型钢混凝土结构粘结强度分析_杨勇

第31卷第7期建 筑 结 构2001年7月

型钢混凝土结构粘结强度分析

杨 勇 薛建阳 赵鸿铁

(西安建筑科技大学土木工程学院 710055)

[提要] 根据国内外关于型钢混凝土粘结性能的试验研究,对型钢混凝土结构(SRC结构)中型钢-混凝土的粘结强度进行了分析和探讨,并对型钢混凝土粘结应力沿锚固长度的分布规律进行了分析,从粘结力的力扩散角度对型钢混凝土构件的临界保护层厚度进行了理论推导,提出了一种型钢-混凝土粘结强度的计算方法,并建立了粘结强度和极限荷载的计算模式。与已有的试验结果进行对比验证,符合较好,可为型钢混凝土结构中型钢-混凝土粘结性能的试验研究及实际设计中粘结强度的计算提供参考和依据。[关键词] 型钢混凝土 粘结强度 极限荷载 临界保护层厚度

Accordingtotheformerexperimentsresearchonbond-slipperformance,thedistributionofthebondstressbetweensteelshapesandconcreteinSRCstructuresisanalyzedindetail,basedonwhichbondstrengthbetweensteelandconcreteinSRCstructuresistheoreticallyderived.Acalculationmethodofbondstrengthandultimateloadofbondfractureisestab-lished,whichisingoodagreementwiththeexperimentresults.Allthesemaycontributetothefurtheranalysisofperfor-manceofbondrelationbetweensteelandconcreteinSRCstructures.

Keywords:steelreinforcedconcrete;bondstrength;ultimateload;criticalthicknessofconcretecover

前言 一、

各国的国情和研究的出发点不同,对型钢混凝土结构所采用的计算方法也不相同,但他们的共同特点是都避开了型钢混凝土结构中实质的、也是非常难于处理的型钢与混凝土之间的粘结滑移问题,虽然在研究中都普遍承认型钢与混凝土之间存在粘结滑移现象,而且对型钢混凝土构件受力性能有显著影响,但都未曾从机理方面作进一步的分析和理论上的总结概括,特别对在承载能力后期型钢与混凝土之间较为明显的粘结滑移机理,由于其较为复杂而很少有人研究,所提出的设计计算方法没有较好地考虑粘结滑移的影响,仍采用平截面假定或稍加以修正,缺乏充分的理论依据[1]。而型钢混凝土之间的粘结强度又是确定粘结滑移的本构关系和破坏强度准则的重要参数,是型钢混凝土结构和构件进行非线性有限元分析的关键问题,同时也是型钢混凝土结构强度、刚度和裂缝宽度计算的关键问题。因此,从试验和理论角度对粘结强度进行分析和探讨是必要的。

二、型钢-混凝土粘结机理分析

-6]

根据国内外现有试验资料[2,型钢与混凝土之间

中的比重远远大于在光圆钢筋中的比重。当化学胶结力退出工作后,粘结力就主要依靠摩擦阻力和机械咬合力来维持,摩擦阻力主要取决于型钢与混凝土界面上的正应力和摩擦系数,主要与型钢混凝土构件的受力和横向约束(混凝土凝固时的收缩、混凝土保护层厚度和横向配箍率等)及型钢的表面特性有关。机械咬合力主要取决于型钢表面的粗糙程度和表面状况,但其极限值受到混凝土强度的限制。总体来说,型钢与混凝土二者之间的粘结强度相对于变形钢筋和混凝土的粘结强度来说较小,Eurocode4允许在一定的锚固长度内,自然粘结力取为0 5MPa,日本规范[7]规定取为0 02fc(混凝土抗压强度)且不能大于0 45MPa。国内外试验研究表明,型钢与混凝土之间的粘结强度相当于变形钢筋的30%~50%[5,7]。

三、粘结强度及粘结破坏荷载的计算1 粘结强度与混凝土强度等级的关系

型钢-混凝土的粘结强度主要取决于型钢与混凝土连接面上的化学胶结力,而且粘结破坏大多是由于连接面上混凝土的开裂加快了粘结滑移的发展甚至引起胶结滑脱,从而降低粘结应力并导致粘结滑移沿型钢锚固长度的扩展,所以混凝土的强度对型钢-混凝土粘结强度有较大的影响。

西安建筑科技大学[6]通过对4组钢板的梁式拉拔试件得出表1中的试验结果,笔者根据试验结果统计分析,得到随着混凝土立方体强度fcu的增大,平均粘

*国家自然科学基金资助项目(资助号:59378363)。

的粘结和光圆钢筋与混凝土之间的粘结相类似,主要由三部分组成:混凝土中水泥胶体与型钢表面的化学胶结力,型钢与混凝土接触面上的摩擦阻力和型钢表面粗糙不平的机械咬合力。化学胶结力主要存在于型钢与混凝土表面发生相对粘结滑移之前,当连接面上发生相对粘结滑移后,水泥晶体被剪断或挤碎,化学胶结力大大降低,对于型钢而言,化学胶结力在总粘结力

结强度 b明显增加的规律,并得到线性回归公式:

b=0.0606fcu

试件编号1-1fcu b

1-2

1-317 721 2201-1124 471 58

1-412 140 881-1224 471 55

1-517 720 761-1324 471 44

1-617 720 931-1424 471 45

1-717 721 381-1524 471 42

图如图1。根据平衡条件有:

(1)

1-8

西安建筑科技大学钢板拉拔试验结果[6](N/mm2)表1

2ftcos

ccrxccry

=2ftcos =prbf= bbf(2)sin cos ccr=ccrx=ccry= bbf/2f

t

(3)

28 7624 951 61

1 4641-10

17 721 471-1624 471 40

根据欧洲模式规范CEB-FIPMC90,利用f c与ft间的关系

ft=1 4f c/10可以得到:

f c=6 037ft

试件编号1-9fcu b

24 4724 471 81

1 64

Charles.W.Roeder通过对型钢-混凝土的推出试验(试验结果见表2)得出,按翼缘与混凝土接触面积平均的局部最大粘结应力 bf与混凝土圆柱体抗压强度f c的统计回归公式为 bf=0 09f c,考虑试验数据离散后,建议了一 …… 此处隐藏：6546字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……