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、萬方數(shù)據(jù)!璺塑!Q墮：12墜CN22．1323／N長春工程學(xué)院學(xué)報(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．長春工程學(xué)院土木工程系，長春130012；2．長春市財政投資評審中心，長春130061)摘要：針對型鋼混凝土推出試件的試驗數(shù)據(jù)，通過OriginPm7．5程序，從加載端開始出現(xiàn)滑移至荷載達到極限值這一區(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)進行了數(shù)值分析，并與理論分析結(jié)果進行比較，得出了可用線性規(guī)律表達的結(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：TU398文獻標識碼：A文章編號：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題的研究主要包括兩方面的問題：①粘結(jié)強度及其影響因素；②粘結(jié)滑移機理及其本構(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、上對應(yīng)位置混凝土的相對位錯。若型鋼與混凝土之間的粘結(jié)強度或錨固措施不夠，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，給出簡單適用的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，對在實際工程中充分利用型鋼與混凝土之間的粘結(jié)強度，合理設(shè)置錨固連接件；在動力作用情況下(如地震、爆炸)，吸收更大動能，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)。混凝土有限元分析中的關(guān)鍵問題。以下通過OriginPr07．5程序，對文獻[1]中5個型鋼混凝土推出試件從加載端開始出現(xiàn)滑移至荷載達到極限值這一區(qū)間(以下簡稱上升段)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)系的基準本構(gòu)模型基準本構(gòu)模型如圖L所示，其中特征粘結(jié)強度和特征滑移值取實驗值或由統(tǒng)計分析值確定。

6、本文分析采用實驗值。圖1加載端r—Sz本構(gòu)模型rs：加載端初始滑移對應(yīng)的平均粘結(jié)強度；ru：極限狀態(tài)對應(yīng)的平均粘結(jié)強度；rr：水平殘余階段的起始點對應(yīng)的平均粘結(jié)強度；s“：極限狀態(tài)對應(yīng)的滑移值；Sr：水平殘余階段的起始點對應(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及試件參數(shù)、材料的力學(xué)性能指標分別列于表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荷載及對應(yīng)的平均粘結(jié)應(yīng)力(r)、加載端滑移值(Sf)見表3。圖2通過OriginPr07．5程序，對這一區(qū)間的i一

7、sf本構(gòu)關(guān)系進行數(shù)值分析。睦一口萬方

8、數(shù)據(jù)14長春工程學(xué)院學(xué)報(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上升段分級荷載及對應(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可以由實驗實測結(jié)果得出，即：A=i，B=孚；也可以取統(tǒng)計平均值，根據(jù)圖2‘)Ⅱ的統(tǒng)計回歸結(jié)果，得到：A：1．151，B=1．231。此實驗擬合結(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2．1基本假定文獻[1]的對比試驗結(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、在同一錨固長度處近似相等，沿錨固長度方萬方數(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)過程采用假定：①粘結(jié)應(yīng)力在型鋼表面同一錨固長度處是均勻分布的；②沿錨固長度方向遵循