型鋼混凝土粘結滑移性能研究綜述

翟江棚 石丹丹 曾 勇 張肖煜 付校龍

(河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

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型鋼混凝土粘結滑移性能研究綜述

翟江棚 石丹丹 曾 勇 張肖煜 付校龍

(河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

分析了SRC結構粘結滑移的研究現狀，從混凝土強度、保護層厚度、剪切連接件、橫向配箍率等方面，闡述了型鋼混凝土粘結性能的影響因素，并介紹了該結構粘結強度的計算方法，為今后類似問題的研究提供了依據。

型鋼混凝土，粘結滑移性能，保護層，粘結強度

0 引言

型鋼混凝土(Steel Reinforced Concrete，SRC)結構由型鋼、箍筋、縱向受力鋼筋組成，是鋼與混凝土組合結構的一種主要形式。按混凝土的填充方式，可分為型鋼外包混凝土和部分包裹混凝土，承載能力、剛度大以及抗震性能好的優點使其被廣泛應用于高層及超高層建筑中。

在高層和超高層建筑的SRC結構中，鋼與混凝土中的粘結作用使結構上的豎向荷載通過剪力傳遞的方式傳遞到混凝土中，使得型鋼與混凝土都承受力。當型鋼與混凝土之間產生局部滑移時，橫截面已經不再符合平截面假定，當整體滑移超過一定值時，型鋼與混凝土粘結失效，構件或結構破壞。型鋼與混凝土中足量的粘結作用可以使剪力互相傳遞、混凝土的承壓能力得到充分發揮。

型鋼混凝土的粘結滑移性能對其組合結構發揮結構優勢有重要影響，研究型鋼混凝土粘結滑移性能有助于優化結構設計，使SRC結構得到推廣。

1 SRC結構粘結滑移研究現狀

兩者之間的粘結作用是型鋼與混凝土能夠共同作用的必要條件。SRC結構工作時，在混凝土與型鋼的接觸面上會發生相對滑移。因此型鋼與混凝土兩種材料之間的粘結滑移性能就成為了SRC結構理論中最重要的探討方向。自20世紀50年代以來，由于SRC結構的發展和應用，專家學者們也逐漸開展了關于SRC結構粘結性能的試驗研究。

鋼筋與混凝土之間的粘結滑移性能已經被國內外研究人員探討的較為深入，也取得了一定的科研成果，但是科研人員很少研究型鋼與混凝土的粘結性能[1]。早期成熟的粘結滑移研究成果可以為型鋼與混凝土的粘結性能研究提供基礎。

1.1 鋼板—混凝土粘結強度的研究

1950年，坪井善勝等[2]考慮了混凝土強度等四個影響因素，并運用鋼板拉拔試驗研究了型鋼與混凝土兩種材料之間的粘結性能，最終通過試驗得出了型鋼混凝土粘結強度較低的結論。學者李紅[3]考慮了橫向配箍率等4個因素的影響，對17個鋼板拉拔梁式試件的試驗數據進行統計回歸分析，提出了SRC結構粘結強度的計算公式，得到鋼板—混凝土之間的粘結強度等同于60%的光圓鋼筋—混凝土試件的強度結論。

1.2 型鋼—混凝土粘結強度的研究

早在1962年，Bryson和Mathey[4]采用了壓入試驗研究了型鋼表面狀況及翼緣寬度對SRC結構粘結強度的影響。Hawkins[5]在1973年對SRC結構進行了壓入試驗，其考慮了型鋼的截面尺寸等3個因素對SRC結構粘結性能的影響。1984年，Roeder[6]通過考慮粘結應力沿型鋼長度上的變化等因素對型鋼混凝土粘結強度進行了研究。為了測得粘結應力，Roeder在型鋼翼緣上布置具有一定間距的電阻應變片，通過型鋼應變片數據得到型鋼翼緣粘結應力分布規律。Richard[7]通過對試驗數據的計算分析，提出了計算型鋼混凝土壓入試驗局部破壞荷載和極限荷載的方法。Hunaiti[8]等于1991年設計了135個槽鋼混凝土組合柱，考慮齡期、溫度等因素對型鋼與混凝土粘結性能的影響。

國內學者對SRC結構粘結滑移性能研究也做出了很大的貢獻。孫國良等[9]采用壓入試驗和推出試驗的試驗方法，通過對栓釘個數和位置等因素的研究，得到其對粘結強度的影響程度，對SRC結構的柱端部軸力傳遞性能進行了研究。肖季秋等[10]對9個推出試件進行了試驗研究，分析了影響SRC結構粘結強度的因素，并給出了粘結—滑移曲線。湖南大學學者劉燦等[11]總結了前人經驗，并結合6個壓出試件的試驗結果，提出了粘結應力沿型鋼粘結長度方向的計算公式。西安建筑大學楊勇[12]通過大量的試驗研究和理論分析，得到粘結力、滑移關系。

2 型鋼混凝土粘結性能主要影響因素

20世紀中期以來，SRC結構的粘結滑移性能已經被國內外學者研究的較多，但是研究的還不夠深入，沒有達到專業內的共識以及沒有成熟的理論，關于對SRC結構粘結滑移性能的主要影響因素方面的研究還存在著分歧。

1)混凝土強度。

一些研究人員指出型鋼與混凝土之間的粘結強度被混凝土強度影響程度較大，即粘結強度會隨著混凝土強度的增大而增大的較為明顯，一些學者還通過試驗研究與理論分析得到了混凝土強度與粘結強度的數學關系表達式。但是也有些學者通過研究指出，混凝土強度對型鋼混凝土粘結強度影響不大。

2)保護層厚度。

學者孫國良指出，隨著混凝土保護層厚度的增加，粘結強度也會增大。但當混凝土保護層厚度比所謂的臨界保護層厚度大時，混凝土粘結強度就不會發生較大變化。

3)剪切連接件。

關于剪切連接件能否增強粘結強度這個問題，不同的學者通過試驗得到了截然不同的結果，一些學者指出剪力連接件可以提高粘結強度，并給出了兩者之間的計算公式。但Roeder[13]曾提出剪力連接件的設置不僅不能增強粘結強度，相反還會削弱型鋼混凝土的粘結強度，降低構件的延性。Roeder對此也給出了解釋，他認為在受力過程中，剪力連接件會發生變形，加劇混凝土的失效。

4)橫向配箍率。

大多數試驗結果表明，在型鋼混凝土發生滑移前，橫向配箍率對其粘結強度的提高沒有很明顯的影響，但卻能極大地提高滑移后強度。但是關于橫向配箍率對SRC粘結強度的影響，并沒有建立明確的關系。

除了上文所提到的，澆筑方式、型鋼錨固長度、型鋼表面狀況等也會對型鋼混凝土的粘結滑移性能有一定程度的影響。

3 粘結強度的計算

當Css≤0.60d時，初始滑移粘結強度、極限粘結強度、水平殘余粘結強度與保護層厚度、型鋼截面高度、型鋼埋置長度、混凝土抗拉強度以及橫向配箍率均有關系。

當Css≤0.60d時，初始滑移粘結強度、極限粘結強度、水平殘余粘結強度與保護層厚度無關。

4 結語

SRC中型鋼與混凝土共同工作，國內外對于SRC結構研究較為重視，且各國的設計計算方法的不同是由于國情以及研究點不同，同時他們都避開了粘結滑移問題，缺乏較為深入的研究，導致計算方法沒有考慮粘結滑移，只采用修正過的平截面假定。與此同時，國內外的研究對影響SRC結構粘結性能的主要因素的確定還存在很大的分歧，還需要相關學者進行進一步研究。

SRC結構的粘結滑移本構模型的確定是進行SRC結構理論研究與數值分析的基礎，由于型鋼與混凝土的局部相對滑移較難測量，導致只能用平均粘結應力與加載端、自由端滑移的關系作為數值分析的粘結滑移本構關系，這種關系無法反映其實際情況。因此，需要建立一套完善的粘結滑移本構關系。

[1] 趙鴻鐵,楊 勇,薛建陽,等.型鋼混凝土粘結滑移力學性能研究及基本問題[J].力學進展,2003,33(1):74-86.

[2] 坪井善勝,若林実.鉄骨鉄筋コンクリートに関する実験的研究[J].日本建筑學會論文報告集第57號，1956(7)：549-552.

[3] 李 紅,安建利,姜維山.型鋼與混凝土粘結性能的試驗研究[J].哈爾濱建筑大學學報,1993(S1):214-223.

[4] Bryson J O,Mathey RG.Surface Condition Effect on Bond Strength of Steel Beams in Concrete[J].Journal of ACI,1962,59(3):397-406.

[5] Hawkins N M.Strength of Concrete Encased Steel Beams[J].Institution of Engineers Civ Eng Trans,1973,15(1)：39-46.

[6] Roeder C W.Bond Stress of Embedded Steel Shapes in Concrete[C].Composite and Mixed Construction.ASCE,2010:227-240.

[7] Furlong R.Binding and Bonding Concrete to Composite Columns[C].Composite and Mixed Construction.ASCE,2015:330-336.

[8] Hunaiti Y M.Bond Strength in Battened Composite Columns[J].Journal of Structural Engineering,1991,117(3):699-714.

[9] 孫國良,王英杰.勁性混凝土柱端部軸力傳遞性能的試驗研究與計算[J].建筑結構學報,1989,10(6):40-49.

[10] 肖季秋,鐘樹生,鄒良明.勁性鋼筋混凝土粘結性能的試驗研究[J].四川建筑科學研究,1992(4):2-6.

[11] 劉 燦,何益斌.勁性混凝土粘結性能的試驗研究[J].湖南大學學報(自科版),2002(S1):168-173.

[12] 楊 勇.型鋼混凝土粘結滑移基本理論及應用研究[D].西安:西安建筑科技大學,2003.

[13] Roeder C W,Chmielowski R.Shear Connector Requirements for Embedded Steel Sections[J].Journal of Structural Engineering,1999,125(2):142-151.

Study on bond-slip performance of steel reinforced concrete

Zhai Jiangpeng Shi Dandan Zeng Yong Zhang Xiaoyu Fu Xiaolong

(CollegeofCivilandTransportationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

The paper analyzes the research on the bond slip of SRC structure, illustrates the influential factors of the steel concrete bond performance from the concrete strength, thickness of protective layer, shearing connection member, horizontal stirrup reinforcement ratio, and introduces the calculation methods for the bond strength of the structure, so as to provide some reference for the study on similar problem.

steel concrete, bond slip performance, protective layer, bong strength

1009-6825(2017)15-0043-02

2017-03-13

翟江棚(1995- )，男，在讀本科生； 石丹丹(1996- )，女，在讀本科生； 曾 勇(1993- )，男，在讀本科生； 張肖煜(1996- )，女，在讀本科生； 付校龍(1996- )，男，在讀本科生

TU375

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