型鋼泡沫混凝土界面粘結滑移性能的試驗研究

劉殿忠 王旬川

（吉林建筑大學土木工程學院，長春 130118）

型鋼泡沫混凝土界面粘結滑移性能的試驗研究

劉殿忠 王旬川

（吉林建筑大學土木工程學院，長春 130118）

本文主要研究C型冷彎薄壁型開孔的鋼泡沫混凝土界面滑移性能。根據33個型鋼泡沫混凝土推出試件和4個對比試件的推出試驗，得到型鋼泡沫混凝土的荷載-滑移特征曲線，以及其破壞形態，探討了不同開孔直徑、間距、位置對界面滑移性能的影響。

C型鋼開孔；泡沫混凝土；推出試驗；粘結滑移；對比試驗

前言

型鋼混凝土結構兼有鋼結構和鋼筋混凝土的結構共同的優點，具有較高的承載力、較大剛度、良好的防火及抗震性能，已廣泛應用于大跨度結構和地震區的高層建筑[1]。鑒于泡沫混凝土是一種新型綠色節能材料，具有輕質、保溫隔熱、抗震性能好等優良性能，同時為了帶動我國建筑材料行業的發展，減少建筑行業的資源消耗和環境污染，促進建筑行業的可持續發展，本試驗采用冷彎薄壁型鋼（C型鋼）與泡沫混凝土（硫鋁酸鹽水泥）組合結構來研究型鋼開孔對粘結滑移規律的影響。

1 試驗概況

1.1 試件設計及制作

本試驗主要是研究型鋼開孔直徑、孔間距、空位置對泡沫混凝土粘結滑移性能的影響。主要以孔直徑、孔間距、孔個數以及開孔的位置為主要變化參數，同時保證泡沫混凝土強度、混凝土保護層厚度、橫向配箍率為不變量，設計了33個型鋼泡沫混凝土推出試件。另外還制作了4個無措施的對比試件。（試件形式見圖1，設計參數見表1）。

圖1 試件界面尺寸

圖2 推出試件

表1 試件設計參數

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2 實驗結果與分析

2.1 實驗過程

在一定荷載作用下，上端和下端均無滑移產生。當荷載增加到極限荷載的40%～75%時，型鋼開始微小的滑移，其側面會出現微小的裂縫；隨著荷載的增加，型鋼滑移逐漸緩慢的增加，裂縫寬度也隨著加寬，隨著荷載的增加試件形成劈裂破壞且發展迅速，從上端到下端會形成新的細小分支裂縫，且在下端較多，裂紋像一棵倒置的大樹。當荷載增加至極限荷載后，突然出現跌落現象；此時荷載會迅速下降，但是加載端的滑移繼續增加，隨著加載端滑移迅速增加，荷載下降卻相對緩慢，最后作用力基本平衡，滑移逐漸增加，荷載會圍繞某一值上下波動。此過程中裂紋發展迅速，已有裂紋迅速延伸，裂紋寬度逐漸增大，由于各分支裂縫的發展，側面裂縫相互貫通，且裂縫面局部出現混凝土剝落，隨著型鋼大部分壓入混凝土中，試件裂縫發展完全，試件的縱向劈裂裂縫的最大寬度達到2～8mm，當型鋼進入40mm時，實驗基本結束。

2.2 荷載—滑移曲線及其特征

通過荷載加載裝置與布置在加載端的位移計，可以準確的測量到推出試件的荷載—滑移曲線，如圖3所示。這種類型主要出現在錨固長度較短的試件中，它的特點是在較大荷載（60%—90%極限荷載）作用下，產生初始滑移，殘余階段的荷載相對于初始滑移荷載稍低。

圖3 P-S曲線的主要形式

試件的整個受力過程大至以分為以下5個階段[2]：

(1)無滑移階段：加載初期，加載端不發生明顯的滑移，其中對型鋼混凝土粘結起主要作用的是化學膠結力。

(2)滑移階段加載至一定的荷載時，加載端發生滑移，加載端的滑移發生的較緩慢，曲線表現一定的非線性。

(3)破壞階段：隨著荷載的逐步加大， 加載端滑移發展加快，自由端開始滑移，當荷載接近極限荷載時，加載端突然出現縱向裂縫，并伴隨著“咔擦”一聲，荷載達到極限荷載，出現微裂縫。

(4)下降階段：荷載達到極限荷載后，加載端滑移迅速增加，裂縫全面開展，裂縫寬度也逐漸加大。

(5)殘余階段：滑移達到一定長度后，荷載不再繼續降低，保持在一定的荷載水平上。

2.3 裂縫形態及其發展過程

2.3.1 試件的開裂時刻

在推出試驗中，裂縫主要是出現在極限荷載之前，并出現在試件的加載端，然后隨著加載端的增加，裂縫向自由端迅速發展，形成縱向劈裂裂縫(見圖4)。

2.3.2 破壞時裂縫的主要形態

根據實驗加載端和裂縫的不同的特征，試件主要呈現相識的裂縫形態(見圖4)。主要是劈裂裂縫形式。裂縫主要C型鋼四個角開始一般沿大致45度角方向向外擴張，同時C型鋼內部泡沫混凝土發生破壞，進而在試件表面形成裂縫。隨著滑移的增加，裂縫寬度逐漸增加，最后達到2—8mm的裂縫，這種裂縫出現在大部分試件中。其中部分形成通長的表面裂縫，造成中間部位裂縫膨脹，隨著滑移的增加，膨脹部位發生剝落；由于試件保護層厚度不是特別的厚，試件表面裂紋非常明顯。

圖4 試件的裂縫形態（上表面及側面）

2.4 滑移測試的結果

由位移計測得的C型剛泡沫混凝土的滑移與荷載的關系曲線（見上圖3）。可以得出：荷載加載初期，整個C型鋼均不發生任何滑移，表現為加載端向自由端逐漸滲透的過程；隨著荷載的增加，加載端部首先開始滑移，隨著荷載繼續增加，滑移值也逐漸增加，但是速度較緩慢，但當加載到極限荷載時，整個C型鋼均開始滑移。進入卸荷階段后，荷載下降很快，但是滑移繼續增加；荷載下降一段距離后，滑移開始較均勻增加，此時進入殘余階段，滑移繼續增加但是荷載幾乎不變，在某一值上下波動。

3 對比試驗結果

根據33個型鋼泡沫混凝土和4個標準試件的荷載-滑移曲線進行綜合對比。對比試驗的主要結果如下表（表5）。可以直觀的看出開孔直徑、開孔間距、開孔個數、開孔位置對C型鋼泡沫混凝土粘結滑移性能的影響。

圖5 開孔對C型鋼泡沫混凝土粘結滑移影響的對比曲線

4 結論

（1）通過試驗得出型鋼表面開孔明顯地提高了型鋼與泡沫混凝土之間的粘結滑移性能。

（2）根據33個C型鋼推出試件的實驗結果，對P-S曲線進行綜合分析，劃分了試件受力過程的5個受力階段。總結了試件的主要裂縫形態。

（3）通過4個對比試件結果表明，腹板和翼緣開孔能明顯提高型鋼和泡沫混凝土之間的粘結滑移性能。腹板和翼緣相比，在短柱的推出試驗中，腹板開孔對型鋼泡沫混凝土的粘結滑移性能影響會更明顯。

[1] 趙鴻鐵.鋼與混凝土組合體.北京：科學出版社，2001. 77～226.

[2] 薛建陽，楊勇，趙鴻鐵，型鋼混凝土構件粘結滑移性能試驗及其分析[J].工業建筑。2005.35.142-146.

[3] 楊勇.型鋼混凝土粘結滑移基本理論及應用[D].西安建筑科技大學，2003.*國家自然科學基金資助項目（51378238）

Research on behaviors of bond-slippage test between
shaped steel and form concrete

Liu Dianzhong Wang Xunchuan

College of civil engineering, Jilin University of architecture, Changchun 130118, China

this paper mainly studies the interface slip properties of c type steel foam concrete. According to the push-out test of 33 steel foam concrete specimens and 4 contrast specimens, get steel foam concrete load - slip characteristic curve, and the failure pattern, discusses the interface slip properties affected by the position of hole, different diameter of hole and the spacing of holes.

C type steel with holes foam concrete push-out test bond and slippage contrast specimen

G322

B

1007-6344（2016）02-0020-02

劉殿忠；男；吉林建筑大學教授