钢混构件在不同温差参数下的极限粘接强度测试研究_马晓宁.pdf

研究报告专论2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.011Vol.50 No.02，Feb.2023收稿日期:2022-01-19;修回日期:2023-01-29作者简介:马晓宁(1987-)，女，硕士，讲师，研究方向:结构工程等;E-mail:xning870126 com。引文格式:马晓宁 钢混构件在不同温差参数下的极限粘接强度测试研究 J 粘接，2023，50(2):44-48钢混构件在不同温差参数下的极限粘接强度测试研究马晓宁(榆林职业技术学院，陕西 榆林719000)摘要:研究了温度、高温持续时间和再生骨料取代率对钢混凝土构件粘接性能的影响。结果表明，钢混凝土构件的极限荷载会随着温度升高、时间延长、再生骨料取代率增大、混凝土强度级别提升和锚固长度增加而逐渐增大;随着钢混构件所受温度、经历高温时间、再生骨料取代率、混凝土强度等级和锚固长度的增加，钢混凝土构件的极限粘接强度会呈现逐渐增大的趋势。建立了钢混凝土构件的极限粘接强度与所受温度、经历高温时间、再生骨料取代率之间关系表达式，由此可得任意参数下钢混凝土构件的极限粘接强度。关键词:钢管混凝土;取代率;温度;时间;粘接强度中图分类号:TG494 7文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0044-05Experimental study on ultimate bond strength of steel-concretemembers under different temperature parametersMA Xiaoning(Yulin Vocational and Technical College，Yulin 719000，Shaanxi China)Abstract:The effects of temperature，duration of high temperature and replacement ratio of recycled aggregate onbond properties of steel concrete members were studied The results show that the ultimate load of steel-concretemembers increases with the increase of temperature，time，replacement rate of recycled bone，concrete strength gradeand anchorage length;the ultimate bond strength of steel-concrete members increases gradually with the increase oftemperature，high-temperature time，recycled aggregate replacement rate，concrete strength grade and anchoragelength The relationship between ultimate bond strength and temperature，time of high temperature and replacementrate of recycled aggregate is established The ultimate bond strength of steel concrete members with any parameterscan be obtained and applied to industrial productionKey words:concrete filled steel tube;substitution rate;temperature;time;bond strength随着近年来城镇化进程和建筑行业的快速发展，以及对节能环保等意识的逐渐增强，再生混凝土替代天然骨料进行钢混结构制备已成为研究的热点 1-3，并已在城乡改造、工业厂房和桥梁工程建设中得到成功应用。然而，实际再生混凝土/钢结构的使用过程中，不可避免地需要经历自然环境中的低温以及可能接触到的高温环境，对钢混凝土结构的粘接性能会产生明显影响 4-7。目前这方面的研究报道较少，此外，在整体结构设计过程中，由于缺乏必要的试验数据参考以及影响因素较多，无法对钢混结构的粘接强度等进行有效预测 8-10。鉴于此，研究了温度、高温持续时间和再生骨料取代率对钢混凝土构件粘接性能的影响，并建立了钢混结构粘接强度与温度、高温持续时间和再生骨料取代率之间的关系。44研究报告专论1材料与方法1 1试验原料普通硅酸盐水泥:P O32 5 和 P O42 5 级，浙江三狮集团特种水泥有限公司提供;河砂:细度模数 2 70，浙江三狮集团特种水泥有限公司提供;碎石:连续级配 5 25 mm，浙江三狮集团特种水泥有限公司提供;人工捣碎的再生混凝土粗骨料和自来水，浙江三狮集团特种水泥有限公司提供;圆钢管:厚度 3 mm，屈服强度和抗拉强度分别为 405、525 MPa，弹性模量为 2 06 105MPa，天津大无缝钢管厂。1 2试验仪器SX2 15 型箱式电阻炉，上海实焰电炉厂;YAW1000 型液压伺服压力试验机，山东联工检测设备有限公司;DH3816 型静态应变采集仪，江苏东华测试技术股份有限公司。1 3试验制备根据 JGJ 552011普通混凝土配合比设计规程 配制强度等级 C30 和 C40 混凝土，具体配合比如表 1 所示。表 1强度等级 C30 和 C40 混凝土的配合比Tab 1Mix proportion of strength grade C30 and C40 concretekg/m3项目再生混凝土粗骨料取代率/%水泥砂天然骨料再生骨水C3004255421 29001795042552062562520110042548901 150229C4004555601 14901995045556057557519910045556001 149199圆钢管再生混凝土构件中的钢管锚固长度分别为 260、410 mm，圆钢管再生混凝土构件的尺寸示意图如图 1 所示。钢混凝土构件的制作在学校结构实验室中进行，空钢管垂直放置后浇筑混凝土，人工振捣密实后抹平并进行自然养护11。采用箱式电阻炉进行处理，构件放置在电阻炉内升温至设定温度200 800 后开始计时，持续时间介于 0 5 2 h，加热结束后取出放置在空气中冷却至室温备用。1 4测试与表征(1)静力单调加载试验:在山东联工检测设备有限公司生产的 YAW1000 型液压伺服压力试验机上进行钢混凝土构件的位移控制静力单调加载试验，加载速率控制在 0 05 mm/s;(2)荷载 位移曲线和最大极限荷载:通过江苏东华测试技术股份有限公司提供的 DH3816 型静态应变采集仪记录拔出试验过程中的荷载 位移曲线和最大极限荷载;(3)极限粘接强度 计算:钢管/混凝土之间的极限粘接强度 可以用下式表示12:=PCl(1)式中:P 表示极限荷载，MPa;C、l 分别表示钢管内周长和钢/混凝土的锚固长度，mm。2结果与讨论2 1极限荷载的影响因素图 2 为钢混凝土组合构件极限荷载的影响因素分析结果。(a)温度(b)时间(c)再生骨料取代率54研究报告专论(d)混凝土强度等级(e)锚固长度图 1钢混凝土组合构件极限荷载的影响因素分析Fig 1Analysis of influence factors on ultimate loadof steel concrete composite members从图 1(a)的构件所受温度对极限荷载的影响来看，当再生骨料取代率为 0%时，温度分别为 20、200、400、600 和 800 时，极限荷载分别为 53 81、77 5、110 21、124 23 和 162 24 MPa;由此可见，构件的极限荷载会随着温度升高而逐渐增大。当再生骨料取代率分别为 50%和 100%时，随着温度升高，混凝土构件的极限荷载会逐渐增大，且取代率越高则相应地相同温度下构件的极限荷载越大。从图 1(b)的构件所受高温时间对极限荷载的影响来看，当再生骨料取代率为 0%时，时间分别为0 5、1 和 2 h 时，构件极限荷载分别为 92 05、103 85和 124 23 MPa;由此可见，构件的极限荷载会随着时间延长而逐渐增大。当再生骨料取代率分别为 50%和 100%时，构件的极限荷载也都会随着时间延长而逐渐增大，且再生骨料取代率越高，则相应地相同时间下构件的极限荷载越大。从图 1(c)的构件再生骨料取代率对极限荷载的影响来看，当温度为 20 时，不同取代率下构件的极限荷载较小，且表现为随着取代率增加而增大的特征;当温度上升至 200 800 时，随着再生骨料取代率增加，混凝土构件的极限荷载逐渐增大其在相同再生骨料取代率下，温度越高则相应构件的极限荷载越大。从图 1(d)的构件混凝土强度等级对极限荷载的影响来看，当再生骨料取代率为 0%时，C30 和C40 强度等级的构件极限荷载分别为 177 27、200 6 MPa，相同强度等级构件的极限荷载随着再生骨料取代率增加而逐渐增大。从图 1(e)的锚固长度对构件极限荷载的影响来看，当再生骨料取代率为 0%时，锚固长度分别为260、410 mm 时，构件的极限荷载分别为 124 23、77 27 MPa，说明相同锚固长度构件的极限荷载随着再生骨料取代率的增加而逐渐增大。在再生骨料取代率为 100%时，锚固长度分别为 260、410 mm时，构件的极限荷载分别为 146 83、210 51 MPa。由此可见，锚固长度越大则相同再生骨料取代率试件的极限荷载越大，这主要是因为较长的锚固长度会使得混凝土与钢管的接触面积增加，相应的与内壁的摩擦力增加而增大构件的极限荷载13-16。2 2极限粘接强度的影响因素图 2 为钢混凝土组合构件极限粘接强度的影响因素分析结果。(a)温度(b)时间(c)再生骨料取代率64研究报告专论(d)强度等级(e)锚固长度图 2钢混凝土组合构件极限粘接强度的影响因素分析Fig 2Analysis of influencing factors on ultimate bondstrength of steel concrete composite members从图2(a)的构件所受温度对极限粘接强度的影响来看，当再生骨料取代率为 0%时，温度分别为 20、200、400、600 和800 时，极限粘接强度分别为0474、0697、0876、1153 和16 MPa，可见，构件的极限粘接强度会随着温度升高而逐渐增大;当再生骨料取代率分别为50%和100%时，构件的极限粘接强度也都会随着温度升高而逐渐增大，且再生骨料取代率越高，则相应地相同温度下构件的极限粘接强度越大。从图 2(b)的构件所受高温时间对极限粘接强度的影响来看，当再生骨料取代率为 0%时，时间分别为 0 5、1 和 2 h 时，构件极限粘接强度分别为0 812、0 975 和 1 153 MPa，构件的极限粘接强度会随着时间延长而逐渐增大;当再生骨料取代率分别为 50%和 100%时，构件的极限粘接强度也都会随着时间延长而逐渐增大，且再生骨料取代率越高，则相应地相同时间下构件的极限粘接强度越大。从图 2(c)的构件再生骨料取代率对极限粘接强度的影响来看，当温度为 20 时，不同取代率下构件的极限粘接强度较小，且表现为随着取代率增加而增大的特征;当温度上升至 200 800 时，构件的极限粘接强度也呈现随着再生骨料取代率增加而增大的特征，其在相同再生骨料取代率下，温度越高则相应构件的极限粘接强度越大。从图 2(d)的构件混凝土强度等级对极限粘接强度的影