型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910467765.9 (22)申请日 2019.05.31 (71)申请人 河海大学 地址 210024 江苏省南京市鼓楼区西康路1 号 (72)发明人 陈峰伍凯郑惠铭徐佳楠 刘晓艺 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人 李凤娇 (51)Int.Cl. E04C 3/293(2006.01) E04C 3/36(2006.01) E04B 2/84(2006.01) (54)发明名称 一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算 方法 。

2、(57)摘要 本发明公开了一种型钢-钢纤维混凝土极限 黏结强度计算方法， 该方法通过型钢-钢纤维混 凝土组合结构界面化学胶结应力che、 型钢-钢 纤维混凝土组合结构界面机械咬合应力b、 型 钢-钢纤维混凝土组合结构界面摩擦应力f计 算型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度。 该计算方 法研究这种新型组合结构形式提供理论基础。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 110206226 A 2019.09.06 CN 110206226 A 1.一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 其特征在于： 包括如下步骤： 步骤1)确定型钢-钢纤维混凝土组合结构的基本参数； 步骤2)计算型钢-钢纤维混。

3、凝土组合结构界面化学胶结应力 che； 步骤3)计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面机械咬合应力 b； 步骤4)计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面摩擦应力 f； 步骤5)利用步骤2)步骤4)计算出的型钢-钢纤维混凝土组合结构界面化学胶结应力 che、 机械咬合应力 b、 摩擦应力 f计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面极限黏结强度 u。 2.根据权利要求1所述的一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 其特征在 于： 所述步骤1)中需要确定的型钢-钢纤维混凝土组合结构的基本参数包括： (1)钢纤维混凝土的参数： 钢纤维掺量 sf； 钢纤维混凝土抗弯强度ft； 钢纤维混凝土保护层厚度Css； 截。

4、面直径或等效直径D0； (2)黏结界面的基本参数： 界面的黏滑动摩擦系数 f； 界面黏结长度Le。 3.根据权利要求2所述的一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 其特征在 于： 所述步骤2)中： 黏结界面的化学胶结应力来自于混凝土中水泥胶体硬化后在黏结界面 产生的化学吸附作用， 其取值为定值， 不受其它设计参数影响； 根据不同设计参数对极限黏 结强度的影响分析， 当消除黏结长度和截面直径的影响后， 可获得界面化学胶结力 che的取 值： che0.218。 4.根据权利要求2所述的一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 其特征在 于： 所述步骤3)中： 黏结界面发生相对滑移导致钢。

5、纤维混凝土剪坏， 产生层状的破损钢纤维 混凝土磨屑， 黏结界面因此产生了机械咬合力； 界面上的机械咬合力随着钢纤维掺量的增 加而增强， 因此界面机械咬合应力 b的计算公式应为： b0.15(1+100 sf) 其中 sf为钢纤维掺量。 5.根据权利要求2所述的一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 其特征在 于： 所述步骤4)具体步骤如下： 步骤41)黏结界面摩擦应力主要取决黏结界面相互挤压应力的大小及摩擦系数： 假定 界面黏结应力增加到最大值， 即极限黏结强度 u时， 保护层的外边缘达到钢纤维混凝土抗 拉强度ft； 从钢纤维混凝土四点弯抗拉强度测试试验也可以发现， 钢纤维混凝土开裂后，。

6、 当 裂缝发展到一定程度时， 钢纤维充分发挥作用， 钢纤维混凝土达到抗拉强度； 当钢纤维混凝 土达到抗拉强度ft时， 认为受拉区应力线性分布； 此时， 钢纤维混凝土保护层的拉应力合力 为Cssft/2， 其百分之一转换为型钢与钢纤维混凝土界面的均匀挤压应力fbc： fbc0.005Cssft 其中Css为钢纤维混凝土保护层厚度Css； 权利要求书 1/2 页 2 CN 110206226 A 2 步骤42)根据前步计算所得的界面的均匀挤压应力fbc， 界面摩擦应力 f的计算公式应 为： f ffbc f(0.005Cssft) 其中 f为界面的黏滑动摩擦系数。 6.根据权利要求2所述的一种型钢。

7、-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 其特征在 于： 所述步骤5)具体包括如下步骤： 步骤51)由于构件黏结长径比越大， 界面极限黏结强度越小， 所以考虑到由于界面黏结 长度引起的应力不均匀分布， 提出长径比影响的折减系数 ， 其取值方法如下： 其中Le为界面黏结长度， D0截面直径或等效直径； 步骤52)型钢-钢纤维混凝土组合结构界面的黏结强度主要由化学胶结应力 che、 机械 咬合应力 b以及摩擦应力 f组成。 因此考虑长径比影响后的型钢-钢纤维混凝土组合结构界 面的极限黏结强度应为： u ( che+ b+ f)。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110206226 A 3 一种型钢-。

8、钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法 技术领域 0001 本发明涉及一种型钢混凝土极限黏结强度计算方法， 特别是一种型钢-钢纤维混 凝土极限黏结强度计算方法。 背景技术 0002 型钢混凝土是结构工程领域应用的重点， 但是型钢混凝土结构中， 无论梁柱， 还是 剪力墙， 尤其是节点， 均不同程度出现型钢与钢筋在位置上的冲突， 主筋不连续， 箍筋不闭 合等问题。 为了解决型钢与钢筋在位置上的冲突， 现有的工程措施经常是在型钢的翼缘和 腹板处开洞以保证钢筋不被截断， 或采用接驳器将钢筋固定在型钢翼缘或腹板上。 但是这 样的施工方式不但增加了型钢加工和钢筋绑扎的困难， 提高工程造价， 且由于翼缘和腹板 的。

9、开洞削弱了型钢的抗弯和抗剪性能， 从而影响了构件的受力性能和结构整体的承载性 能、 可靠度。 与此同时， 型钢和钢筋笼的同时使用极大地挤占了混凝土的可浇筑空间， 因此 型钢混凝土结构中混凝土浇筑困难明显大于钢筋混凝土结构， 特别是当型钢用量较大时， 型钢与钢筋之间、 钢筋与模板之间的间隙较小， 这也经常造成混凝土浇筑困难， 容易出现浇 筑不密实的现象。 0003 土木工程行业不断努力改进设计和施工技术， 以获得更有效的工程问题解决方 案。 为了解决型钢混凝土结构施工中的难点， 将型钢混凝土中的钢筋笼离散化， 用零散的钢 纤维替代传统的钢筋笼应用于型钢混凝土结构中， 形成无配筋的型钢-钢纤维混凝。

10、土组合 结构。 这样既可以节省繁琐的钢筋绑扎施工工序， 无需对型钢进行开洞或焊接接驳器， 也能 避免型钢与钢筋位置重叠导致的施工困难。 此外， 由于省去了型钢混凝土中的钢筋笼， 可以 通过减小钢纤维混凝土保护层厚度的方式使型钢翼缘更贴近构件的截面边缘， 增大型钢截 面高度、 惯性矩与组合截面配钢率， 充分发挥型钢的抗弯性能和抗剪性能， 提升结构和构件 的受力性能。 钢纤维的应用有利于控制型钢混凝土结构特有的黏结裂缝的发展， 同时能够 协助型钢约束弯曲裂缝和剪切裂缝的发展。 在型钢与钢纤维的联合作用下， 型钢-钢纤维混 凝土结构的损伤发展会受到有效的控制， 并展现出更良好的受力性能。 因此型钢-。

11、钢纤维混 凝土组合结构的施工极为简便， 混凝土的浇筑质量易于保证， 具有极佳的工程应用前景。 0004 型钢与钢纤维混凝土之间的黏结效应保证了组合结构的承载能力， 因此研究这种 黏结效应是准确分析型钢与混凝土组合结构承载力的基础。 但这种新型的组合结构形式尚 未有极限黏结强度的计算方法。 发明内容 0005 发明目的： 本发明公开了一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 通过分 析相关试验结果， 考虑组成界面黏结强度的各组分， 提出适用于型钢-钢纤维混凝土界面极 限黏结强度的计算方法， 所提出的极限黏结强度计算方法步骤简单， 可操作性强， 可为型 钢-钢纤维混凝土组合结构的工程设计和应用。

12、提供一定的依据。 0006 技术方案： 一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 包括如下步骤： 说明书 1/5 页 4 CN 110206226 A 4 0007 步骤1)确定型钢-钢纤维混凝土组合结构的基本参数； 0008 步骤2)计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面化学胶结应力 che； 0009 步骤3)计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面机械咬合应力 b； 0010 步骤4)计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面摩擦应力 f； 0011 步骤5)利用步骤2)步骤4)计算出的型钢-钢纤维混凝土组合结构界面化学胶结 应力 che、 机械咬合应力 b、 摩擦应力 f计算型钢-钢纤维混凝土组合结。

13、构界面极限黏结强度 u。 0012 具体的， 步骤1)中需要确定的型钢-钢纤维混凝土组合结构的基本参数包括： 0013 (1)钢纤维混凝土的参数： 0014 钢纤维掺量 sf； 0015 钢纤维混凝土抗弯强度ft； 0016 钢纤维混凝土保护层厚度Css； 0017 截面直径或等效直径D0； 0018 (2)黏结界面的基本参数： 0019 界面的黏滑动摩擦系数 f； 0020 界面黏结长度Le。 0021 具体的， 步骤2)中： 黏结界面的化学胶结应力来自于混凝土中水泥胶体硬化后在 黏结界面产生的化学吸附作用， 其取值为定值， 不受其它设计参数影响； 根据不同设计参数 对极限黏结强度的影响分析。

14、， 当消除黏结长度和截面直径的影响后， 可获得界面化学胶结 力 che的取值： 0022 che0.218。 0023 具体的， 步骤3)中： 黏结界面发生相对滑移导致钢纤维混凝土剪坏， 产生层状的破 损钢纤维混凝土磨屑， 黏结界面因此产生了机械咬合力； 界面上的机械咬合力随着钢纤维 掺量的增加而增强， 因此界面机械咬合应力 b的计算公式应为： 0024 b0.15(1+100 sf) 0025 其中 sf为钢纤维掺量。 0026 具体的， 步骤4)具体步骤如下： 0027 步骤41)黏结界面摩擦应力主要取决黏结界面相互挤压应力的大小及摩擦系数： 假定界面黏结应力增加到最大值， 即极限黏结强度。

15、 u时， 保护层的外边缘达到钢纤维混凝 土抗拉强度ft； 从钢纤维混凝土四点弯抗拉强度测试试验也可以发现， 钢纤维混凝土开裂 后， 当裂缝发展到一定程度时， 钢纤维充分发挥作用， 钢纤维混凝土达到抗拉强度； 当钢纤 维混凝土达到抗拉强度ft时， 认为受拉区应力线性分布； 此时， 钢纤维混凝土保护层的拉应 力合力为Cssft/2， 其百分之一转换为型钢与钢纤维混凝土界面的均匀挤压应力fbc： 0028 fbc0.005Cssft 0029 其中Css为钢纤维混凝土保护层厚度Css； 0030 步骤42)根据前步计算所得的界面的均匀挤压应力fbc， 界面摩擦应力 f的计算公 式应为： 0031 f。

16、 ffbc f(0.005Cssft) 0032 其中 f为界面的黏滑动摩擦系数。 说明书 2/5 页 5 CN 110206226 A 5 0033 具体的， 步骤5)具体包括如下步骤： 0034 步骤51)由于构件黏结长径比越大， 界面极限黏结强度越小， 所以考虑到由于界面 黏结长度引起的应力不均匀分布， 提出长径比影响的折减系数 ， 其取值方法如下： 0035 0036 其中Le为界面黏结长度， D0截面直径或等效直径； 0037 步骤52)型钢-钢纤维混凝土组合结构界面的黏结强度主要由化学胶结应力 che、 机械咬合应力 b以及摩擦应力 f组成。 因此考虑长径比影响后的型钢-钢纤维混凝。

17、土组合结 构界面的极限黏结强度应为： 0038 u ( che+ b+ f)。 0039 有益效果： 本发明公开的计算一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法经 过多次实验验证其计算结果可靠性较高， 计算过程简洁， 可操作性强， 可为装配式PEC组合 梁的计算提供新思路。 附图说明 0040 图1为型钢-钢纤维混凝土界面的均匀挤压应力fbc取值示意图； 0041 图2为型钢-钢纤维混凝土界面极限黏结强度计算方法与试验实测结果对比图。 具体实施方式 0042 一种型钢-钢纤维混凝土极限黏结强度计算方法， 包括以下步骤： 0043 步骤1， 确定型钢-钢纤维混凝土组合结构常见的横截面类型有两种：。

18、 方形截面和 圆形截面； 0044 步骤2， 确定型钢-钢纤维混凝土组合结构的基本参数， 包括： 0045 (1)钢纤维混凝土的参数： 0046 钢纤维掺量 sf有四种： 0， 1， 2和3； 0047 钢纤维混凝土抗弯强度ft有四种： 3.37MPa， 4.07MPa， 6.02MPa和6.07MPa； 0048 钢纤维混凝土保护层厚度Css有三种： 20mm， 40mm和60mm； 0049 截面直径或等效直径D0有三种： 160mm， 200mm和250mm； 0050 (2)黏结界面的基本参数： 0051 界面的黏滑动摩擦系数 f： 选用 f为0.6的No.10工字钢； 0052 界面。

19、黏结长度Le有九种： 250mm， 320mm， 400mm， 500mm， 600mm， 640mm， 750mm， 800mm和960mm； 0053 步骤3， 所有试件的界面化学胶结力 che取值相同， 均为0.218MPa。 0054 che0.218MPa 0055 步骤4， 将每个试件配制的钢纤维掺量 sf代入下式， 得到各个试件的界面机械咬合 说明书 3/5 页 6 CN 110206226 A 6 应力 b。 0056 b0.15(1+100 sf) 0057 步骤5， 计算界面摩擦应力 f， 具体步骤如下： 0058 步骤51， 将所有试件的钢纤维混凝土保护层厚度Css和抗弯。

20、强度ft代入下式， 得到 各个试件的界面均匀挤压应力fbc： 0059 fbc0.005Cssft 0060 步骤52， 将每个试件的界面黏滑动摩擦系数 f和计算所得的界面均匀挤压应力fbc 代入下式， 得到各个试件的界面摩擦应力 f： 0061 f ffbc f(0.005Cssft) 0062 步骤6， 计算型钢-钢纤维混凝土组合结构界面极限黏结强度 u， 具体步骤如下： 0063 步骤61， 将每个试件的界面黏结长度Le和截面直径或等效直径D0代入下式， 得到各 个试件的长径比影响的折减系数 ： 0064 0065 步骤62， 将前述步骤中所求的长径比影响的折减系数 以及化学胶结应力 c。

21、he、 机 械咬合应力 b、 摩擦应力 f代入下式， 得到型钢-钢纤维混凝土组合结构界面的极限黏结强 度 u： 0066 u ( che+ b+ f) 0067 根据该计算方法得到的计算界面极限黏结强度 u,c与试验实测的界面极限黏结强 度 u,t比较如附图2所示。 如下表1所示， 共进行了36个试件的黏结推出试验， 所有试件的 u,c/ u,t的平均值为1.016， 标准差为0.121， 其中20个方形截面试件的标准差仅为0.083。 因 此该计算方法与试验实测结果具有高度的一致性， 说明经过试验验证该计算方法具有较强 的实用性。 0068 表1试件设计参数 说明书 4/5 页 7 CN 110206226 A 7 0069 0070 说明书 5/5 页 8 CN 110206226 A 8 图1 图2 说明书附图 1/1 页 9 CN 110206226 A 9 。