離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)強度分析

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1、第22卷第1期華　中　科　技　大　學　學　報(城市科學版)Vol.22No.12005年3月　J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Mar.2005離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)強度分析11袁偉斌　金偉良(1.浙江大學　結(jié)構(gòu)工程研究所,浙江　杭州　310027)摘　要:根據(jù)國內(nèi)外關(guān)于鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)性能的試驗研究,對鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)中,離心鋼管混凝土的粘結(jié)強度進行了分析和探討,并基于Tepfers受均勻內(nèi)壓力作用的厚壁圓筒力學模型,提出了一種離心鋼管混凝土粘結(jié)強度的計算方法,建立了

2、鋼管與離心混凝土之間粘結(jié)強度的理論分析模式.最后通過具體算例,分析了含鋼率、混凝土強度等級與鋼管微觀偏差等參數(shù)對粘結(jié)強度的影響,可為離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管2混凝土粘結(jié)性能的試驗研究及實際設計中粘結(jié)強度的計算提供參考和依據(jù).關(guān)鍵詞:離心鋼管混凝土;　粘結(jié)強度;　滑移;　厚壁圓筒中圖分類號:TU375　　文獻標識碼:A　　文章編號:167227037(2005)0120026204　　離心鋼管混凝土是一種將混凝土澆灌在鋼管但是,由于各國的國情和研究的出發(fā)點不同,內(nèi)經(jīng)離心成型的空心復合構(gòu)件(圖1),是介于純

3、對離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)所采用的計算方法也不相鋼管和鋼管混凝土之間的復合結(jié)構(gòu).它利用鋼管同,但共同特點是都避開了離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土兩種材料在受力過程中相互間的組合作中實質(zhì)的、也是非常難于處理的鋼管與離心混凝用,充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點,從而使離心鋼管混土之間的粘結(jié)滑移問題,雖然在研究中都普遍承凝土具有承載力高、塑性和韌性好、經(jīng)濟效果顯著認鋼管與離心混凝土之間存在粘結(jié)滑移現(xiàn)象,而和施工方便等優(yōu)點.且對離心鋼管混凝土構(gòu)件受力性能有顯著影響,但都未曾從機理方面作進一步的分析和理論上的總結(jié)概括.特別對在承載能

4、力后期鋼管與離心混凝土之間較為明顯的粘結(jié)滑移機理,由于其較為復雜而很少有人研究,所提出的設計計算方法沒有較好地考慮粘結(jié)滑移的影響.而離心鋼管混凝土之間的粘結(jié)強度又是確定粘結(jié)滑移的本構(gòu)關(guān)系和破壞強度準則的重要參數(shù),是離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進行非線性有限元分析的關(guān)鍵問題.同時也是離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)強度、剛度計算的圖1　結(jié)構(gòu)斷面形狀關(guān)鍵問題.因此,從試驗和理論角度對粘結(jié)強度進在過去的三十年里,研究者們已對離心鋼管行分析和探討是必要的.混凝土構(gòu)件進行了比較系統(tǒng)深入的研究,我國已有了自己的設計規(guī)程.近些年,離心

5、鋼管混凝土結(jié)1　鋼管2混凝土粘結(jié)機理分析構(gòu)應用在拱橋和高層、超高層建筑中的柱結(jié)構(gòu)和抗側(cè)力體系中取得了很大的進展[1～8].其主要優(yōu)點有:根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有試驗資料,鋼管與混凝構(gòu)件截面減小,節(jié)約了建筑材料,增加了使用空土之間的粘結(jié)和光圓鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)類間,且構(gòu)件自重減輕,從而減小了基礎的負擔,可似,主要由三部分組成:混凝土中水泥肢體與鋼管降低基礎的造價;抗震性能好;耐火性能優(yōu)于鋼結(jié)表面的化學膠結(jié)力,鋼管與混凝土接觸面上的摩構(gòu),相對于鋼結(jié)構(gòu)可降低防火造價;可采用“逆作擦阻力和鋼管表面粗糙不平的機械咬合力

6、.化學法”或“半逆作法”施工,從而大大加快施工速度.膠結(jié)力主要存在于鋼管與混凝土表面發(fā)生相對粘收稿日期:2004203211.作者簡介:袁偉斌(19772),男,博士研究生;浙江,浙江大學結(jié)構(gòu)工程研究所(310027).?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第1期袁偉斌等:離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)強度分析·27·結(jié)滑移之前,當連接面上發(fā)生相對粘結(jié)滑移后,水泥晶體被剪斷或擠碎,化學膠結(jié)力大大降低,當化學膠結(jié)力退出工作后,

7、粘結(jié)力就主要依靠摩擦阻力和機械咬合力來維持.摩擦阻力主要取決于鋼管與混凝土接口上的正應力和摩擦系數(shù),主要與圖3　混凝土受力分析單元離心鋼管混凝土構(gòu)件的受力和橫向約束及鋼管的表面特性有關(guān).機械咬合力主要取決于鋼管表面的粗糙程度和表面狀況,但其極限值受到混凝土強度的限制.總體來說,鋼2混凝土之間的粘結(jié)強度相對于變形鋼筋和混凝土的粘結(jié)強度來說較小,EORUCODE4允許在一定的錨固長度內(nèi),自然粘結(jié)力取為0.5MPa.日本規(guī)范規(guī)定取為0.02fc(混凝土抗壓強度)且不能大于0.45MPa.國內(nèi)外試驗研究表明,鋼

8、2混凝土之間的粘結(jié)強度相當圖4　離心鋼管混凝土粘結(jié)開裂模型于變形鋼筋的30%～50%.　　在q1作用下,混凝土的應力分量為222　粘結(jié)強度的計算1-r0?rRr1=-27q1;1-r0?(r0+cc)22從現(xiàn)有的鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)推(拔)出試驗1+r0?r(3)RH1=-22q1;1-r0?(r0+cc)的資料看,影響粘結(jié)強度的因素很多,而且試驗結(jié)SrH=SHr=0.果均離散性很大.需要進一步試驗理論論證的問11題主要包括:混凝土強度對粘結(jié)