型鋼與高強(qiáng)高性能混凝土界面粘結(jié)滑移行為研究.pdf

1、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力大、剛度大、構(gòu)件截面尺寸小、良好的延性以及較好滯回特性及耗能性能，因此型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛。型鋼與混凝土之間良好的粘結(jié)作用是保證型鋼混凝土構(gòu)件中型鋼與混凝土協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)，型鋼、鋼筋和混凝土三種材料元件協(xié)同工作，以抵抗各種外部作用效應(yīng)，才能夠充分發(fā)揮型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。型鋼與混凝土之間的粘結(jié)作用直接影響著型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力性能、破壞形態(tài)、計(jì)算假定、構(gòu)件承載能力、裂縫和變形計(jì)算理論和分析方法

2、。
　　 目前各國(guó)規(guī)范對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算方法不盡相同，但它們的共同特點(diǎn)都是簡(jiǎn)化或避開了對(duì)型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移問題的精確處理。筆者對(duì)現(xiàn)有的型鋼混凝土粘結(jié)滑移行為的研究資料進(jìn)行了總結(jié)和分析，結(jié)果表明型鋼混凝土粘結(jié)滑移是一個(gè)較復(fù)雜的課題，諸多研究成果分歧與矛盾較大，許多問題尚不足以定論，因此型鋼混凝土粘結(jié)性能的研究有待于進(jìn)一步的深入和完善，尤其需要加強(qiáng)型鋼與高強(qiáng)高性能混凝土的粘結(jié)滑移行為的研究并對(duì)其界面脫粘的本質(zhì)進(jìn)行必要

3、的理論分析。
　　 基于前人的研究成果，設(shè)計(jì)了十二棍不同剪跨比、配箍率和混凝土強(qiáng)度的型鋼高強(qiáng)高性能混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)，以考察不同參數(shù)下型鋼混凝土簡(jiǎn)支梁中的粘結(jié)滑移行為，通過密布的電阻應(yīng)變片和滑移傳感器測(cè)試沿梁長(zhǎng)度方向的界面粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移的變化規(guī)律。同時(shí)采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)粘結(jié)滑移的內(nèi)裂縫形成和發(fā)展進(jìn)行追蹤觀察。本文對(duì)試件的破壞形式和形態(tài)進(jìn)行深入分析，確定了各級(jí)荷載下粘結(jié)應(yīng)力和滑移量的分布規(guī)律，以及影響型鋼與混凝土粘結(jié)滑移性能的主要

4、因素，指出了試件加載后期型鋼與混凝土界面所存在的粘結(jié)軟化現(xiàn)象，并探討了型鋼與高強(qiáng)高性能混凝土的粘結(jié)滑移機(jī)理?；谕ㄟ^與前人型鋼-普強(qiáng)混凝土界面粘結(jié)滑移試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，探討了高強(qiáng)高性能混凝土對(duì)型鋼-混凝土界面的增強(qiáng)作用，揭示了界面的增強(qiáng)機(jī)理與界面破壞機(jī)理，進(jìn)一步明確了型鋼高強(qiáng)高性能混凝土粘結(jié)滑移機(jī)理。
　　 基于型鋼與混凝土界面粘結(jié)軟化行為機(jī)理分析，并結(jié)合大量型鋼混凝土粘結(jié)滑移試驗(yàn)結(jié)果，提出了一種簡(jiǎn)化粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，并以此建立了

5、不同區(qū)段界面的平衡微分方程，進(jìn)而進(jìn)行了粘結(jié)滑移全過程分析，求得了沿試件長(zhǎng)度方向的型鋼應(yīng)力、粘結(jié)應(yīng)力以及粘結(jié)錨固承載力的解析表達(dá)式。計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明，采用本文提出的模型進(jìn)行型鋼混凝土界面粘結(jié)滑移分析合理可行。
　　 將型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件抽象為具有內(nèi)部摩擦界面的彈性體，并將界面脫粘過程視為界面裂縫的擴(kuò)展過程，基于斷裂力學(xué)中的能量原理，得到了鋼-混凝土界面-脫粘過程中的能量關(guān)系，進(jìn)而建立了基于能量的界面脫粘準(zhǔn)則。用此

6、準(zhǔn)則進(jìn)行了型鋼混凝土拉拔試件的界面脫粘分析，分別建立了不考慮界面軟化和考慮界面軟化兩種情況的界面脫粘模型，得到了兩種情況下基于能量分析和基于強(qiáng)度分析的直接聯(lián)系。結(jié)果表明，通過恰當(dāng)?shù)亩x鋼-混凝土界面等效粘結(jié)強(qiáng)度，基于強(qiáng)度的模型和基于能量的模型可以得到一致的結(jié)果。
　　 將非線性斷裂力學(xué)的思想用于型鋼與混凝土界面的剪力傳遞機(jī)理研究，通過求解型鋼與混凝土界面基本方程得到了五種不同粘結(jié)滑移本構(gòu)模型下界面粘結(jié)應(yīng)力和滑移量分布規(guī)律以及界面

7、粘結(jié)錨固承載力的閉合解。對(duì)比分析表明，五種粘結(jié)滑移本構(gòu)模型下求解的粘結(jié)應(yīng)力雖分布形式不同，但粘結(jié)錨固承載力卻收斂于同一表達(dá)式。最后，數(shù)值模擬了型鋼與混凝土界面在受力過程中經(jīng)歷的不同粘結(jié)狀態(tài)，并確定了不同粘結(jié)滑移本構(gòu)模型下構(gòu)件的有效錨固長(zhǎng)度。
　　 研究成果為改進(jìn)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、變形、裂縫寬度計(jì)算理論提供了試驗(yàn)依據(jù)，亦可以直接應(yīng)用于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析，以通過數(shù)值試驗(yàn)方法對(duì)其各種可能的受力情況進(jìn)行模擬，使其理論分析