高温下型钢混凝土构件粘结性能研究

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发布时间：2021-09-15

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高同温皿下I、型钢混凝土构件粘结性能研究
徐艳
(同济大学建筑工程系，上海200092)
【摘要】型钢混凝土柱在很多国家得到普遍使用，本文从目前型钢混凝土国内外研究现状出发，通过对国
内外研究学者的研究成果进行分析，指出当前型钢混凝土粘结性能研究存在的不足，进一步对型钢混凝土粘结性
能的热点问题做了研究。通过11个型钢混凝土柱试验(包括3个未加热试件和8个在ISO835标准火灾中加热
90min或180min试件)，研究了火灾下型钢混凝土的剩余粘结性能。
【关键词】火灾后型钢混凝土；研究现状；粘结性能
【中图分类号】TU375 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2013)03—0056—03
型钢混凝土结构刚度大、强度高且有良好的耗能性及
延性，大大节约了用钢量，经济性很明显，在很多国家得到
了广泛使用，包括中国、日本和美国。型钢混凝土结构是由
按一定比例的型钢和混凝土两种材料组合的承受外载构
件，它们之间的有效粘结和剪力连接件的作用使得它们能
够共同工作，使接触面实现应力传输变成可能。因此，研究
型钢混凝土的粘结作用强度，对优化其强度设计具有重要
意义。
1 型钢混凝土粘结性能的研究
(1) 型钢混凝土粘结滑移试验方法。国内外对型钢
混凝土粘结强度的试验研究已有几十年，主要试验方法有
压入试验和短柱试验。短柱试验更接近于型钢混凝土的真
实状况，但由于试件长度与真实结构相比要短很多，从而使
一部分外荷载从型钢和地面的接触面传递出去，与真实状
况下粘结传递充分的构件有不同，压入试验能很好地反映
粘结滑移的受力状态，较好地确定型钢混凝土粘结强度和
刚度，是型钢混凝土粘结滑移试验中常用的方法。
(2) 型钢混凝土粘结性能研究现状。很多研究学者
对型钢混凝土粘结性能做了大量工作【l 】，等人通过对上
海96层环球金融中心大厦工程作为研究背景，对7个混凝
土强度为1280的型钢混凝土柱试件放入加载装置中进行压
入试验。猜测出型钢表面应变的是指数函数，得出型钢表
面沿长度方向粘结应力的分布公式。
赵鸿铁通过设计制作20个型钢混凝土试件，进行短
柱试验，统一考虑混凝土强度、横向配箍率及型钢埋置长度
等4个因素对翼缘内、外侧和腹板的粘结区别等工况，试件
混凝土采用水平浇筑，得出了每个因素对各状态下例如初
始滑移状态、极限状态和水平残余状态的平均粘结强度的
影响。赵根田、杨丽梅等通过对11个压入试件进行加载
研究，从型钢的应力应变状态考虑，对试验结果统计回归得
出型钢翼缘和腹板的粘结应力分布和型钢表面应变分布表
达式。文献[5]把型钢翼缘和腹板处的粘结应力区别开来，
但是它在使用上具有一定的局限性，没有考虑型钢与混凝
土间的滑移。国内不同学者结合的型钢一混凝土粘结滑移
关系统计参数模型，经比较分析可以看出，不同学者建立的
型钢混凝土粘结强度的模型差异性仍然较大，比较各自的
优劣性以及完善统一的研究成果还有待大量的理论分析、
试验研究和工程实例验证。
2 高温下的型钢混凝土剩余粘结性能
近年来因型钢混凝土的普遍使用，在火灾作用下的型
钢混凝土的破坏已成为不断增加的威胁之一，故高温下型
钢混凝土的粘结性能已成为研究的热点。一些试验和分析
对型钢混凝土的抗火性和节点的研究作了论述，型钢混凝
土的抗火性能与其在高温下的剩余粘结性能密切相关，本
文就对暴露在火中的被包裹住的型钢和混凝土的剩余粘结
性能进行了研究。一共做了11个试件，包括3个未加热试
件和8个暴露于国际标准ISO834规定的标准火灾下90min
和180min，研究了火灾中暴露时间、混凝土保护层厚、混凝
土强度和箍筋布置对火灾中型钢混凝土粘结性能的影响。
型钢采用80mm X 140ram的工字钢，混凝土强度采用
63．3MPa和46．IMPa两种混凝土，混凝土保护层厚度采用
60ram和80mm两种混凝土保护层厚度，箍筋配置采用A 8
@120、A 10@75两种形式箍筋，通过压入试验记录了型钢
混凝土的r—s曲线，试件各参数见表1。