型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的數(shù)值分析

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)!璺塑!Q墮：12墜CN22．1323／N長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2005年第6卷第1期J．ChangchunInst．Tech．(Nat．Sci．Edi．)，2005，V01．6，No．15／2413．15型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的數(shù)值分析劉麗華1，呂昂2(1．長(zhǎng)春工程學(xué)院土木工程系，長(zhǎng)春130012；2．長(zhǎng)春市財(cái)政投資評(píng)審中心，長(zhǎng)春130061)摘要：針對(duì)型鋼混凝土推出試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)OriginPm7．5程序，從加載端開(kāi)始出現(xiàn)滑移至荷載達(dá)到極限值這一區(qū)間的平均粘結(jié)應(yīng)力與加載端滑移的本構(gòu)關(guān)系(r—s。曲

2、線)進(jìn)行了數(shù)值分析，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，得出了可用線性規(guī)律表達(dá)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：型鋼混凝土；組合結(jié)構(gòu)；粘結(jié)一滑移；本構(gòu)關(guān)系中圖分類號(hào)：TU398文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009．8984(2005)01．0013．030引言型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，型鋼與混凝土之間的接觸面積大，粘結(jié)應(yīng)力較小(與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比較)。型鋼與混凝土接觸面問(wèn)題的研究主要包括兩方面的問(wèn)題：①粘結(jié)強(qiáng)度及其影響因素；②粘結(jié)滑移機(jī)理及其本構(gòu)關(guān)系。粘結(jié)應(yīng)力r和剪切粘結(jié)滑移S的本構(gòu)關(guān)系，一般簡(jiǎn)稱為粘結(jié)滑移的r—S本構(gòu)關(guān)系，粘結(jié)應(yīng)力是指型鋼表面剪應(yīng)力，滑移為型鋼與連接面

3、上對(duì)應(yīng)位置混凝土的相對(duì)位錯(cuò)。若型鋼與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度或錨固措施不夠，容易產(chǎn)生較大范圍的外包混凝土的剝落，型鋼的塑性變形能力將得不到充分發(fā)揮，承載力會(huì)有較大衰減。明確影響型鋼混凝土粘結(jié)、滑移的因素，給出簡(jiǎn)單適用的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，對(duì)在實(shí)際工程中充分利用型鋼與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，合理設(shè)置錨固連接件；在動(dòng)力作用情況下(如地震、爆炸)，吸收更大動(dòng)能，減輕破壞程度，震后便于修復(fù)等都將起到積極有利的作用；在型鋼混凝土有限元分析中，為了考慮型鋼混凝土之間存在的粘結(jié)滑移性能，必須在型鋼與混凝土之問(wèn)引入連接單元，而不管是采用何種形式的連接單元，都

4、必須有型鋼混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，這是型鋼收稿日期：2tq04—12—06仁者簡(jiǎn)介：劉麗華(1964，5一)，女(漢)，山東，副教授主要研究結(jié)構(gòu)力學(xué)?；炷劣邢拊治鲋械年P(guān)鍵問(wèn)題。以下通過(guò)OriginPr07．5程序，對(duì)文獻(xiàn)[1]中5個(gè)型鋼混凝土推出試件從加載端開(kāi)始出現(xiàn)滑移至荷載達(dá)到極限值這一區(qū)間(以下簡(jiǎn)稱上升段)的平均粘結(jié)應(yīng)力與加載端滑移的本構(gòu)關(guān)系(i一

5、s。曲線)進(jìn)行數(shù)值分析和理論分析。1上升段r—Sz本構(gòu)關(guān)系的數(shù)值分析1．1r—Sf關(guān)系的基準(zhǔn)本構(gòu)模型基準(zhǔn)本構(gòu)模型如圖L所示，其中特征粘結(jié)強(qiáng)度和特征滑移值取實(shí)驗(yàn)值或由統(tǒng)計(jì)分析值確定。

6、本文分析采用實(shí)驗(yàn)值。圖1加載端r—Sz本構(gòu)模型rs：加載端初始滑移對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)強(qiáng)度；ru：極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)強(qiáng)度；rr：水平殘余階段的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)強(qiáng)度；s“：極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的滑移值；Sr：水平殘余階段的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的滑移值；1．2試件參數(shù)及鋼材材料性質(zhì)本文選用的推出試件的編號(hào)及試件參數(shù)、材料的力學(xué)性能指標(biāo)分別列于表1和表2中。1．3上升段本構(gòu)關(guān)系的數(shù)值分析推出試件在上升段分級(jí)荷載及對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)應(yīng)力(r)、加載端滑移值(Sf)見(jiàn)表3。圖2通過(guò)OriginPr07．5程序，對(duì)這一區(qū)間的i一

7、sf本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行數(shù)值分析。睦一口萬(wàn)方

8、數(shù)據(jù)14長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)表1試件參數(shù)匯總表2鋼材材料性質(zhì)6ram鋼板2．071．00016671900027500345430[10翼緣2．100．90717502250030000367435槽鋼腹板2．081．00016552250029500345415中6鋼筋2．080．840l400150002500029I375毋8鋼筋2．40。0．941l5001550024000360440垂16鋼筋2．081．000l9201500030000400550表3上升段分級(jí)荷載及對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)應(yīng)力、加載端滑移值式為：r=A

9、+"BSj(I)式中系數(shù)A、B可以由實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果得出，即：A=i，B=孚；也可以取統(tǒng)計(jì)平均值，根據(jù)圖2‘)Ⅱ的統(tǒng)計(jì)回歸結(jié)果，得到：A：1．151，B=1．231。此實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果與理論推出的公式符合較好。圖2各試件i—s：上升段本構(gòu)關(guān)系統(tǒng)計(jì)回歸擬合曲線2上升段r—Sl本構(gòu)關(guān)系的理論分析根據(jù)圖2所示分析結(jié)果可以得到：(1)在上升段隨著荷載增加，平均粘結(jié)應(yīng)力加大，加載端的滑移值也逐漸加大；(2)在此階段基本符合線彈性關(guān)系，線性表達(dá)2．1基本假定文獻(xiàn)[1]的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，i—S：本構(gòu)關(guān)系曲線的上升段，翼緣外表面、內(nèi)表面、腹板表面的粘結(jié)應(yīng)力

10、在同一錨固長(zhǎng)度處近似相等，沿錨固長(zhǎng)度方萬(wàn)方數(shù)據(jù)劉麗華，等：型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的數(shù)值分析15向遵循指數(shù)規(guī)律變化。據(jù)此下面推導(dǎo)過(guò)程采用假定：①粘結(jié)應(yīng)力在型鋼表面同一錨固長(zhǎng)度處是均勻分布的；②沿錨固長(zhǎng)度方向遵循