型钢混凝土粘结滑移性能研究综述

郑惠铭 杨 健 王宇轩 张 健 李迎珠

(河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)

1 概述

型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete，SRC)组合结构是在混凝土内部配置型钢和钢筋，并且三种材料共同起作用的一种新型结构。这类结构是将型钢加入钢筋混凝土结构，利用型钢的强度和韧性增强组合结构的性能。型钢混凝土截面如图1所示。

型钢和钢筋混凝土的组合将发挥各自的优势，使型钢混凝土具备如下优点：抗震、抗风性能优良，整体稳定性好；受力合理；构件尺寸较小，节省空间；耐久、耐火性好。

为了保证型钢混凝土内有效的应力传递，粘结强度是一个重要的影响因素。型钢混凝土内应力传递有多种方式，选择最有效的方式，以便将应力从一个部位转移到另一个部位，并达到完整的组合结构效果。这一效果可以通过型钢与混凝土之间的粘结实现。

因此，型钢与混凝土彼此间的粘结影响型钢混凝土组合结构的受力性能，探究型钢混凝土粘结滑移性能有利于结构优化设计，使型钢混凝土结构能够得到推广。

2 SRC结构粘结滑移现状

2.1 国外SRC结构粘结滑移研究现状

国外对于型钢混凝土粘结滑移性能研究时间开始的较早，并且进行了大量的实验研究。从20世纪60年代初开始，1950年，日本的坪井善胜、若林実[1]考虑混凝土强度和横向配箍率等因素，进行了钢板拉拔试验，探究型钢混凝土的粘结强度，得到了型钢与混凝土的粘结强度比较低的结论。到了70年代， Bryson[2]在1962年进行推出试验，认为经喷砂处理后的型钢比未经处理的型钢，平均粘结强度要大30%左右。Hawkins[3]在1973年时开展型钢混凝土推出试验，考虑横向配箍率等因素的影响，认为产生了较大的相对滑移后，随着配箍率的增大，型钢混凝土粘结强度也增大。到了20世纪90年代，1984年，Roeder[4]在实验中，沿着型钢翼缘布置一系列的应变片，在推出试验中，根据应变片得到的粘结应力的分布规律第一次研究型钢表面粘结应力沿型钢锚固长度方向的变化。1991年，Hamdan和Hunaiti[5]为了探究型钢表面状况等因素的影响，开展了推出试验，认为型钢表面进行喷砂处理，能够增加型钢与混凝土的粘结强度。

2.2 国内SRC结构粘结滑移研究现状

20世纪80年代末，1989年，国内学者孙国良[6]对劲性混凝土柱端部轴力传递性能进行研究，认为在一定厚度内，粘结强度随着保护层厚度的增加而增加。西安建筑科技大学李红[7]进行了钢板拉拔梁式试验，研究影响型钢混凝土粘结强度的因素。并且通过对试验结果的统计回归分析，提出型钢混凝土的平均粘结强度、极限粘结强度和残余粘结强度的计算公式。湖南大学刘灿、何益斌[8]进行推出试验。依据试验数据，文章指出在加载前期，型钢与混凝土未发生较大的滑移时，型钢与混凝土表面的化学胶结力与摩擦力，共同发挥作用；一旦发生较大的滑移后，化学胶结力丧失，只有摩擦力发挥作用。杨勇等[9]设计了16个标准推出试件进行推出试验，试验研究结果表明，在荷载下降阶段，型钢翼缘外侧对粘结强度的贡献更大。

3 型钢混凝土粘结性能影响主要因素

3.1 混凝土强度

Marisa Pecce and Francesca Ceroni[10]指出粘结滑移曲线的水平段值代表有效的粘结强度，其值受到混凝土强度的影响。混凝土强度等级越高，粘结强度也就越大。但是也有其他的学者认为混凝土强度对型钢混凝土粘结强度的影响不大。

3.2 保护层厚度

郑华海等[11]认为随着保护层厚度的增加，粘结强度增大，保护层厚度为50 mm时，粘结强度比保护层为40 mm的粘结强度大48.92%。这是因为型钢外混凝土的约束效应，加强了混凝土与型钢表面的接触，从而提高了型钢混凝土粘结强度。

3.3 横向配箍率

由于箍筋的存在，内部混凝土受到荷载时，也受到箍筋的约束效应，与型钢更加紧密的连接在一起。但是孙国良指出其影响效果有限，箍筋配置与否对极限承载力影响并不大，但配置箍筋可以提高残余强度，并限制裂缝宽度的增加。

3.4 型钢表面情况

Marisa Pecce and Francesca Ceroni对型钢表面在浇筑前进行了润滑油的处理，实验结果表明在型钢表面涂了润滑油后，粘结强度只有未使用润滑油处理的粘结强度的25%。这是因为涂了润滑油后，型钢与混凝土交界面的摩擦力与化学胶结力被削弱，从而导致了粘结强度的降低。说明了摩擦力对粘结强度的作用不可忽视。

3.5 型钢粘结位置

郑华海指出了型钢不同部位的粘结强度不同，并指出了内翼缘的粘结强度大于外翼缘的粘结强度大于腹板的粘结强度。表明了翼缘对粘结强度的贡献比腹板来的大。

除了上文所提到的因素，其他一些因素也能够对型钢混凝土的粘结滑移性能有影响，如浇筑方式、型钢锚固长度、型钢截面尺寸、骨料级配等。

4 粘结滑移概念

4.1 平均粘结强度

在型钢混凝土中，取接触面总表面积上的平均值为平均粘结应力，极限荷载所对应的平均粘结应力为型钢混凝土的平均粘结强度。

4.2 局部最大粘结强度

在型钢混凝土中，局部出现最大的粘结应力值称为局部最大粘结强度。

4.3 残余粘结强度

型钢与混凝土之间的化学胶结力耗尽，仅剩摩擦力和机械咬合力发挥作用，粘结强度稳定在一个残余值，其值大小不随粘结滑移的发展而有明显变化，称这个粘结强度为残余粘结强度。

5 粘结强度计算公式

分析影响粘结滑移性能的因素，可以得到不同阶段的粘结强度与混凝土保护层厚度、混凝土抗拉强度、型钢截面高度、配箍率等的关系，总结出粘结强度的计算公式。

1)初始滑移粘结强度。

2)极限粘结强度。

3)残余粘结强度。

其中,Css为混凝土保护层厚度,mm；Le为型钢埋置长度,mm；d为型钢截面高度,mm；ft为混凝土抗拉强度,MPa；ρsv为配箍率,%。

6 结语

由于型钢混凝土组合结构与钢筋混凝土结构和钢结构相比，具有巨大的优势，使其在高层建筑中的应用越来越广泛。

为了增加型钢混凝土组合结构在高层建筑中的应用，研究型钢混凝土组合结构的粘结滑移性能必不可少，在研究的基础上，完善理论，使设计更加可靠。