钢管混凝土界面黏结力的组成试验研究

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土界面黏结力的组成试验研究
许开成，陈梦成，顾章)T1
(1．南昌大学建筑工程学院，南昌 330031；2．华东交通大学土木建筑学院，南昌 330013)
摘要：为了探索钢管混凝土界面黏结力的大小及组成情况，通过对7根钢管内表面涂抹不同比例黄油的
钢管混凝土试件的推出试验，对钢管混凝土中的界面破坏机理、黏结强度、黏结力的组成情况进行研究。
根据试验结果，给出了各个试件的荷载一滑移曲线；分析了钢管混凝土黏结滑移变化过程和黏结力组成
情况；得到了黏结力的大小及组成情况。
关键词：钢管混凝土界面黏结力荷载一滑移曲线
中图分类号：TU392．3 文献标识码：A
钢管混凝土是钢与混凝土组合结构的一种主要结
构形式，常用作受压构件。它把两种不同性质的材料
结合在一起共同工作，充分发挥了钢材受拉性能高和
混凝土受压性能好的优点。它具有承载力高、塑性和
韧性好、抗震性能好、经济效益显著和施工简便等许多
优点，因而在工程中得到广泛的应用¨。。钢管与核
心混凝土间的协同工作是钢管混凝土具有一系列突出
优点的前提，而钢管和混凝土之间的黏结强度直接影
响到两种材料能否共同协同工作。在钢管混凝土柱
上，节点处传来的剪力也是通过界面黏结力从钢管传
到核心混凝土上。已有众多学者在黏结强度的影响因
素及机理方面进行了研究，本文从黏结应力的组成方
面进行研究。
1 界面黏结力
钢管混凝土组合界面的抗剪黏结力与钢筋和混凝
土之间的抗滑黏结力一样，也是由三部分组成：
1)水泥凝胶体与钢管接触表面之间的化学胶结
力。胶结力是混凝土与钢管内表面的吸附力，胶结强
度与混凝土的性质有很大的关系，如水泥用量、水灰比
等。在钢管和混凝土发生明显滑移之前，主要是胶结
力起作用。混凝土与钢管表面之间的化学胶结力很
小，在剪力不大的情况下就可以使混凝土和钢管之间
的胶结作用破坏，当钢管和混凝土之间出现滑移后，这
种胶结作用丧失并无法恢复。
收稿日期：2011．01—15；修回日期：2011-08-12
基金项目：国家自然科学基金(50968006)；江西省基金(2009GZC0021
2010EHA01700)；江西省教育厅项目(GJJ080501，GJJ09664)。
作者简介：许开成(1973一)，男，安徽东至人，副教授，博士研究生。
2)凹凸不平的钢管内表面与混凝土之间的机械
咬合力。机械咬合力是钢管表面粗糙不平的部分被核
心混凝土楔入其间，由钢管与混凝土咬合而实现的。
因此，其大小取决于钢管表面的粗糙程度和混凝土的
抗剪强度。
3)钢管与混凝土接触面之间的摩阻力。当钢管
与混凝土之间发生相对滑动后，界面上的摩擦阻力开
始发挥作用，摩擦力与接触面上的法向应力及界面的
摩擦系数成正比，而界面上的摩擦系数则和钢管表面
的粗糙程度有关。
为了研究钢管混凝土界面黏结力的大小及组成情
况，共进行了7个钢管混凝土短柱的推出试验。
2 试验概况
2．1 试验方案
为了得到钢管与混凝土间黏结力三个部分的组成
情况，共设计了7个圆钢管混凝土试件，分别在钢管内
壁不同位置，按黏结界面长度的0，10％，20％，30％，
50％，75％和100％比例涂抹黄油，以消除界面的胶结
力和机械咬合力。为模拟实际工况，混凝土浇筑前，对
钢管内壁进行了简单的人工除锈。
采用人工搅拌配制混凝土，设计强度为C40，混凝
土配合比为水泥：砂：碎石：水= 1：1．10：2．56：0．40。
浇筑时，将圆钢管竖立，从顶部分层灌入混凝土，并用
插入式振捣棒进行振捣。在浇筑的同时，预留6块
150 mm×150 mm×150 mm标准立方体试块，试件实
测标准抗压强度为41．2 MPa。试件采用Q235的直缝
圆钢管，材料性质按有关规定进行拉伸试验测得，钢材
的弹性模量E为181 GPa，钢管屈服强度为312
MPa，钢管极限强度为386 MPa。试件参数见表1。