型钢轻骨料混凝土粘结强度研究.pdf
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1、第 3 6卷第 6期 2 0 1 0年 1 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 7 型钢轻骨料混凝土粘结强度研究 张建文 , 王芳 ( 1 南 阳理工学院土木工程系 , 河南 南阳4 7 3 0 0 0 ; 2 南阳市建筑设计研究院, 河南 南阳4 7 3 0 0 0 ) 摘要: 通过正交试验设计, 由推出试验研究了型钢轻骨料混凝土的平均粘结强度和局部粘结强度。根据试验结果 , 拟合了 平均粘结强度表达式, 得到了局部粘结应力最大值和混凝土立方体抗压强度的关系。基于所得平均粘结强度, 推导了临界锚 固长度和极限荷载
2、表达式。临界锚固长度计算中提出了临界锚固长度系数, 当混凝土保护层厚度、 配箍率和混凝土强度不变 时, 不同型号工字钢临界锚固长度系数取值趋于一致, 临界锚固长度系数的引入可用于计算锚固长度的上限值, 并对影响临 界锚固长度的因素进行了探讨。极限荷载的理论值和试验值吻合较好, 可用于型钢轻骨料混凝土构件自然粘结力估算。 关键词 : 型钢 ; 轻骨料混凝土 ; 粘结强度 ; 临界锚 固长度 ; 极 限荷 载 中图分 类号 : T U 3 7 5 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 2 7 0 4 Ex p e r i me n t
3、a l s t u d y o n b o n d s t r e s s o f s t e e l r e i n f o r c e d l i g h t we i g h t c o n c r e t e Z HANG J i a n we n W ANG F a n g ( 1 D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e rin g , Na n y a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y , N a n y a n g 4 7 3 0 0
4、 0, Ch i n a ; 2 N a n y a n g A r c h i t e c t u r a l D e s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e , N a n y a n g 4 7 3 0 0 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : B a s e d o n t h e p u s h o u t t e s t s o f s t e e l r e i n f o r c e d l i g h t we i g h t c o n c r e t e s p e c i me n s , a v
5、e r a g e b o n d s t r e n g t h a n d l o c al b o n d s t r e n g t h a l e s t u di e d b y o h o g o n al e x p e rime nt a l d e s i gn Ac c o r d i ng t o t h e t e s t c o n s e q u e n ce s, e qu a t i o n s o f a v e r a g e b o n d s t r e s s, r e l a t i on s hi p b e t we e n t h e ma
6、x i mu m l o c a l b o n d s t r e s s a n d c o n c r e t e c u b i c c o mp r e s s i o n s t r e n g t h a r e p r o p o s e d T h e c rit i c a l a n c h o r a g e l e n gth a n d u l t i ma t e l o a d f u n c t i o n s a r e d e ri v e d i n r e s p o n s e t o t h e a v e r a g e b o n d s t
7、r e s s Th e c o e ffic i e n t o f c ri t i c a l anc h o r age l e n g t h i s i n t r o d u c e d i n c a l c ula t i o n t h e c ri t i c a l anc h o r a g e l e n g t h , a n d ma j o r f a c t o r s t h a t a ff e c t t h e c r i t i c al anc h o r a g e l e n gt h a r e als o a n a l y z e d
8、T h e c o e f fi c i e n t v a r i e s i n a s m a l l r a ng e f o r d i ffe r e n t I s t e e l whe n c o n c r e t e c o v e r s t i r r u p r a t i o a n d c o n c r e t e s t r e n g t h a r e c o ns t a nt v a l u e s, t he n i t c a n be u s e d t o c alc ula t e u pp e r l i mi t o f c rit i
9、 c a l a n c ho r a g e l e ng t h Th e ult i ma t e l oa d s f r om f o r mulas a g r e e we l l wi t h t h e t e s t r e s u l t s a n d n a t ur e b o n d l o a d c a n b e e s t i ma t e d b y t h e t h e o r y f u n c t i o n Ke y wo r d s : s h a p e d s t e e l ; l i g h t w e i g h t c o n c
10、 r e t e ; b o n d s t r e n g t h; c ri t i c a l a n c h o r a g e l e n gth; u l t i ma t e l o a d 0 引 言 型钢混凝土粘结强度是其粘结滑移性能的一项 重要指标, 国内外学者对此进行 了一些研究 , 得到了 粘结强度表 达式、 相关影 响 因素 和机理 分析等 成 果 , 但这些成果还未完全取得一致结论 。例如, 平均粘结强度取值、 极 限粘结强度影响因素、 局部粘 结强度表达式 、 自然粘结力估算及合理锚 固长度确 定等问题 , 还没有好 的解决。型钢轻骨料混凝土结 构是一种新型结构形
11、式 , 具有质轻 、 高强、 抗震性 能 好等优点 , 这种结构形式 同样存在粘结滑移 问题。 目前, 关于型钢轻骨料混凝土粘结滑移性能的研究 开展较少 , 而其粘结强度和本构关系的建立是有 限 元分析和理论分析 的关键 。为推动这种结构形 收稿 日期 : 2 0 0 9 - 0 4 - 2 5 作者简介 : 张建文 ( 1 9 7 3一) , 女 , 河 南南 阳人 , 博士 , 副 教授 , 主要 从 事结构工程 研究 。 Ema i l : h n n y z j w 1 2 6 c o m 式在理论分析和实 际工程中的应用, 需要 了解其粘 结强度及相关性能。 1 试验概况 采用正交试
12、验设计, 设计参数为锚固长度 、 混凝 土强度、 配箍率和保护层厚度 , 试件参数见表 1 。试 件箍筋 为 H P B 2 3 5 , 纵筋为 HR B 3 3 5 , 型钢采用 I l O 。 推出试验装置如图 1 所示。 表 1 试件参数 Ta bl e 1 Spe ci me n pa r a m e t e r s 2 8 四川建筑科学研究 第3 6 卷 图 1试 验装 置 F i g 1 Te s t s e t 2 平均粘结强度 2 1 平均粘结应力 一加载端滑移 S 曲线 对锚固长度为 Z 。 的试件, 平均粘结应力 可 由 总外载 P除以混凝土内型钢总表面积 f 0得到, 0
13、为型钢截面总周长, 即平均粘结应力为 丁=P l 。 0 ( 1 ) 试验结果表明: 试件 L l , L 2, I J 3 , L 4, L 7 , 发生 劈裂破坏; 试件 L 5 , L 6和 L 9发生推出破坏 。各试 件 r 一s 曲线如图 2所示。 S Lmm ( a 】 劈裂破坏 0 2 4 6 8 St m ( b ) 推出破 坏 图 2 试件 r 关 系曲线 Fi g 2 Jr SL r e l a tion s h i p c ur ve o f s pe c i me ns 图 2表明: 当达到极限粘结强度时, 由于混凝土 劈裂 , 化学胶结力完全丧失, 劈裂破坏有明显的下
14、降 段, 直至界面机械咬合力保 留的残存粘结强度。推 出破坏达到极限粘结强度后 , 由于混凝土受到较好 的约束 , 界面摩擦力和机械咬合力提供 的粘结力能 够抵抗不断增大的滑移而承载力降低不多。极限荷 载对应的平均粘结应力记为丁 , 在工程应用中 , 一般 以此强度作为型钢轻骨料混凝土的粘结强度 , 粘结 强度是评判结构或构件是否发生粘结破坏 的力学指 标 。 2 2粘结强度正交分析 对粘结强度进行影响因素分析 , 可为科学地建 立粘结强度公式提供依据。为判别各影响因素对极 限粘结强度影响的重要性, 对试验结果进行正交分 析。从极差的大小可以看出哪个因素对极限粘结强 度的影响大 , 哪个 因素
15、影响小。锚固长度对极 限粘 结强度的极差可以达到 0 9 1 M P a , 而保护层厚度对 极限粘结强度的极差只有 0 1 1 M P a 。因此, 锚 固长 度对平均极限粘结强度的影响最重要 , 其次是箍筋 配置量, 再次是混凝土强度, 最后是保护层厚度。平 均极限粘结强度的确定 , 要优先考虑锚固长度、 箍筋 配置和混凝土强度的影响。 2 3平均粘结强度公式 通过粘结强度各影响因素分析, 根据试验结果, 可拟合 出极限粘结强度 丁 计算表达式。 = ( 0 1 4 2 +0 1 5 6 C d +0 6 5 d l ) + 0 8 6 p ( 2 ) 该公式综合考虑了混凝土强度、 保护层
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