方钢管混凝土结构粘结滑移试验研究

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1、方钢管混凝土结构粘结滑移试验研究图1推出试验示意图1.1试验方法目前,国内外关于钢管混凝土界面抗剪粘结强度的试验方法主要有两种类型：即推出试验(Push-outtest)和推离试验(Push-offtest)。推出试验中试件的一端留有一段空钢管，另一端在核心混凝土的顶面上放置一块内径略小于钢管的钢垫板，试验时试件一端是核心混凝土受压，另一端是钢管受压，这样便将核心混凝土推出钢管，如图所示。推出试验能测得钢管混凝土界面粘结滑移全过程，并确定极限粘结强度，目前研究大多采用此种方法。1.2试验方案1.2.1试验目的本课题组于2006年9月开始采用“推出试验法”进行了方钢管混凝土柱界面粘结滑

2、移性能试验，试验设计主要考虑了长细比及宽厚比的变化对钢管混凝土界面粘结滑移性能的影响。围绕粘结强度和粘结滑移，对方钢管混凝土的界面力学性能进行分析研究。试验的主要目的如下：1、方钢管混凝土内部粘结应力分布及其大小的测定；2、方钢管混凝土内部粘结强度的测定；3、探讨方钢管混凝土粘结滑移对构件承载力和刚度的影响；4、对方钢管混凝土轴心受压柱的破坏形态进行研究；5、为方钢管混凝土柱的有限元分析提供理论基础；6、为建立方钢管混凝土轴心受压柱破坏的力学模型提供理论基础；7、测试节点形式对节点区域粘结滑移性能的影响；1.2.2试件的设计与制作为了能尽量真实反映钢管混凝土柱界面粘结性能和钢管混凝土

3、柱节点区粘结滑移性能，本次试验共设计制作了14根方钢管混凝土试件，其中包括9根方钢管混凝土轴心推出试件，3个不同形式节点推出轴心受压柱（分别为焊接钢梁、带内加强环和带外加强环节点）试件和2个不同受力形式轴压试件(其中一根为钢管先受力轴心受压柱；一根为混凝土先受力轴心受压柱)。主要试件及加载装置如下图：图2推出试件及加载简图1.1试验结果1.1.1主要试验过程试验开始缓慢加载到一定荷载水平，加载端在刚开始加载时就出现了较为明显的滑移，此处位移计读数比较大，发展也很迅速；而自由端的位移计读数很小，发展比较缓慢。继续加载，加载端和自由端的位移计读数均有较大的增长。加载到一定阶段后，在一段时

4、间内，出现荷载施加不上去的情况，即构件所受荷载有所下降，而加载端和自由端的位移计读数仍在增加，钢管和混凝土之间的相对滑移仍在发展，此时判断可能是钢管与混凝土粘结界面发生了破坏，达到其极限粘结强度，随后继续加载一段时间，有的试件荷载又可以继续增长，滑移也相应增长，而有的试件荷载随着滑移无法继续增大，出现了下降段和水平段，分析认为是由于在试验过程中随着荷载的增大和滑移的不断发展，钢管与混凝土界面上的胶结力和机械咬合力的合力达到最大值，界面粘结应力达到最大值，随后胶结力破坏，粘结应力由残存的机械咬合力和界面摩阻力来承担，而界面上的摩阻力则和界面的摩擦系数及界面上的径向压力成正比，随着纵向荷

5、载的不断增大，混凝土不断膨胀，导致钢管与混凝土界面上的径向压力不断增大，因此摩阻力略有增大，粘结力可以略有增大，P-S曲线将只出现很短的下降段后荷载又有很小的上升，或者不致出现峰值点和下降段，而只呈现拐点，拐点之后，荷载仍可以缓缓增长。停止加载，将试件抬出试验机，可以明显的观察到混凝土被推出钢管的现象和钢管混凝土上的粘结界面，如图所示：图3混凝土被推出钢管照片1.1.1主要破坏形态对钢管混凝土推出试验过程进行观察，根据试件加载端和自由端的破环方式的不同特征，可以将钢管混凝土推出试验裂缝分为两种主要形态（图4）。第一种第二种图4推出试验主要破坏形式第一种：首先从方钢管一端角部开始出现劈

6、裂裂缝，这种劈裂裂缝一旦出现便会随着荷载增加，迅速由向下扩展，这种裂缝最终基本上能贯通至试件锚固长度的1/2，一般形成主要破坏裂缝，并且裂缝宽度随着滑移的增加，逐渐增加，最后能达到1~2cm，第一种破坏为方钢管角部约束劈裂裂缝破坏，在少部分试件中出现；第二种：属于钢管壁局部屈曲破坏，混凝土受到三向受压作用，而钢管受到来自外荷载和混凝土的正应力，以及钢管宽度方向的拉应力，由于钢管混凝土连接面上法向正应力的作用，混凝土有向外鼓胀的趋势，会产生图中所示的第二种破坏形态，钢管屈曲首先出现在加载端端部附近，随着荷载的增加，一两个面向外屈曲变形的同时，其余钢管壁向里产生屈曲变形，加载后期出现端部

7、局部屈曲失稳破坏现象。