特性来分析钢管混凝土的粘结质量对于实际工程具有非常重要的参考价值。