型钢混凝土组合结构粘结滑移本构关系的数值分析

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1、万方数据!璺塑!Q堕：12坠CN22．1323／N长春工程学院学报(自然科学版)2005年第6卷第1期J．ChangchunInst．Tech．(Nat．Sci．Edi．)，2005，V01．6，No．15／2413．15型钢混凝土组合结构粘结滑移本构关系的数值分析刘丽华1，吕昂2(1．长春工程学院土木工程系，长春130012；2．长春市财政投资评审中心，长春130061)摘要：针对型钢混凝土推出试件的试验数据，通过OriginPm7．5程序，从加载端开始出现滑移至荷载达到极限值这一区间的平均粘结应力与加载端滑移的本构关系(r—s。曲

2、线)进行了数值分析，并与理论分析结果进行比较，得出了可用线性规律表达的结论。关键词：型钢混凝土；组合结构；粘结一滑移；本构关系中图分类号：TU398文献标识码：A文章编号：1009．8984(2005)01．0013．030引言型钢混凝土组合结构中，型钢与混凝土之间的接触面积大，粘结应力较小(与钢筋混凝土结构比较)。型钢与混凝土接触面问题的研究主要包括两方面的问题：①粘结强度及其影响因素；②粘结滑移机理及其本构关系。粘结应力r和剪切粘结滑移S的本构关系，一般简称为粘结滑移的r—S本构关系，粘结应力是指型钢表面剪应力，滑移为型钢与连接面

3、上对应位置混凝土的相对位错。若型钢与混凝土之间的粘结强度或锚固措施不够，容易产生较大范围的外包混凝土的剥落，型钢的塑性变形能力将得不到充分发挥，承载力会有较大衰减。明确影响型钢混凝土粘结、滑移的因素，给出简单适用的粘结滑移本构关系，对在实际工程中充分利用型钢与混凝土之间的粘结强度，合理设置锚固连接件；在动力作用情况下(如地震、爆炸)，吸收更大动能，减轻破坏程度，震后便于修复等都将起到积极有利的作用；在型钢混凝土有限元分析中，为了考虑型钢混凝土之间存在的粘结滑移性能，必须在型钢与混凝土之问引入连接单元，而不管是采用何种形式的连接单元，都

4、必须有型钢混凝土粘结滑移本构关系，这是型钢收稿日期：2tq04—12—06仁者简介：刘丽华(1964，5一)，女(汉)，山东，副教授主要研究结构力学。混凝土有限元分析中的关键问题。以下通过OriginPr07．5程序，对文献[1]中5个型钢混凝土推出试件从加载端开始出现滑移至荷载达到极限值这一区间(以下简称上升段)的平均粘结应力与加载端滑移的本构关系(i一

5、s。曲线)进行数值分析和理论分析。1上升段r—Sz本构关系的数值分析1．1r—Sf关系的基准本构模型基准本构模型如图L所示，其中特征粘结强度和特征滑移值取实验值或由统计分析值确定。

6、本文分析采用实验值。图1加载端r—Sz本构模型rs：加载端初始滑移对应的平均粘结强度；ru：极限状态对应的平均粘结强度；rr：水平残余阶段的起始点对应的平均粘结强度；s“：极限状态对应的滑移值；Sr：水平残余阶段的起始点对应的滑移值；1．2试件参数及钢材材料性质本文选用的推出试件的编号及试件参数、材料的力学性能指标分别列于表1和表2中。1．3上升段本构关系的数值分析推出试件在上升段分级荷载及对应的平均粘结应力(r)、加载端滑移值(Sf)见表3。图2通过OriginPr07．5程序，对这一区间的i一

7、sf本构关系进行数值分析。睦一口万方

8、数据14长春工程学院学报(自然科学版)表1试件参数汇总表2钢材材料性质6ram钢板2．071．00016671900027500345430[10翼缘2．100．90717502250030000367435槽钢腹板2．081．00016552250029500345415中6钢筋2．080．840l400150002500029I375毋8钢筋2．40。0．941l5001550024000360440垂16钢筋2．081．000l9201500030000400550表3上升段分级荷载及对应的平均粘结应力、加载端滑移值式为：r=A

9、+"BSj(I)式中系数A、B可以由实验实测结果得出，即：A=i，B=孚；也可以取统计平均值，根据图2‘)Ⅱ的统计回归结果，得到：A：1．151，B=1．231。此实验拟合结果与理论推出的公式符合较好。图2各试件i—s：上升段本构关系统计回归拟合曲线2上升段r—Sl本构关系的理论分析根据图2所示分析结果可以得到：(1)在上升段随着荷载增加，平均粘结应力加大，加载端的滑移值也逐渐加大；(2)在此阶段基本符合线弹性关系，线性表达2．1基本假定文献[1]的对比试验结果表明，i—S：本构关系曲线的上升段，翼缘外表面、内表面、腹板表面的粘结应力

10、在同一锚固长度处近似相等，沿锚固长度方万方数据刘丽华，等：型钢混凝土组合结构粘结滑移本构关系的数值分析15向遵循指数规律变化。据此下面推导过程采用假定：①粘结应力在型钢表面同一锚固长度处是均匀分布的；②沿锚固长度方向遵循