型钢混凝土粘结滑移性能研究综述

翟江棚 石丹丹 曾 勇 张肖煜 付校龙

(河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)



型钢混凝土粘结滑移性能研究综述

翟江棚 石丹丹 曾 勇 张肖煜 付校龙

(河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)

分析了SRC结构粘结滑移的研究现状，从混凝土强度、保护层厚度、剪切连接件、横向配箍率等方面，阐述了型钢混凝土粘结性能的影响因素，并介绍了该结构粘结强度的计算方法，为今后类似问题的研究提供了依据。

型钢混凝土，粘结滑移性能，保护层，粘结强度

0 引言

型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete，SRC)结构由型钢、箍筋、纵向受力钢筋组成，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。按混凝土的填充方式，可分为型钢外包混凝土和部分包裹混凝土，承载能力、刚度大以及抗震性能好的优点使其被广泛应用于高层及超高层建筑中。

在高层和超高层建筑的SRC结构中，钢与混凝土中的粘结作用使结构上的竖向荷载通过剪力传递的方式传递到混凝土中，使得型钢与混凝土都承受力。当型钢与混凝土之间产生局部滑移时，横截面已经不再符合平截面假定，当整体滑移超过一定值时，型钢与混凝土粘结失效，构件或结构破坏。型钢与混凝土中足量的粘结作用可以使剪力互相传递、混凝土的承压能力得到充分发挥。

型钢混凝土的粘结滑移性能对其组合结构发挥结构优势有重要影响，研究型钢混凝土粘结滑移性能有助于优化结构设计，使SRC结构得到推广。

1 SRC结构粘结滑移研究现状

两者之间的粘结作用是型钢与混凝土能够共同作用的必要条件。SRC结构工作时，在混凝土与型钢的接触面上会发生相对滑移。因此型钢与混凝土两种材料之间的粘结滑移性能就成为了SRC结构理论中最重要的探讨方向。自20世纪50年代以来，由于SRC结构的发展和应用，专家学者们也逐渐开展了关于SRC结构粘结性能的试验研究。

钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能已经被国内外研究人员探讨的较为深入，也取得了一定的科研成果，但是科研人员很少研究型钢与混凝土的粘结性能[1]。早期成熟的粘结滑移研究成果可以为型钢与混凝土的粘结性能研究提供基础。

1.1 钢板—混凝土粘结强度的研究

1950年，坪井善勝等[2]考虑了混凝土强度等四个影响因素，并运用钢板拉拔试验研究了型钢与混凝土两种材料之间的粘结性能，最终通过试验得出了型钢混凝土粘结强度较低的结论。学者李红[3]考虑了横向配箍率等4个因素的影响，对17个钢板拉拔梁式试件的试验数据进行统计回归分析，提出了SRC结构粘结强度的计算公式，得到钢板—混凝土之间的粘结强度等同于60%的光圆钢筋—混凝土试件的强度结论。

1.2 型钢—混凝土粘结强度的研究

早在1962年，Bryson和Mathey[4]采用了压入试验研究了型钢表面状况及翼缘宽度对SRC结构粘结强度的影响。Hawkins[5]在1973年对SRC结构进行了压入试验，其考虑了型钢的截面尺寸等3个因素对SRC结构粘结性能的影响。1984年，Roeder[6]通过考虑粘结应力沿型钢长度上的变化等因素对型钢混凝土粘结强度进行了研究。为了测得粘结应力，Roeder在型钢翼缘上布置具有一定间距的电阻应变片，通过型钢应变片数据得到型钢翼缘粘结应力分布规律。Richard[7]通过对试验数据的计算分析，提出了计算型钢混凝土压入试验局部破坏荷载和极限荷载的方法。Hunaiti[8]等于1991年设计了135个槽钢混凝土组合柱，考虑龄期、温度等因素对型钢与混凝土粘结性能的影响。

国内学者对SRC结构粘结滑移性能研究也做出了很大的贡献。孙国良等[9]采用压入试验和推出试验的试验方法，通过对栓钉个数和位置等因素的研究，得到其对粘结强度的影响程度，对SRC结构的柱端部轴力传递性能进行了研究。肖季秋等[10]对9个推出试件进行了试验研究，分析了影响SRC结构粘结强度的因素，并给出了粘结—滑移曲线。湖南大学学者刘灿等[11]总结了前人经验，并结合6个压出试件的试验结果，提出了粘结应力沿型钢粘结长度方向的计算公式。西安建筑大学杨勇[12]通过大量的试验研究和理论分析，得到粘结力、滑移关系。

2 型钢混凝土粘结性能主要影响因素

20世纪中期以来，SRC结构的粘结滑移性能已经被国内外学者研究的较多，但是研究的还不够深入，没有达到专业内的共识以及没有成熟的理论，关于对SRC结构粘结滑移性能的主要影响因素方面的研究还存在着分歧。

1)混凝土强度。

一些研究人员指出型钢与混凝土之间的粘结强度被混凝土强度影响程度较大，即粘结强度会随着混凝土强度的增大而增大的较为明显，一些学者还通过试验研究与理论分析得到了混凝土强度与粘结强度的数学关系表达式。但是也有些学者通过研究指出，混凝土强度对型钢混凝土粘结强度影响不大。

2)保护层厚度。

学者孙国良指出，随着混凝土保护层厚度的增加，粘结强度也会增大。但当混凝土保护层厚度比所谓的临界保护层厚度大时，混凝土粘结强度就不会发生较大变化。

3)剪切连接件。

关于剪切连接件能否增强粘结强度这个问题，不同的学者通过试验得到了截然不同的结果，一些学者指出剪力连接件可以提高粘结强度，并给出了两者之间的计算公式。但Roeder[13]曾提出剪力连接件的设置不仅不能增强粘结强度，相反还会削弱型钢混凝土的粘结强度，降低构件的延性。Roeder对此也给出了解释，他认为在受力过程中，剪力连接件会发生变形，加剧混凝土的失效。

4)横向配箍率。

大多数试验结果表明，在型钢混凝土发生滑移前，横向配箍率对其粘结强度的提高没有很明显的影响，但却能极大地提高滑移后强度。但是关于横向配箍率对SRC粘结强度的影响，并没有建立明确的关系。

除了上文所提到的，浇筑方式、型钢锚固长度、型钢表面状况等也会对型钢混凝土的粘结滑移性能有一定程度的影响。

3 粘结强度的计算

当Css≤0.60d时，初始滑移粘结强度、极限粘结强度、水平残余粘结强度与保护层厚度、型钢截面高度、型钢埋置长度、混凝土抗拉强度以及横向配箍率均有关系。

当Css≤0.60d时，初始滑移粘结强度、极限粘结强度、水平残余粘结强度与保护层厚度无关。

4 结语

SRC中型钢与混凝土共同工作，国内外对于SRC结构研究较为重视，且各国的设计计算方法的不同是由于国情以及研究点不同，同时他们都避开了粘结滑移问题，缺乏较为深入的研究，导致计算方法没有考虑粘结滑移，只采用修正过的平截面假定。与此同时，国内外的研究对影响SRC结构粘结性能的主要因素的确定还存在很大的分歧，还需要相关学者进行进一步研究。

SRC结构的粘结滑移本构模型的确定是进行SRC结构理论研究与数值分析的基础，由于型钢与混凝土的局部相对滑移较难测量，导致只能用平均粘结应力与加载端、自由端滑移的关系作为数值分析的粘结滑移本构关系，这种关系无法反映其实际情况。因此，需要建立一套完善的粘结滑移本构关系。

[1] 赵鸿铁,杨 勇,薛建阳,等.型钢混凝土粘结滑移力学性能研究及基本问题[J].力学进展,2003,33(1):74-86.

[2] 坪井善勝,若林実.鉄骨鉄筋コンクリートに関する実験的研究[J].日本建筑学会论文报告集第57号，1956(7)：549-552.

[3] 李 红,安建利,姜维山.型钢与混凝土粘结性能的试验研究[J].哈尔滨建筑大学学报,1993(S1):214-223.

[4] Bryson J O,Mathey RG.Surface Condition Effect on Bond Strength of Steel Beams in Concrete[J].Journal of ACI,1962,59(3):397-406.

[5] Hawkins N M.Strength of Concrete Encased Steel Beams[J].Institution of Engineers Civ Eng Trans,1973,15(1)：39-46.

[6] Roeder C W.Bond Stress of Embedded Steel Shapes in Concrete[C].Composite and Mixed Construction.ASCE,2010:227-240.

[7] Furlong R.Binding and Bonding Concrete to Composite Columns[C].Composite and Mixed Construction.ASCE,2015:330-336.

[8] Hunaiti Y M.Bond Strength in Battened Composite Columns[J].Journal of Structural Engineering,1991,117(3):699-714.

[9] 孙国良,王英杰.劲性混凝土柱端部轴力传递性能的试验研究与计算[J].建筑结构学报,1989,10(6):40-49.

[10] 肖季秋,钟树生,邹良明.劲性钢筋混凝土粘结性能的试验研究[J].四川建筑科学研究,1992(4):2-6.

[11] 刘 灿,何益斌.劲性混凝土粘结性能的试验研究[J].湖南大学学报(自科版),2002(S1):168-173.

[12] 杨 勇.型钢混凝土粘结滑移基本理论及应用研究[D].西安:西安建筑科技大学,2003.

[13] Roeder C W,Chmielowski R.Shear Connector Requirements for Embedded Steel Sections[J].Journal of Structural Engineering,1999,125(2):142-151.

Study on bond-slip performance of steel reinforced concrete

Zhai Jiangpeng Shi Dandan Zeng Yong Zhang Xiaoyu Fu Xiaolong

(CollegeofCivilandTransportationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

The paper analyzes the research on the bond slip of SRC structure, illustrates the influential factors of the steel concrete bond performance from the concrete strength, thickness of protective layer, shearing connection member, horizontal stirrup reinforcement ratio, and introduces the calculation methods for the bond strength of the structure, so as to provide some reference for the study on similar problem.

steel concrete, bond slip performance, protective layer, bong strength

1009-6825(2017)15-0043-02

2017-03-13

翟江棚(1995- )，男，在读本科生； 石丹丹(1996- )，女，在读本科生； 曾 勇(1993- )，男，在读本科生； 张肖煜(1996- )，女，在读本科生； 付校龙(1996- )，男，在读本科生

TU375

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