理论教育 可恢复波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

可恢复波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,针对平钢板-混凝土的黏结滑移研究文献甚少,工程中大都在平钢板表面布置栓钉以增强混凝土与平钢板的连接组合作用。寻求钢板与混凝土的组合受力机制成为亟须解决的科学问题。对于波角为钝角的波形钢板-混凝土,黏结应力随着波角的增大而增大。

可恢复波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

目前,针对平钢板-混凝土的黏结滑移研究文献甚少,工程中大都在平钢板表面布置栓钉以增强混凝土与平钢板的连接组合作用。有研究认为,埋入式钢板-混凝土的界面抗剪强度低于钢管-混凝土结构及型钢-混凝土结构中的钢-混凝土界面黏结强度,且钢板表面喷砂后与混凝土组合后的界面抗剪承载力大约是无锈蚀、表面光滑的钢板情况的2倍[44]。2011年,Yong-Hak[45]基于Mohr-Coulomb钢-混凝土界面开裂与能量释放的关系准则,提出黏结滑移本构模型能反映塑性流动理论,并建立了试件发生滑移后的滑动摩擦参数。2016年,王威[46]对内配钢板RC剪力墙进行了抗剪承载力数值模拟分析,并考虑了钢板与混凝土界面间的黏结滑移,引入了黏结系数的概念,将现有的抗剪承载力公式进行了修正,计算结果与试验值吻合较好。研究了拉结筋、抗剪连接件和栓钉对内配钢板RC剪力墙抗震性能的影响[47-49]。同时研发了一种量测钢板与混凝土界面滑移的传感器[50]

工程中为了确保混凝土与平钢板的协同作用,需要布置大量的拉结筋并在钢板表面焊接抗剪连接件,从而增大了工程造价。寻求钢板与混凝土的组合受力机制成为亟须解决的科学问题。波形钢板(Corrugated Steel Plate)是指将平钢板通过冷压或热轧成为梯形、正弦波形或Z字形的钢板件[51]。波形钢板由于具有较大的面外刚度和垂直于波棱方向的收缩性(亦称手风琴效应)的特殊截面性质,目前在组合楼板、剪力墙、箱形桥梁钢腹板中已有诸多研究和应用[52]。波形钢板与混凝土之间的作用力主要由以下3部分组成[53]:①化学胶着力。混凝土浇筑成型时,水泥砂浆体积元会在钢板表面产生张力,此张力与钢板表面的水泥砂浆体积元自重形成平衡关系。混凝土在振捣过程当中,水泥砂浆在扰动力的激励下向钢板表面氧化层渗透。在振捣、养护一系列过程中,水泥砂浆体结晶硬化形成化学胶着力。化学胶着力的影响因素有混凝土强度、混凝土保护层厚度、横向配箍率、波形钢板表面状况、试件浇筑方式等。②摩擦阻力。当试件发生黏结滑移后,水泥砂浆结晶体被剪切破坏,化学胶着力进而损失殆尽。同时,波形钢板与混凝土界面间存在正压力摩擦系数,进而产生摩擦阻力。影响摩擦阻力的因素有混凝土级配、波形钢板几何形状及表面状况、荷载情况、保护层厚度等因素。③机械合力。波形钢板波角处、波脊尖端处、粗糙不平的波形钢板表面和钢板表面焊接的栓钉与混凝土的相互咬合嵌固构成了机械咬合力。

马梁[54]进行了压型钢板-混凝土组合楼板剪切黏结试验研究及性能分析,研究了开口和闭口2种板型的压型钢板-混凝土组合楼板在剪跨、钢板厚度、栓钉、混凝土板厚等因素影响下的受力性能,描述了各组合楼板试件在试验加载过程中的破坏形态,分析其剪切黏结性能,并根据规范给出了适合工程应用的计算公式。其试验加载装置如图1.17所示。

图1.17 试验加载装置示意图

史庆轩等[55]通过考虑剪跨比、组合楼板高度、压型钢板厚度、剪力连接件的形式和混凝土强度等因素对压型钢板-混凝土组合楼板进行了4点集中加载试验。结论指出:压型钢板混凝土组合楼板界面间的剪切黏结强度,与压型钢板的面积呈线性关系而与钢板强度无关;组合楼板的破坏,受剪跨的影响比较明显,长剪跨受弯曲控制,短剪跨受剪切黏结控制;剪跨越小,试件极限承载力越高,同时钢板厚度较大的组合板滑移较大,与剪跨比没有明显关系。同济大学蒋首超[56]通过推出试验直观地研究了压型钢板-混凝土在常温、100℃、150℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃状态下的黏结性能,试验结果表明,黏结强度与温度呈对数分布。

波形钢板与混凝土的界面黏结滑移的研究大都以压型钢板-混凝土组合楼板为研究对象,虽然得出了组合楼板纵向剪切承载力计算公式,但只是简单地分析了剪切黏结强度影响因素,没有得出黏结滑移本构关系的量化研究。拉拔试验和推出试验是研究组合结构黏结滑移最直观的试验方法,黏结滑移曲线是表征组合结构界面黏结力学性能的有效准则。(www.daowen.com)

2018年,王威等[57-58]进行了波形钢板-混凝土界面间黏结滑移力学性能研究,根据弹性力学理论推导了波形钢板与混凝土拉拔(推出)试验中各自的应力、位移、滑移的理论公式,研究了基于推出试验的波形钢板-混凝土黏结滑移的试验方法。根据试验结果,建立了黏结强度与波角的计算公式。对于波角为钝角的波形钢板-混凝土,黏结应力随着波角的增大而增大。根据试验结果,得出了波形钢板-混凝土界面黏结力理论公式中的特征值系数,并与试验得出的等效黏结应力做对比,发现两者吻合很好,表明波形钢板-混凝土基于弹性力学的黏结应力理论计算公式具有精确性。其加载装置如图1.18所示。

图1.18 试验加载装置示意图

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