钢-GPC栓钉连接界面抗剪性能.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月福建工程学院学报 :钢 栓钉连接界面抗剪性能郑莲琼,章超勇(福建工程学院 土木工程学院,福建 福州;福州市绿色建造与建筑工业化行业技术创新中心,福建 福州)摘要:为探究钢地质聚合物混凝土(,)栓钉连接的界面抗剪性能,对 组栓钉连接的钢混凝土试件进行推出试验,分析其破坏模式、荷载滑移曲线、抗剪承载力以及延性等力学性能,得到混凝土类型、抗压强度以及栓钉直径对界面黏结性能的影响规律。结果表明:试件中栓钉表现出剪断破坏,与普通混凝土试件破坏形态一致,翼板无明显裂缝,整体性较好;栓钉抗剪承载力与普通混凝土栓钉试件相近,刚度偏低,但具有更好的延性;提高 抗压强度和栓钉直径可有效提高栓
2、钉的抗剪承载力和刚度。基于实测结果,提出栓钉连接的钢 抗剪承载力计算公式和界面黏结滑移本构模型。关键词:;推出试验;抗剪承载力;黏结滑移中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):(),;,;,:();收稿日期:基金项目:福建省自然科学基金项目()第一作者简介:郑莲琼(),女,福建福清人,教授,博士,研究方向:组合结构。地质聚合物混凝土(,简称)具有绿色低碳、早强快硬、结构致密、耐久性好以及耐高温等优点,但在相同抗压强度下,与普通混凝土相比,弹性模量和断裂性能偏低,在受拉情况下具有更明显的脆性。钢混凝土组合梁是由抗剪连接件将钢梁和混凝土组合而成的结构,将 应用于组合梁的受压翼板中,可充
3、分利用 良好的受压性能,避免其受拉脆性较大等缺点;同时 具有优越的界面黏结性能,预期通过抗剪连接件能够很好地与钢福建工程学院学报第 卷梁形成整体共同受力。栓钉作为钢混凝土组合梁中重要的抗剪连接件,是组合梁协同工作的关键,由于 材料属性与普通混凝土的差异,会造成 翼板通过栓钉连接件与钢梁的协同工作机理不同,因此,开展基于栓钉连接的钢界面力学性能研究十分必要。目前,国内外学者通过大量推出试验发现栓钉直径、长径比、极限强度以及混凝土强度等是影响栓钉连接界面抗剪性能的主要因素,并提出普通混凝土中栓钉抗剪承载力计算公式和界面黏结 滑移本构。部分学者对钢与轻骨料混凝土、超高性能混凝土、高延性纤维增强水泥基
4、复合材料以及橡胶混凝土中栓钉抗剪性能进行了研究,而对栓钉连接的钢 界面抗剪性能的试验和理论研究较少。本文通过推出试验探究栓钉连接的钢 界面抗剪性能,并提出 中栓钉的抗剪承载力计算公式和界面黏结滑移模型,为 应用于组合梁结构提供理论依据。试验研究 试件设计按文献设计 组推出试件,其中一组为普通混凝土对比试件,研究栓钉直径()、立方体抗压强度()对 中栓钉连接件抗剪承载力和钢 界面力学性能的影响规律,各组试件参数如表。试件编号:开头 个字母代表混凝土类型(代表地质聚合物混凝土,代表普通混凝土);数字、分别代表、;第一个“”后数字代表栓钉直径;最后数字、代表每组参数制作 个试件。表 试件参数 编号混
5、凝土类型 续表编号混凝土类型 如图 推出试件选用 规格的型钢;在型钢翼缘分别焊接 根栓钉后两侧与配筋混凝土板连接;栓钉长 ,材质为,横向间距 ;混凝土板尺寸为 ,板内双向按间距 布置直径为 的 钢筋;留出钢梁向下滑移的空间。配合比及实测试验时 的立方体抗压强度、轴心抗压强度 和弹性模量 等力学性能如表,实测钢材屈服强度、极限强度、弹性模量 和泊松比 等力学性能指标如表。图 推出试件尺寸(单位:)(:)试验加载与测试为确保试件受力均匀,在试件顶端放置 的矩形钢板,并在试件底部铺设一层细沙,加载装置如图 所示。第 期郑莲琼,等:钢 栓钉连接界面抗剪性能表 混凝土配合比及力学性能 混凝土类型配合比(
6、)碱激发剂(水)粉煤灰矿渣水泥砂石力学性能 表 钢材力学性能 材质 钢材 栓钉 栓钉 钢筋 加载程序分为预加载和正式加载。预加载采用位移控制,以 的速度加载至,(,为极限荷载,按文献中栓钉抗剪承载力公式计算)后卸载,重复 次,消除钢材与混凝土自然黏结力的影响,确保试件与试验装置各个部位接触良好,并检查位移计和力传感器等设备是否正常工作。待各项工作都符合要求后正式加载,采用位移控制,以速率 加载直至试件破坏。在试件栓钉高度处前后对称布置 个位移计测量钢 翼板界面的相对滑移,在试件顶端放置力传感器,从而获得试件的荷载滑移曲线。图 加载装置 试验结果分析 试验现象和破坏形态各试件加载过程试验现象及破
7、坏形态相近,以试件 为例,受荷初期荷载增长速率较快,几乎没有滑移;继续加载至(为试件实测极限荷载)左右,栓钉根部达到屈服,开始产生塑性变形,荷载增长速率变缓而滑移增长速率加快,伴有混凝土挤压的声音;在经过塑性段的缓慢发展,荷载逐渐接近峰值,试件突然发出巨大的剪断声,一侧混凝土板中的栓钉断裂,导致混凝土板与型钢分离并向一侧倾斜,试件失去承载能力。试件均为栓钉剪断破坏,与普通混凝土试件破坏模式一致,如图()所示。试验结束后观察钢梁翼缘面,没有出现明显的焊缝破坏,表明栓钉焊接质量良好,如图()所示。观察混凝土翼板面,普通混凝土翼板面除了栓钉根部下方存在局部破损,还出现多条横向裂缝,而 板则没有明显裂
8、缝,栓钉之间区域整体性较好;相比普通混凝土破损区域,板的破损区域面积更小,表面保持良好的整体性,表明地质聚合物与骨料的黏结性更强。随着 强度的提高,板面更平整密实,栓钉下方压溃的面积也较小;当栓钉直径增大时,破损面积增大,表明栓钉直径的增大对混凝土挤压力更大。不同参数下 翼板面破坏如图()所示。荷载滑移曲线图 给出各组试件的荷载()滑移()曲线。可见各组试件的荷载滑移曲线趋势一致,以试件 曲线为例,加载初期试件处于弹性阶段,荷载增长速率快而相对滑移很小,曲线近似直线,试件抗剪刚度较大;继续加载至时进入塑性阶段,荷载增长速率变缓,相对滑移增长速率加快,非线性特征明显,试件刚度逐福建工程学院学报第
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