刘殿忠 王旬川

（吉林建筑大学土木工程学院，长春 130118）

型钢泡沫混凝土界面粘结滑移性能的试验研究

刘殿忠 王旬川

（吉林建筑大学土木工程学院，长春 130118）

本文主要研究C型冷弯薄壁型开孔的钢泡沫混凝土界面滑移性能。根据33个型钢泡沫混凝土推出试件和4个对比试件的推出试验，得到型钢泡沫混凝土的荷载-滑移特征曲线，以及其破坏形态，探讨了不同开孔直径、间距、位置对界面滑移性能的影响。

C型钢开孔；泡沫混凝土；推出试验；粘结滑移；对比试验

前言

型钢混凝土结构兼有钢结构和钢筋混凝土的结构共同的优点，具有较高的承载力、较大刚度、良好的防火及抗震性能，已广泛应用于大跨度结构和地震区的高层建筑[1]。鉴于泡沫混凝土是一种新型绿色节能材料，具有轻质、保温隔热、抗震性能好等优良性能，同时为了带动我国建筑材料行业的发展，减少建筑行业的资源消耗和环境污染，促进建筑行业的可持续发展，本试验采用冷弯薄壁型钢（C型钢）与泡沫混凝土（硫铝酸盐水泥）组合结构来研究型钢开孔对粘结滑移规律的影响。

1 试验概况

1.1 试件设计及制作

本试验主要是研究型钢开孔直径、孔间距、空位置对泡沫混凝土粘结滑移性能的影响。主要以孔直径、孔间距、孔个数以及开孔的位置为主要变化参数，同时保证泡沫混凝土强度、混凝土保护层厚度、横向配箍率为不变量，设计了33个型钢泡沫混凝土推出试件。另外还制作了4个无措施的对比试件。（试件形式见图1，设计参数见表1）。

图1 试件界面尺寸

图2 推出试件

表1 试件设计参数

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2 实验结果与分析

2.1 实验过程

在一定荷载作用下，上端和下端均无滑移产生。当荷载增加到极限荷载的40%～75%时，型钢开始微小的滑移，其侧面会出现微小的裂缝；随着荷载的增加，型钢滑移逐渐缓慢的增加，裂缝宽度也随着加宽，随着荷载的增加试件形成劈裂破坏且发展迅速，从上端到下端会形成新的细小分支裂缝，且在下端较多，裂纹像一棵倒置的大树。当荷载增加至极限荷载后，突然出现跌落现象；此时荷载会迅速下降，但是加载端的滑移继续增加，随着加载端滑移迅速增加，荷载下降却相对缓慢，最后作用力基本平衡，滑移逐渐增加，荷载会围绕某一值上下波动。此过程中裂纹发展迅速，已有裂纹迅速延伸，裂纹宽度逐渐增大，由于各分支裂缝的发展，侧面裂缝相互贯通，且裂缝面局部出现混凝土剥落，随着型钢大部分压入混凝土中，试件裂缝发展完全，试件的纵向劈裂裂缝的最大宽度达到2～8mm，当型钢进入40mm时，实验基本结束。

2.2 荷载—滑移曲线及其特征

通过荷载加载装置与布置在加载端的位移计，可以准确的测量到推出试件的荷载—滑移曲线，如图3所示。这种类型主要出现在锚固长度较短的试件中，它的特点是在较大荷载（60%—90%极限荷载）作用下，产生初始滑移，残余阶段的荷载相对于初始滑移荷载稍低。

图3 P-S曲线的主要形式

试件的整个受力过程大至以分为以下5个阶段[2]：

(1)无滑移阶段：加载初期，加载端不发生明显的滑移，其中对型钢混凝土粘结起主要作用的是化学胶结力。

(2)滑移阶段加载至一定的荷载时，加载端发生滑移，加载端的滑移发生的较缓慢，曲线表现一定的非线性。

(3)破坏阶段：随着荷载的逐步加大， 加载端滑移发展加快，自由端开始滑移，当荷载接近极限荷载时，加载端突然出现纵向裂缝，并伴随着“咔擦”一声，荷载达到极限荷载，出现微裂缝。

(4)下降阶段：荷载达到极限荷载后，加载端滑移迅速增加，裂缝全面开展，裂缝宽度也逐渐加大。

(5)残余阶段：滑移达到一定长度后，荷载不再继续降低，保持在一定的荷载水平上。

2.3 裂缝形态及其发展过程

2.3.1 试件的开裂时刻

在推出试验中，裂缝主要是出现在极限荷载之前，并出现在试件的加载端，然后随着加载端的增加，裂缝向自由端迅速发展，形成纵向劈裂裂缝(见图4)。

2.3.2 破坏时裂缝的主要形态

根据实验加载端和裂缝的不同的特征，试件主要呈现相识的裂缝形态(见图4)。主要是劈裂裂缝形式。裂缝主要C型钢四个角开始一般沿大致45度角方向向外扩张，同时C型钢内部泡沫混凝土发生破坏，进而在试件表面形成裂缝。随着滑移的增加，裂缝宽度逐渐增加，最后达到2—8mm的裂缝，这种裂缝出现在大部分试件中。其中部分形成通长的表面裂缝，造成中间部位裂缝膨胀，随着滑移的增加，膨胀部位发生剥落；由于试件保护层厚度不是特别的厚，试件表面裂纹非常明显。

图4 试件的裂缝形态（上表面及侧面）

2.4 滑移测试的结果

由位移计测得的C型刚泡沫混凝土的滑移与荷载的关系曲线（见上图3）。可以得出：荷载加载初期，整个C型钢均不发生任何滑移，表现为加载端向自由端逐渐渗透的过程；随着荷载的增加，加载端部首先开始滑移，随着荷载继续增加，滑移值也逐渐增加，但是速度较缓慢，但当加载到极限荷载时，整个C型钢均开始滑移。进入卸荷阶段后，荷载下降很快，但是滑移继续增加；荷载下降一段距离后，滑移开始较均匀增加，此时进入残余阶段，滑移继续增加但是荷载几乎不变，在某一值上下波动。

3 对比试验结果

根据33个型钢泡沫混凝土和4个标准试件的荷载-滑移曲线进行综合对比。对比试验的主要结果如下表（表5）。可以直观的看出开孔直径、开孔间距、开孔个数、开孔位置对C型钢泡沫混凝土粘结滑移性能的影响。

图5 开孔对C型钢泡沫混凝土粘结滑移影响的对比曲线

4 结论

（1）通过试验得出型钢表面开孔明显地提高了型钢与泡沫混凝土之间的粘结滑移性能。

（2）根据33个C型钢推出试件的实验结果，对P-S曲线进行综合分析，划分了试件受力过程的5个受力阶段。总结了试件的主要裂缝形态。

（3）通过4个对比试件结果表明，腹板和翼缘开孔能明显提高型钢和泡沫混凝土之间的粘结滑移性能。腹板和翼缘相比，在短柱的推出试验中，腹板开孔对型钢泡沫混凝土的粘结滑移性能影响会更明显。

[1] 赵鸿铁.钢与混凝土组合体.北京：科学出版社，2001. 77～226.

[2] 薛建阳，杨勇，赵鸿铁，型钢混凝土构件粘结滑移性能试验及其分析[J].工业建筑。2005.35.142-146.

[3] 杨勇.型钢混凝土粘结滑移基本理论及应用[D].西安建筑科技大学，2003.*国家自然科学基金资助项目（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

刘殿忠；男；吉林建筑大学教授