型鋼輕骨料混凝土粘結(jié)滑移性能及應(yīng)用研究.pdf

1、型鋼輕骨料混凝土(SRLC)是一種新型結(jié)構(gòu)形式，在高層、大跨結(jié)構(gòu)中有廣闊應(yīng)用前景。粘結(jié)滑移問題是混凝土(RC)結(jié)構(gòu)的基本問題，型鋼輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)中同樣存在這個問題。SRLC結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的設(shè)計需要考慮粘結(jié)滑移的影響，但是，目前國內(nèi)外對此研究較少，SRLC結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的設(shè)計也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)可參考。因此，有必要開展SRLC構(gòu)件粘結(jié)滑移性能的研究，并把粘結(jié)滑移的影響引入到SRLC結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計中。
　　 本文采用試驗研究和理論分析相結(jié)合的

2、方法對SRLC構(gòu)件的粘結(jié)滑移性能進(jìn)行了研究。提出了SRLC的粘結(jié)強(qiáng)度、粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型；通過引入局部粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，對推出試驗和SRLC梁進(jìn)行了有限元分析：最后，在粘結(jié)滑移分析的基礎(chǔ)上提出了SRLC梁正截面抗彎和斜截面抗剪承載力計算公式，該公式具有足夠的精度，可為工程設(shè)計人員參考。論文主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 通過推出試驗研究了SRLC的粘結(jié)滑移性能。試驗中考慮了混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、配箍率、型鋼埋置長度、剪力連接

3、件等因素的影響，并制作了三組型鋼普通混凝土(SRC)對比試件。試驗考察了試件破壞形態(tài)、型鋼應(yīng)變和混凝土應(yīng)變沿錨長分布規(guī)律、加載端和自由端滑移。根據(jù)試驗結(jié)果，統(tǒng)計回歸了特征粘結(jié)強(qiáng)度、特征滑移值計算公式。研究結(jié)果表明：型鋼埋置長度與型鋼截面高度的比值和輕骨料混凝土強(qiáng)度對粘結(jié)強(qiáng)度影響較顯著；剪力連接件的設(shè)置降低了粘結(jié)強(qiáng)度，設(shè)計中應(yīng)單獨考慮自然粘結(jié)強(qiáng)度或剪力連接件傳遞剪力，不能對二者進(jìn)行疊加；型鋼輕骨料混凝土相對于型鋼普通混凝土有較小的粘結(jié)強(qiáng)度

4、和較陡的荷載滑移下降段。
　　 由型鋼微段受力平衡可推得型鋼局部粘結(jié)應(yīng)力，并擬合了粘結(jié)應(yīng)力沿錨長分布的負(fù)指數(shù)函數(shù)曲線。翼緣局部最大粘結(jié)應(yīng)力約為腹板的1.5倍，不能忽略腹板對粘結(jié)力的貢獻(xiàn)，給出了局部最大粘結(jié)應(yīng)力表達(dá)式。從粘結(jié)機(jī)理和正交分析兩個角度探討了平均極限粘結(jié)強(qiáng)度的影響因素，相對錨固長度對粘結(jié)強(qiáng)度影響最大，配箍率和混凝土強(qiáng)度其次?；谒闷骄辰Y(jié)強(qiáng)度，推導(dǎo)了臨界錨固長度表達(dá)式。臨界錨固長度計算中提出了臨界錨固長度系數(shù)，當(dāng)混凝土

5、保護(hù)層厚度、配箍率和混凝土強(qiáng)度不變時，不同型號工字鋼臨界錨固長度系數(shù)取值趨于一致，臨界錨固長度系數(shù)的引入可用于計算錨固長度的上限值，并對影響臨界錨固長度的因素進(jìn)行了分析，建議了錨固長度的合理取值范圍。
　　 根據(jù)平均粘結(jié)應(yīng)力和加載端滑移建立了劈裂破壞和推出破壞的粘結(jié)滑移基本本構(gòu)關(guān)系模型，該模型和試驗曲線吻合較好，能從宏觀上反映了平均粘結(jié)應(yīng)力和滑移的關(guān)系。通過型鋼和對應(yīng)位置處混凝土的實測應(yīng)變，由改進(jìn)法獲得了局部滑移沿錨固長度分布的

6、試驗曲線，對該曲線進(jìn)行了負(fù)指數(shù)函數(shù)擬合?；趶椥岳碚?，推導(dǎo)了局部滑移沿錨長分布的理論曲線，給出了各級荷載下加載端滑移計算值，局部滑移理論值比試驗值偏大。在局部粘結(jié)應(yīng)力和局部滑移沿錨長分布規(guī)律的研究基礎(chǔ)之上，給出了位置函數(shù)，確定了隨位置變化的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。該本構(gòu)關(guān)系適用于滑移較小時，即滑移發(fā)生在粘結(jié)滑移曲線的上升段。由于加載端附近點的粘結(jié)應(yīng)力經(jīng)歷了一個從上升段到下降段完整的發(fā)展過程，據(jù)此，建立了局部粘結(jié)應(yīng)力滑移本構(gòu)關(guān)系。由理論分析給出

7、了加載端滑移和荷載之間的關(guān)系，計算了理論極限荷載。理論極限荷載比試驗值小，可用作極限荷載的下限。極限粘結(jié)強(qiáng)度下的極限荷載與試驗值之比為1.06，可對自然粘結(jié)力估算。
　　 結(jié)合國內(nèi)外幾種輕骨料混凝土應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系方程，推導(dǎo)了分段式應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式。上升段采用二次函數(shù)，下降段用有理分式，方程中唯一常數(shù)B可由關(guān)鍵點坐標(biāo)確定。該方程形式簡單，下降段有明顯的拐點和收斂點，可用于非線性有限元分析。通過引入輕骨料混凝土應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系和局

8、部粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，對推出試驗進(jìn)行了ANSYS模擬。有限元模擬結(jié)果表明：型鋼應(yīng)力分布、裂縫形態(tài)、荷載－滑移曲線與試驗結(jié)果吻合較好。用上述方法對不同剪跨比的SRLC梁進(jìn)行了ANSYS分析，分析結(jié)果表明：SRLC梁的破壞形態(tài)、裂縫形態(tài)和SRC梁相似；計算承載力與試驗值之比為98.7％；荷載－撓度曲線與試驗曲線吻合較好。
　　 考慮型鋼與混凝土的粘結(jié)作用，提出了正截面抗彎承載力計算的改進(jìn)疊加法和斜截面抗剪承載力預(yù)測模型，和試驗結(jié)果的對