劉福生

摘要：本文從理論角度對型鋼混凝土粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了分析，采用ANSYS軟件對型鋼混凝土短柱的受力性能進(jìn)行非線性有限元數(shù)值分析。在分析過程中，首先考慮型鋼與混凝土之間無滑移，得到型鋼混凝土加載端荷載位移曲線；然后在此基礎(chǔ)上，采用由ANSYS程序單元庫中非線性彈簧單元combination39組成的連接單元模擬型鋼與混凝土在不同部位上的界面相互作用，結(jié)合文獻(xiàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對型鋼混凝土的粘結(jié)滑移性能進(jìn)行數(shù)值模擬，得到型鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線和粘結(jié)應(yīng)力分布曲線，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土；粘結(jié)滑移；連接單元；弧長法

一、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀及工作原理

近30年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，很多大城市興建了大量的高層建筑，但多數(shù)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；隨著高層建筑的增多，鋼筋混凝土構(gòu)件截面的尺寸顯得過大，占據(jù)了較多的使用面積，已影響到建筑使用功能的充分發(fā)揮。隨著建筑用途的多樣化，多功能綜合性大樓的出現(xiàn)，建筑底部多個樓層要求具有較大的使用空間，以及建筑上、下段不同結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換，單一鋼混混凝土結(jié)構(gòu)已不再適用。近10年來，北京、上海、廣州、福州、深圳等城市興建的高層建筑，已較多的采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、剛度大以及良好的延性及耗能性能，由型鋼混凝土組成的結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。而這些良好的性能都是以型鋼與混凝土共同工作為前提的。大量研究資料顯示，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)作用和設(shè)置剪切連接件是保證型鋼混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中型鋼與混凝土共同工作的基礎(chǔ)，是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)承載受力的前提，正是由于型鋼混凝土之間的粘結(jié)作用，型鋼才能與混凝土共同工作、共同承擔(dān)荷載，組成一種真正的“組合”結(jié)構(gòu)（見圖1.1）。

國內(nèi)外有關(guān)試驗(yàn)研究表明，設(shè)置剪切連接件的SRC構(gòu)件，從加載到構(gòu)件破壞，基本能夠保證整體共同工作的性能；未設(shè)置剪切連接件的構(gòu)件，在荷載達(dá)到極限荷載的80%之前，可以保證型鋼與混凝土的共同工作，在80%極限荷載之后，型鋼與混凝土之間產(chǎn)生相對滑移，變形不再協(xié)調(diào)一致。但是加設(shè)剪切連接件會對施工造成很大不便，延長施工工期，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。因此合理的確定型鋼混凝土的粘結(jié)性能，在設(shè)計(jì)中采取合理的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，減少剪力連接件的布置，將會使型鋼混凝土的設(shè)計(jì)更加優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)。

型鋼與混凝土之間的粘結(jié)作用是直接影響型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力性能、破壞形式、計(jì)算假定、構(gòu)件承載力等的主要因素。同時，有限元的發(fā)展和完善，為各種復(fù)雜的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的分析提供了新的手段，但是也相應(yīng)的提出了一些急需解決的問題，其中之一就是型鋼與混凝土的粘結(jié)問題。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)模擬相似，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)模擬也非常重要，主要表現(xiàn)在建立合理的粘結(jié)單元和確定合理的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，要對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析計(jì)算，就必須對型鋼混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行深入的研究?？傊弯摶炷恋恼辰Y(jié)是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)理論中最重要的基本問題。為了解決型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼混凝土粘結(jié)性能這一基本課題，使構(gòu)件計(jì)算更為準(zhǔn)確可靠，結(jié)構(gòu)安全性和適用性得到更好的保障，改進(jìn)和完善型鋼混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論，為形成一套有中國特色的高質(zhì)量的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范提供可靠的理論依據(jù)和實(shí)用方法，促進(jìn)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展和應(yīng)用，對粘結(jié)性能問題進(jìn)行研究是很有必要和迫切性的。

二、型鋼混凝土粘結(jié)滑移性能的數(shù)值模擬

1.1 無粘結(jié)滑移的型鋼混凝土柱的數(shù)值模擬

為了研究粘結(jié)滑移對型鋼混凝土受力性能的影響，首先建立了不考慮型鋼與混凝土之間滑移的數(shù)值模型，即認(rèn)為型鋼與混凝土協(xié)同工作，共同受力，不發(fā)生粘結(jié)滑移破壞。分析型鋼應(yīng)力應(yīng)變沿錨固長度的分布規(guī)律，得出荷載位移曲線，為下面粘結(jié)滑移性能的模擬做準(zhǔn)備。

1.1.1 建模依據(jù)

表2.1列出了文獻(xiàn)[1]中試驗(yàn)試件的相關(guān)信息（其他具體內(nèi)容見文獻(xiàn)[1]），試加載方案如圖3.1所示。

1.1.2 型鋼混凝土短柱的數(shù)值模型

在型鋼混凝土（SRC）的粘結(jié)試驗(yàn)中，大都采用推出和拉拔試驗(yàn)研究SRC結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性能（圖2.1）。國內(nèi)外研究資料表明：雖然短柱試驗(yàn)更接近SRC真實(shí)構(gòu)件的受力性能，但推出試驗(yàn)?zāi)芨玫哪M粘結(jié)滑移的受力狀態(tài)，而且能夠較好的確定型鋼混凝土粘結(jié)滑移剛度和粘結(jié)強(qiáng)度。為了得到SRC結(jié)構(gòu)真實(shí)的受力性能，本節(jié)建立型鋼混凝土短柱模型來分析研究。

型鋼混凝土短柱ANSYS程序的數(shù)值模擬，柱的尺寸、配筋及荷載如圖2.3所示。

1.1.2.1 單元類型

1）混凝土單元：采用ANSYS程序單元庫中的SOLID65單元。

2）縱向鋼筋、箍筋：LINK8單元。

3）型鋼單元：SOLID45單元。

1.1.2.2 材料性質(zhì)

1）混凝土材料的單軸受壓本構(gòu)關(guān)系采用多折線隨動強(qiáng)化模型（Multilinear Kinematic hardening plasticity）來定義，其本構(gòu)關(guān)系的具體數(shù)學(xué)模型，采用Saenz等人建議的表達(dá)式。其余輸入?yún)?shù)見表2.2。

2）鋼材：所有鋼材，包括柱中縱向鋼筋、橫向箍筋和型鋼均采用理想彈塑性模型。型鋼的屈服準(zhǔn)則選用雙線性隨動強(qiáng)化模型（BKIN）。型鋼采用Q420鋼。在ANSYS程序中，鋼材需要輸入的參數(shù)見下表2.3。

1.1.2.3 建模

1）生成拉伸平面單元，對于平面單元之間完全粘結(jié)的情況，進(jìn)行g(shù)lue布爾操作，注意不能進(jìn)行add操作。對于考慮粘結(jié)滑移的平面之間，則不進(jìn)行g(shù)lue布爾操作，并對平面劃分網(wǎng)格（保證混凝土單元和型鋼單元的接觸面上的節(jié)點(diǎn)一一對應(yīng)）。

2）拉伸平面分別生成混凝土實(shí)體單元和型鋼實(shí)體單元。淺色為混凝土實(shí)體單元，深色為型鋼實(shí)體單元。

3）選擇縱筋和箍筋所在位置的節(jié)點(diǎn)，生成鋼筋單元。

4）對結(jié)構(gòu)施加約束和荷載（將集中力轉(zhuǎn)化為均布荷載作用在型鋼上）。

1.1.2.4 求解設(shè)置

打開弧長法計(jì)算開關(guān)，弧長半徑采用程序默認(rèn)設(shè)置（ANSYS會根據(jù)收斂情況自動調(diào)整弧長半徑）。計(jì)算子步設(shè)為100步，最大迭代次數(shù)設(shè)為20（程序默認(rèn)的是25，一旦在20次迭代后還沒有收斂，即使迭代25次通常也不會收斂的）；求解器選用稀疏矩陣法（SPARSE DIRECT SOLVER）。求解。

1.1.3 模擬結(jié)果分析

1.1.3.1 荷載位移曲線

圖2.8中曲線能基本反映型鋼混凝土柱的受力特點(diǎn)。由圖中看出，曲線分為兩部分：上升段和平滑段。當(dāng)荷載低于極限荷載的60%時，SRC柱的變形隨荷載的增加而增大；當(dāng)接近極限荷載時，SRC柱的變形速度加快，而荷載增加幅度不明顯。當(dāng)達(dá)到極限荷載后，型鋼屈服，曲線達(dá)到平滑段。通過二次函數(shù)擬合出荷載位移曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

距加載端30mm： （2.1）

距加載端80mm： （2.2）

計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果相比：在荷載作用初期，兩曲線吻合較好；但隨著荷載的增大，兩曲線逐漸分離，極限承載力的計(jì)算值（725.61kN）高于試驗(yàn)值（652.3kN），并且計(jì)算得到的最大變形值要小于試驗(yàn)值，主要是模擬過程中未考慮型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移，在荷載作用后期SRC柱的計(jì)算模型和柱體的實(shí)際受力不相符，使得整個構(gòu)件的整體剛度偏高所致。

由此可見，型鋼與混凝土之間粘結(jié)滑移對柱的極限承載力有較大影響，在實(shí)際應(yīng)用過程中忽略型鋼與混凝土的滑移是很不合理的，對型鋼混凝土粘結(jié)滑移性能的研究是非常有意義的。

另外，根據(jù)模擬結(jié)果畫出了沿錨固長度方向的位移曲線（圖2.9），通過指數(shù)函數(shù)擬合出數(shù)學(xué)表達(dá)式：

極限荷載Pu作用下： （2.3）

0.7Pu作用下： （2.4）

0.4Pu作用下： （2.5）

1.1.3.2 型鋼的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

由圖2.10可知，在荷載作用下，型鋼應(yīng)力在不同錨固深度處是不同的，當(dāng)達(dá)到極限荷載后，型鋼應(yīng)力和應(yīng)變沿錨固長度的變化趨勢十分一致，可分為下降度和平滑段兩部分。在錨固長度200mm內(nèi)，型鋼應(yīng)力下降較快，但當(dāng)超過200mm后，型鋼應(yīng)力應(yīng)變基本趨于穩(wěn)定。圖2.10中下降段型鋼應(yīng)力的分布趨于指數(shù)形式，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

Pu作用下： （2.6）

0.7Pu作用下： （2.7）

0.4Pu作用下： （2.8）

圖2.11為型鋼混凝土沿錨固長度的型鋼應(yīng)變曲線，通過指數(shù)函數(shù)擬合出下降段的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

Pu作用下： （2.9）

0.7Pu作用下： （2.10）

0.4Pu作用下： （2.11）

型鋼混凝土粘結(jié)性能的試驗(yàn)研究表明，型鋼的應(yīng)變沿錨固長度呈指數(shù)分布的，型鋼應(yīng)力也是呈指數(shù)分布；粘結(jié)應(yīng)力是型鋼應(yīng)力的微分，亦是呈指數(shù)分布的。這些都在上面推出的型鋼應(yīng)力應(yīng)變數(shù)學(xué)表達(dá)式中得到驗(yàn)證。

1.1.3.3 不同混凝土強(qiáng)度等級、不同配箍率的比較

表2.4列出了SRC柱試驗(yàn)值和模擬計(jì)算值。從表中可以看到，在試驗(yàn)中，混凝土強(qiáng)度等級和配箍率對混凝土極限承載力的影響并不十分明顯，提高混凝土強(qiáng)度等級、加大配箍率不能顯著提高混凝土的極限承載力（圖2.12）。但是隨著混凝土強(qiáng)度等級和配箍率的增大，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)力也相應(yīng)增大。由此可見，SRC短柱的受力性能主要是由型鋼貢獻(xiàn)的，型鋼混凝土達(dá)到極限承載力時，滑移量是非常小的，不到一個毫米（試驗(yàn)結(jié)果為1.5毫米以內(nèi)）。

1.2 考慮粘結(jié)滑移的型鋼混凝土柱的數(shù)值模擬

從上節(jié)的分析中我們看到，不考慮型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移，模擬出的結(jié)果與試驗(yàn)值之間存在相當(dāng)大的差異。由此可見，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移對型鋼混凝土的受力性能有很大影響，在數(shù)值模擬過程中忽略其影響將與真實(shí)的受力性能產(chǎn)生較大的差異。為了研究粘結(jié)滑移對型鋼混凝土柱受力性能的影響，本節(jié)將采用彈簧單元來模擬型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移，分析其影響。

1.2.1 粘結(jié)滑移模擬

材料模型、單元類型和建模過程參照上節(jié)。為模擬型鋼與混凝土之間存在的粘結(jié)滑移性能，必須在型鋼與混凝土之間引入連接單元（Link element），在型鋼混凝土有限元分析中型鋼與混凝土之間的連接單元類型一般有彈簧單元、接觸單元、厚度為零的節(jié)理單元以及考慮一定厚度滑移層的節(jié)理單元。同時需要確定型鋼混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，即連接單元參數(shù)的輸入，這是型鋼混凝土粘結(jié)滑移分析的關(guān)鍵問題。

1.2.1.1 粘結(jié)滑移單元

本文采用非線性彈簧單元Combination39來模擬型鋼混凝土粘結(jié)滑移。Combination39單元具有兩個結(jié)點(diǎn)，并通過一個力F-位移D的曲線來定義非線性彈簧的受力性質(zhì)，無需定義材料性質(zhì)。對于雙向或者三向彈簧，彈簧之間的距離不能為零，對于單向彈簧，彈簧的結(jié)點(diǎn)I、J可以為空間任意結(jié)點(diǎn)，彈簧長度可以為零，并定義結(jié)點(diǎn)J相對結(jié)點(diǎn)I有在整體坐標(biāo)系中有正的位移為彈簧受拉。通過關(guān)鍵常數(shù)的設(shè)置，Combination39單元具有很大的功能，完全能夠?qū)崿F(xiàn)型鋼與混凝土之間粘結(jié)滑移的模擬。為了簡化型鋼與混凝土連接面上的相互作用，在型鋼與混凝土連接面上的相對應(yīng)結(jié)點(diǎn)之間引入一個非線性彈簧單元（Combination39）來模擬型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移（即只考慮連接面縱向切向的相互作用，認(rèn)為接觸面法向、橫向切向完全粘結(jié)，無滑移存在）。彈簧的長度為零，其性能由彈簧的F-D曲線來確定。

縱方向的相互作用表現(xiàn)為型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移，因此F-D曲線需要根據(jù)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系 確定，彈簧單元的F-D曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （2.12）

式中：A為彈簧所對應(yīng)的在連接面上所占的面積。

1.2.1.2 粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

型鋼混凝土之間的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系主要由非線性彈簧單元Combination39的實(shí)常數(shù)來確定。本文采用1.1節(jié)中模擬得出的荷載-位移曲線來模擬型鋼混凝土的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，將加載端荷載轉(zhuǎn)化為平均粘結(jié)應(yīng)力，取加載端 曲線為型鋼混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。 為加載端平均粘結(jié)應(yīng)力。

1.2.1.3 Combination39單元F-D曲線的確定

根據(jù)Combination39單元對應(yīng)連接面的面積，由式（2.12）可確定Combination39單元F-D曲線（彈簧單元對應(yīng)的實(shí)常數(shù)），根據(jù)彈簧單元所處位置的不同以及網(wǎng)格劃分的差異，相對應(yīng)的共有七種F-D曲線，對應(yīng)的位置如圖2.13所示。

1.2.1.4 粘結(jié)彈簧單元的生成方法

定義非線性彈簧單元的實(shí)常數(shù)后，就可以利用型鋼、混凝土單元劃分結(jié)點(diǎn)生成彈簧單元。彈簧單元的生成方法與鋼筋單元的生成方法類似，即選擇需要生成單元的結(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)結(jié)點(diǎn)對應(yīng)位置通過at coincide nodes方法生成彈簧單元。圖2.14為生成的彈簧單元。

1.2.1.5 模型求解

為了加快計(jì)算速度，其他配箍率、混凝土強(qiáng)度等級的型鋼混凝土短柱采用Newton-Raphson法求解。

1.2.2 模擬結(jié)果分析

1.2.2.1 荷載滑移曲線

由圖2.15的P- 曲線可知，型鋼混凝土短柱在加荷初期，型鋼與混凝土之間的滑移較小，P- 曲線呈明顯的線彈性；說明粘結(jié)力能夠保證型鋼與混凝土的共同工作。當(dāng)荷載增加到極限荷載的70%左右時，型鋼與混凝土變形相差較大，交接面處產(chǎn)生了較大的滑移，P- 曲線逐漸呈一定的非線性；當(dāng)荷載增加到約極限荷載時，滑移增加速度急劇加快，當(dāng)加載端滑移達(dá)到約1mm時，荷載逐漸趨于常數(shù)，同時滑移快速增長；但是直到極限荷載時，型鋼與混凝土之間的滑移均在1.5mm內(nèi)。由此可以看出，型鋼混凝土短柱在軸心荷載作用下，型鋼與混凝土之間的滑移量非常小。圖2.16為型鋼與混凝土對應(yīng)結(jié)點(diǎn)沿錨固長度的滑移量，從圖中可以看出，滑移主要是由型鋼產(chǎn)生的（混凝土產(chǎn)生的最大滑移量約為0.2mm），由此可見，型鋼混凝土柱在軸心荷載作用下的承載能力主要是由型鋼貢獻(xiàn)的。

圖2.17為模擬出的P- 曲線，對應(yīng)于圖2.18的上升段，從圖中可以看出，在滑移達(dá)到1.4mm左右時，型鋼混凝土短柱達(dá)到極限承載力，約為650kN。模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

1.2.2.2 型鋼應(yīng)力應(yīng)變分析

由圖2.19可以看出，型鋼應(yīng)力應(yīng)變沿錨固長度方向是呈指數(shù)形式分布的。當(dāng)達(dá)到極限荷載后，只有加載端附近的型鋼達(dá)到屈服應(yīng)力，其他部分型鋼均處在彈性工作狀態(tài)。應(yīng)力應(yīng)變曲線主要分為兩段：下降段和平滑段。即在加載端附近，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈指數(shù)形式分布；當(dāng)超過一定錨固長度后，應(yīng)力應(yīng)變不再隨錨固長度的變化而變化，而是呈常數(shù)分布。下面為通過指數(shù)函數(shù)擬合出的應(yīng)力應(yīng)變曲線服從的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

1.2.2.3 粘結(jié)應(yīng)力分析

從圖2.20可以看出，加載初期粘結(jié)應(yīng)力均未達(dá)到極限粘結(jié)強(qiáng)度，在加載端，粘結(jié)應(yīng)力值高；越遠(yuǎn)離加載端，粘結(jié)應(yīng)力越小；隨著荷載的增大，型鋼表面粘結(jié)應(yīng)力增大，曲線上移，粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度逐漸發(fā)展；繼續(xù)加載，粘結(jié)應(yīng)力在加載端達(dá)到極限強(qiáng)度，沿錨固長度的粘結(jié)強(qiáng)度趨于常數(shù)分布。模擬極限粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到3MPa，圖2.21為試驗(yàn)得出的粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度的分布曲線。比較圖2.20，2.21可以看出，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。極限承載力時通過指數(shù)函數(shù)擬合出的粘結(jié)應(yīng)力分布曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

圖2.22 不同配箍率、不同混凝土強(qiáng)度等級下的粘結(jié)應(yīng)力分布曲線

圖2.22為不同配箍率、不同混凝土強(qiáng)度等級下粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度的分布曲線。從中可以看出，型鋼混凝土粘結(jié)強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度等級有著直接的關(guān)系?；炷翉?qiáng)度越高，粘結(jié)應(yīng)力越大；配箍率越高，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度越大。這可由型鋼與混凝土之間的粘結(jié)機(jī)理來解釋：型鋼與混凝土的最大粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于型鋼與混凝土連接面上的化學(xué)膠結(jié)力，而且粘結(jié)破壞大多是由于連接面上混凝土的開裂加快粘結(jié)滑移的發(fā)展甚至引起膠結(jié)滑脫，從而降低粘結(jié)應(yīng)力并導(dǎo)致粘結(jié)滑移沿型鋼錨固長度方向的擴(kuò)展。

1.2.2.4 粘結(jié)滑移曲線分析

圖2.23為加載端 曲線，從該曲線中可以看出粘結(jié)應(yīng)力隨著滑移量之間的變化規(guī)律。

為了研究極限粘結(jié)強(qiáng)度后粘結(jié)應(yīng)力的變化規(guī)律，對文獻(xiàn)[7]的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到其殘余狀態(tài)下的荷載水平與極限狀態(tài)下荷載水平的關(guān)系，將此關(guān)系應(yīng)用到本文模擬中，建立型鋼混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。圖2.24為分析后得出的加載端 曲線。該曲線與典型的 曲線基本吻合，當(dāng)達(dá)到初始滑移荷載后，化學(xué)膠結(jié)力逐漸喪失，加載端開始產(chǎn)生滑移。荷載繼續(xù)增加，滑移加速發(fā)展，達(dá)到極限荷載后，粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到極限粘結(jié)強(qiáng)度，表現(xiàn)為曲線的上升段。隨后，化學(xué)膠結(jié)力完全喪失，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)性能開始退化，直到達(dá)到殘余粘結(jié)強(qiáng)度（由摩擦力和機(jī)械咬合力貢獻(xiàn)），表現(xiàn)為曲線的下降段。

表2.4為模擬計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較，從中可以看出模擬結(jié)果與試驗(yàn)值基本吻合。說明本章中采用的模擬方法是可行的。

1.3 小結(jié)

研究型鋼混凝土的粘結(jié)滑移性能具有重要的理論意義和實(shí)用價值。到目前為止，在型鋼混凝土粘結(jié)滑移性能的試驗(yàn)研究方面，仍然存在著較大的分歧。有限元的發(fā)展和應(yīng)用為研究型鋼混凝土的粘結(jié)滑移性能提供了一種計(jì)算手段。本章結(jié)合文獻(xiàn)的有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定了模擬SRC短柱在極限承載力作用下的受力性能的分析方案，并對分析方案做了比較，找出了數(shù)值模擬的可行方案。為了探討粘結(jié)滑移性能對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的影響，特別建立了兩種型鋼混凝土短柱的數(shù)值模型，其一不考慮型鋼與混凝土之間的滑移，認(rèn)為兩者協(xié)同工作；其二通過引入非線性彈簧單元，考慮型鋼與混凝土之間粘結(jié)滑移的影響。對比兩種模型的分析及試驗(yàn)結(jié)果，得出如下結(jié)論：

1）型鋼與混凝土之間粘結(jié)滑移的存在對型鋼混凝土短柱的承載能力有較大影響；不考慮粘結(jié)滑移的短柱承載力要比試驗(yàn)值高的多，考慮粘結(jié)滑移的短柱承載力與試驗(yàn)值基本吻合。因此在實(shí)際應(yīng)用中要合理考慮型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移對結(jié)果受力的影響。

2）在極限荷載作用下，型鋼應(yīng)力應(yīng)變沿錨固長度是呈指數(shù)形式分布的，只有加載端附近的型鋼達(dá)到屈服，其余部分型鋼均處在彈性工作狀態(tài)。破壞時型鋼均沒有發(fā)生局部屈曲現(xiàn)象，說明外圍混凝土的存在提高了型鋼的抗屈曲能力。

3）模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果均表明，型鋼混凝土的粘結(jié)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度等級和配箍率的增大而增大；但增大配箍率和混凝土強(qiáng)度等級，型鋼混凝土短柱的極限承載力卻沒有顯著提高，說明型鋼混凝土短柱的承載能力主要是由型鋼貢獻(xiàn)的。

4）粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度是呈指數(shù)形式分布的。當(dāng)達(dá)到極限荷載后，加載端殘余粘結(jié)強(qiáng)度小于極限粘結(jié)強(qiáng)度。說明發(fā)生較大滑移后，型鋼與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力已完全喪失，只有機(jī)械咬合力和摩擦阻力在起作用。

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