型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究与基本理论分析

【摘要】：型钢混凝土构件具有承载力大、刚度大、构件截面尺寸小、良好的延性以及较好滞回特性及耗能性能,因此型钢混凝土结构的应用越来越广泛。型钢与混凝土之间良好的粘结作用是保证型钢混凝土构件中型钢与混凝土协调工作的基础,型钢、钢筋和混凝土三种材料元件协同工作,以抵抗各种外部作用效应,才能够充分发挥型钢混凝土组合结构的优点。型钢与混凝土之间的粘结作用直接影响着型钢混凝土结构和构件的受力性能、破坏形态、计算假定、构件承载能力、裂缝和变形计算理论和分析方法。 目前各国规范对型钢混凝土结构构件的计算方法不尽相同,但它们的共同特点都是简化或避开了对型钢与混凝土之间的粘结滑移问题的精确处理。笔者对现有的型钢混凝土粘结滑移性能的研究资料进行了总结和分析,结果表明型钢混凝土粘结滑移是一个较复杂的课题,诸多研究成果分歧与矛盾较大,许多问题尚不足以定论,因此型钢混凝土粘结性能的研究有待于进一步的深入和完善。 基于型钢混凝土结构构件的具体特性,本文对型钢混凝土粘结滑移性能的试验方案进行了详细的研究。本文拟定试验试件设计以轴心拉拔为主,辅以轴心推出、短柱和推拉反复试验。轴心拉拔试验依据正交试验设计原理,考虑4因素:混凝土强度等级、混凝土保护层厚度、型钢锚固长度和横向配箍率,设计试件16榀;为了考察型钢翼缘内、外侧和腹板表面各自的粘结应力大小和分布规律,增设了隔离腹板和翼缘内侧及仅隔离腹板的对比试件各2榀:为了模拟型钢混凝土柱轴心受压及轴心拉压反复受力,增设了轴心推出和短柱试验试件各2榀以及轴心推拉反复试验试件4榀,共计28榀试件。对型钢与混凝土之间的粘结应力及滑移的分布规律进行量测,并同时对粘结滑移的内裂缝形成和发展进行追踪观察。 本文对试件的破坏形式和形念进行深入分析,确定了粘结应力和滑移量的分布规律,以及影响型钢与混凝土粘结滑移性能的主要因素,提出了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,研究了型钢与混凝土的粘结滑移机理,建立了型钢混凝土结构的临界保护层厚度与最小配箍率的计算模型,给出了临界锚固长度的计算方法,并进行了锚固长度的可靠度分析。 基于型钢混凝土破坏机理,研究了型钢周围混凝上的应力状念,在理论上推导