型鋼與高強高性能混凝土界面粘結滑移行為研究.pdf

1、型鋼混凝土結構具有承載力大、剛度大、構件截面尺寸小、良好的延性以及較好滯回特性及耗能性能，因此型鋼混凝土結構的應用越來越廣泛。型鋼與混凝土之間良好的粘結作用是保證型鋼混凝土構件中型鋼與混凝土協(xié)調工作的基礎，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，才能夠充分發(fā)揮型鋼混凝土組合結構的優(yōu)點。型鋼與混凝土之間的粘結作用直接影響著型鋼混凝土結構和構件的受力性能、破壞形態(tài)、計算假定、構件承載能力、裂縫和變形計算理論和分析方法

2、。
　　 目前各國規(guī)范對型鋼混凝土結構構件的計算方法不盡相同，但它們的共同特點都是簡化或避開了對型鋼與混凝土之間的粘結滑移問題的精確處理。筆者對現(xiàn)有的型鋼混凝土粘結滑移行為的研究資料進行了總結和分析，結果表明型鋼混凝土粘結滑移是一個較復雜的課題，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性能的研究有待于進一步的深入和完善，尤其需要加強型鋼與高強高性能混凝土的粘結滑移行為的研究并對其界面脫粘的本質進行必要

3、的理論分析。
　　 基于前人的研究成果，設計了十二棍不同剪跨比、配箍率和混凝土強度的型鋼高強高性能混凝土簡支梁試驗，以考察不同參數(shù)下型鋼混凝土簡支梁中的粘結滑移行為，通過密布的電阻應變片和滑移傳感器測試沿梁長度方向的界面粘結應力和相對滑移的變化規(guī)律。同時采用聲發(fā)射技術對粘結滑移的內裂縫形成和發(fā)展進行追蹤觀察。本文對試件的破壞形式和形態(tài)進行深入分析，確定了各級荷載下粘結應力和滑移量的分布規(guī)律，以及影響型鋼與混凝土粘結滑移性能的主要

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軟化現(xiàn)象，并探討了型鋼與高強高性能混凝土的粘結滑移機理?；谕ㄟ^與前人型鋼-普強混凝土界面粘結滑移試驗結果的對比，探討了高強高性能混凝土對型鋼-混凝土界面的增強作用，揭示了界面的增強機理與界面破壞機理，進一步明確了型鋼高強高性能混凝土粘結滑移機理。
　　 基于型鋼與混凝土界面粘結軟化行為機理分析，并結合大量型鋼混凝土粘結滑移試驗結果，提出了一種簡化粘結滑移本構關系，并以此建立了

5、不同區(qū)段界面的平衡微分方程，進而進行了粘結滑移全過程分析，求得了沿試件長度方向的型鋼應力、粘結應力以及粘結錨固承載力的解析表達式。計算結果與試驗結果對比分析表明，采用本文提出的模型進行型鋼混凝土界面粘結滑移分析合理可行。
　　 將型鋼混凝土組合結構構件抽象為具有內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展過程，基于斷裂力學中的能量原理，得到了鋼-混凝土界面-脫粘過程中的能量關系，進而建立了基于能量的界面脫粘準則。用此

6、準則進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度分析的直接聯(lián)系。結果表明，通過恰當?shù)亩x鋼-混凝土界面等效粘結強度，基于強度的模型和基于能量的模型可以得到一致的結果。
　　 將非線性斷裂力學的思想用于型鋼與混凝土界面的剪力傳遞機理研究，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滑移本構模型下界面粘結應力和滑移量分布規(guī)律以及界面

7、粘結錨固承載力的閉合解。對比分析表明，五種粘結滑移本構模型下求解的粘結應力雖分布形式不同，但粘結錨固承載力卻收斂于同一表達式。最后，數(shù)值模擬了型鋼與混凝土界面在受力過程中經歷的不同粘結狀態(tài)，并確定了不同粘結滑移本構模型下構件的有效錨固長度。
　　 研究成果為改進型鋼混凝土結構的強度、剛度、變形、裂縫寬度計算理論提供了試驗依據(jù)，亦可以直接應用于型鋼混凝土結構有限元分析，以通過數(shù)值試驗方法對其各種可能的受力情況進行模擬，使其理論分析