李雅珂 高超歌 魏献涛

摘要：本文主要通过研究国内外有关型钢混凝土的试验来对型钢混凝土的粘接滑移机理进行理论分析，着重阐述了型钢混凝土的粘接滑移的基本问题、理论研究、粘接滑移本构关系及其粘接锚固问题。本文为型钢混凝土粘接滑移问题提供了有效参考，为以后的工程设计及理论研究提供了便利。

Abstract： This paper mainly analyzes the bonding slip mechanism of steel reinforced concrete by studying the test of steel reinforced concrete at home and abroad， and focuses on the basic problems of the bonding and slippage of the steel reinforced concrete， the theoretical study of the adhesive slip constitutive relation and the problem of its bonding and anchoring. This paper provides an effective reference for the bond slip of steel reinforced concrete， and provides convenience for future engineering design and theoretical research.

關键词：型钢混凝土；粘接滑移；理论研究

Key words： steel reinforced concrete；bonding and slippage；theoretical research

中图分类号：TU398.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）10-0150-03

1 型钢混凝土粘接滑移性能的研究意义

型钢混凝土结构是指在混凝土中配置型钢的同时也配置有构造钢筋和受力筋的一种组合结构形式。型钢混凝土结构在工程中使用具有明显的优势。与钢结构相比，型钢与混凝土共同承担荷载，减少了钢材的使用，降低成本，混凝土包裹型钢使构件刚度变大，对型钢起到了良好的约束作用，构件整体性和稳定性的到显著提高，在大跨度结构中满足位移要求，不易发生失稳破坏，在这样的结构下，有效的改善钢结构的防火防腐蚀性能，提高了耐火性和耐久性。与混凝土结构相比，具有承载力高、变形能力强、抗震性能好等优点，并且便于施工。

根据型钢截面的不同，型钢混凝土结构共分为两大类：实腹式和空腹式。由于实腹式型钢混凝土整体性较强，在加工和运输的过程中更为便利，因而被广泛的运用于抗震结构中。空腹式型钢混凝土整体性不强，没有良好的抗震性能，在现场施工的过程中不易控制工程质量，故很少使用。常用梁柱截面的示意图如图1所示。

型钢与混凝土共同工作的前提是二者具有良好的粘接能力。目前在国内外有关于型钢混凝土粘接滑移的研究表明，在实腹式型钢混凝土中设置剪力连接件能够有效地提高构件的承载能力，在加载直至破坏的过程中，型钢与混凝土基本可以保持共同工作，而没有设置剪力连接件的结构在受力达到极限荷载的80%之前，二者可协同工作，在受力达到极限承载力的80%以后，型钢与混凝土发生相对滑移，二者不能协同工作。但是剪力连接件的使用，增大了施工难度，延长工期，提高了工程造价，不能很好地满足最优化的施工理念，所以研究型钢混凝土的粘接滑移性能，使二者的协同作用得到最大的发挥，减少或避免剪力连接件的使用是很有必要的。型钢与混凝土结构的构成示意图如图2所示。

随着有限元法的发展和完善，关于型钢混凝土粘接滑移问题也有了新的研究方法。型钢混凝土的粘接滑移是影响型钢混凝土构件的受力性能、承载能力，破坏形态、变形及裂缝产生的主要因素。在实际应用中，将型钢混凝土按钢筋混凝土来计算或者仅将混凝土作为型钢的保护层来计算时都忽略了型钢与混凝土之间的共同作用，会产生不安全因素或造成浪费，所以选择合理的粘接单元对型钢混凝土粘接的数值模拟十分重要。

2 粘接滑移机理分析

型钢与混凝土之间的粘接与钢筋与混凝土之间的粘接是类似的，分为化学胶结力、摩阻力、机械咬合力三部分，如图3所示。在型钢与混凝土发生相对滑移之前，化学胶结力起主要作用，当型钢与混凝土发生相对滑移之后，化学胶结力退出工作，摩阻力和机械咬合力发挥作用。

2.1 基本概念

①平均粘接强度。在实验中，我们通常取外加荷载与型钢混凝土接触面的面积的比值来作为平均粘接强度，取极限荷载与型钢混凝土接触面积的比值作为粘接强度。实际的粘接强度是随型钢的埋置长度不断变化的，但计算起来较为复杂，为了便于计算通常采用平均粘接强度。

②局部最大粘接强度。由于粘接强度随型钢埋置长度不断变化，局部最大粘接强度即为局部最大粘接应力，是判定裂缝开展的控制值，是计算开裂荷载的重要指标。

③残余粘接强度。在型钢与混凝土发生相对滑移，化学胶结力退出工作以后，摩阻力和机械咬合力开始工作，粘接强度不再随着型钢与混凝土的相对滑移而降低，这一残余值称为残余粘接强度。

④粘接滑移本构关系。在型钢与混凝土出现相对滑移之后，两种材料的表面均产生裂缝，其破坏机理较为复杂，接触面的应力状态也较为复杂。为了便于研究，通常将型钢周围这一具有复杂变形的滑移层看做两种材料之间的相对滑移，并根据粘接滑移S与粘接应力？子的对应关系，建立型钢混凝土粘接滑移本构关系，简称为粘接滑移的？子-S关系。粘接应力为型钢与混凝土接触面的剪应力，滑移则指接触面上相对位置所产生的相对滑移。

2.2 影响粘接滑移的基本因素

①混凝土强度等级。

研究表明，影响型钢混凝土粘接强度与混凝土强度等级有关。这是因为在型钢混凝土粘接滑移中，化学胶结力起主要作用，而增大混凝土的强度等级，会使其抗拉强度随之升高，增强了混凝土的抗裂性能，从而提高了粘接强度。混凝土在一定的强度等级之内，粘接强度随混凝土强度等级的提高而提高，在混凝土超过某一强度值后，脆性开始大幅增加，两种材料的接触面之间更易形成裂缝，起到了相反的作用。

②混凝土保护层厚度。

混凝土保护层在一定范围内，其凝固收缩会对型钢表面产生压应力，相当于在型钢表面施加了横向约束，增大了型钢与混凝土表面的摩擦，但當保护层的厚度超过60mm后，粘接强度不再随着混凝土保护层厚度的增大而增大。

③型钢锚固长度。

型钢在混凝土中埋置长度越长，二者的接触面越大，粘接强度也越大。当型钢的埋置长度超过540mm，并受到较大的外加荷载时，型钢已经发生屈服，若此时再增大型钢锚固长度是不会对粘接滑移强度产生影响的。当型钢的埋置长度小于340mm，发生相对滑移时极易造成贯通裂缝，粘接滑移作用迅速失效，加剧了型钢混凝土构件的破坏。

④配箍率。

在型钢混凝土两种材料发生相对滑移之前，化学胶结力起主要作用，配箍率在此时的影响并不大。当二者发生相对滑移，摩阻力和机械咬合力发生作用时，提高配箍率可以有效地减缓裂缝的发生，增加对混凝土的约束，从而增大二者之间的粘接强度。通常取配箍率不低于0.3%。

⑤型钢表面状况。

型钢表面状况是影响摩阻力和机械咬合力的重要因素之一，对残余粘接强度产生影响，通常采用现场喷砂和喷砂后生赤锈的方式对型钢表面进行处理。

3 粘接滑移本构关系

粘接作用在型钢混凝土中引起的应力作用是十分复杂的，在计算中我们主要考虑延锚固长度的型钢和混凝土的纵向应力、应变、相互作用。

很多实验表明，相比于翼缘来说，腹板的粘接滑移作用可以忽略不计，即，这一做法通常导致得到的粘接滑移本构关系不精确，给实际工作带来了困难。将型钢腹板与翼缘分别考虑，能更好地研究型钢混凝土粘接滑移的性能。

4 总结

研究型钢混凝土粘接滑移滑移问题，不断地解决和完善型钢混凝土在应用及制定规范中所遇到的问题，为型钢混凝土结构更好地发展提供基础，在实际工程应用中使其更好地发挥自身的优良性能，为建筑事业提供新的可能。

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