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1、第22卷第1期华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版)Vol.22No.12005年3月 J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Mar.2005离心钢管混凝土结构粘结强度分析11袁伟斌 金伟良(1.浙江大学 结构工程研究所,浙江 杭州 310027)摘 要:根据国内外关于钢2混凝土组合结构粘结性能的试验研究,对钢2混凝土组合结构中,离心钢管混凝土的粘结强度进行了分析和探讨,并基于Tepfers受均匀内压力作用的厚壁圆筒力学模型,提出了一种离心钢管混凝土粘结强度的计算方法,建立了
2、钢管与离心混凝土之间粘结强度的理论分析模式.最后通过具体算例,分析了含钢率、混凝土强度等级与钢管微观偏差等参数对粘结强度的影响,可为离心钢管混凝土结构中钢管2混凝土粘结性能的试验研究及实际设计中粘结强度的计算提供参考和依据.关键词:离心钢管混凝土; 粘结强度; 滑移; 厚壁圆筒中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:167227037(2005)0120026204 离心钢管混凝土是一种将混凝土浇灌在钢管但是,由于各国的国情和研究的出发点不同,内经离心成型的空心复合构件(图1),是介于纯
3、对离心钢管混凝土结构所采用的计算方法也不相钢管和钢管混凝土之间的复合结构.它利用钢管同,但共同特点是都避开了离心钢管混凝土结构和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作中实质的、也是非常难于处理的钢管与离心混凝用,充分发挥两种材料的优点,从而使离心钢管混土之间的粘结滑移问题,虽然在研究中都普遍承凝土具有承载力高、塑性和韧性好、经济效果显著认钢管与离心混凝土之间存在粘结滑移现象,而和施工方便等优点.且对离心钢管混凝土构件受力性能有显著影响,但都未曾从机理方面作进一步的分析和理论上的总结概括.特别对在承载能
4、力后期钢管与离心混凝土之间较为明显的粘结滑移机理,由于其较为复杂而很少有人研究,所提出的设计计算方法没有较好地考虑粘结滑移的影响.而离心钢管混凝土之间的粘结强度又是确定粘结滑移的本构关系和破坏强度准则的重要参数,是离心钢管混凝土结构和构件进行非线性有限元分析的关键问题.同时也是离心钢管混凝土结构强度、刚度计算的图1 结构断面形状关键问题.因此,从试验和理论角度对粘结强度进在过去的三十年里,研究者们已对离心钢管行分析和探讨是必要的.混凝土构件进行了比较系统深入的研究,我国已有了自己的设计规程.近些年,离心
5、钢管混凝土结1 钢管2混凝土粘结机理分析构应用在拱桥和高层、超高层建筑中的柱结构和抗侧力体系中取得了很大的进展[1～8].其主要优点有:根据国内外现有试验资料,钢管与混凝构件截面减小,节约了建筑材料,增加了使用空土之间的粘结和光圆钢筋与混凝土之间的粘结类间,且构件自重减轻,从而减小了基础的负担,可似,主要由三部分组成:混凝土中水泥肢体与钢管降低基础的造价;抗震性能好;耐火性能优于钢结表面的化学胶结力,钢管与混凝土接触面上的摩构,相对于钢结构可降低防火造价;可采用“逆作擦阻力和钢管表面粗糙不平的机械咬合力
6、.化学法”或“半逆作法”施工,从而大大加快施工速度.胶结力主要存在于钢管与混凝土表面发生相对粘收稿日期:2004203211.作者简介:袁伟斌(19772),男,博士研究生;浙江,浙江大学结构工程研究所(310027).©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第1期袁伟斌等:离心钢管混凝土结构粘结强度分析·27·结滑移之前,当连接面上发生相对粘结滑移后,水泥晶体被剪断或挤碎,化学胶结力大大降低,当化学胶结力退出工作后,
7、粘结力就主要依靠摩擦阻力和机械咬合力来维持.摩擦阻力主要取决于钢管与混凝土接口上的正应力和摩擦系数,主要与图3 混凝土受力分析单元离心钢管混凝土构件的受力和横向约束及钢管的表面特性有关.机械咬合力主要取决于钢管表面的粗糙程度和表面状况,但其极限值受到混凝土强度的限制.总体来说,钢2混凝土之间的粘结强度相对于变形钢筋和混凝土的粘结强度来说较小,EORUCODE4允许在一定的锚固长度内,自然粘结力取为0.5MPa.日本规范规定取为0.02fc(混凝土抗压强度)且不能大于0.45MPa.国内外试验研究表明,钢
8、2混凝土之间的粘结强度相当图4 离心钢管混凝土粘结开裂模型于变形钢筋的30%～50%. 在q1作用下,混凝土的应力分量为222 粘结强度的计算1-r0örRr1=-27q1;1-r0ö(r0+cc)22从现有的钢2混凝土组合结构推(拔)出试验1+r0ör(3)RH1=-22q1;1-r0ö(r0+cc)的资料看,影响粘结强度的因素很多,而且试验结SrH=SHr=0.果均离散性很大.需要进一步试验理论论证的问11题主要包括:混凝土强度对粘结
