型钢混凝土粘结滑移基本理论及应用

摘要：型钢混凝土构件具有刚度大、延展性好、承载性能强等优点，是当前工程建设中常用的一种结构类型，具有很强的推广价值。本文从型钢混凝

土粘结滑移基本理论入手，探讨了其在工程实践中应用的情况，以为相关研究和应用提供参考。

关键词：型钢混凝土；粘结滑移；理论

型钢混凝土组合结构是当前工程建设中常用的一种结构类型，其具有

很强的工作性能，具体表现在承载力、耐久性、抗疲劳、强度等多个方面。

而型钢与混凝土二者之间的粘结作用是确保该结构整体性能的重要理论基

础，所以对其相关理论及其应用进行研究具有重要的意义。

1 型钢混凝土粘结滑移基本理论

1.1 型钢混凝土粘结机理

型钢与混凝土二者之间的粘结同钢筋与混凝土二者间的粘结机理类

似，相应粘结力主要来自于以下几个方面：（1）型钢表面和混凝土中水泥

凝胶体二者表明的粘着力（化学胶着力）；（2）型钢表面与混凝土之间的机

械咬合作用；（3）型钢与混凝土之间的摩阻力。而就二者之间的具体粘结

机理而言，其主要表现在两个方面，即：一方面，在二者出现相对滑动之

前，相应的粘结力主要来自于化学胶着力，具体就是水泥浆体在型钢和混

凝土二者界面上产生的化学吸附力，受到养护情况等因素的影响。另一方

面，在型钢和混凝土二者已经发生相对滑动之后，化学胶着力就会丧失，

此时二者间的粘结力主要来自于机械咬合力和摩阻力，其中的摩阻力主要

和摩擦系数和垂直于摩擦力的正压力所决定，而机械咬合力则和型钢混凝

土保护层厚度以及钢筋中是否配有箍筋等因素有关。但是这种说法不太准

确，准确来讲，型钢和混凝土二者在不同的受力阶段，相应的粘结力是由

化学胶着力、机械咬合力以及摩阻力等作用单独作用或者同时发挥作用。

1.2 型钢混凝土粘结性能检测试验

在型钢混凝土推出试验中，在初期加载之后，加载端部范围内的压出

荷载主要借助二者间的化学胶着力来进行抵抗，以便使二者在不出现滑动

位移的情况下受力。而随着荷载的不断增加，型钢表面的水泥凝胶体会出

现过大的剪切表现，从而会引发剪切破坏问题。在发生剪切破坏之后，二

者之间的滑移最先出现在加载端部位处，自由端处则没有出现。实际上，

加载端的滑移标志着型钢和混凝土二者化学胶着力开始破坏的重要开始。

而随着荷载的进一步增加，加载端部位处会形成大范围的滑移区域，此时

的摩阻力也逐步取代了化学胶着力而成为了受力的主体。但是在尚且没有

出现滑移情况的区域中，化学胶着力依旧是二者的主要受力主体。伴随着

荷载的进一步增加，胶着破坏逐渐向自由端位置处滑移，此时的化学胶着

力完全丧失，相应的粘结应力也达到了极限粘结强度值。

在型钢和混凝土二者出现滑动之后，随着型钢表面的摩擦以及混凝土

表面碎屑的摩细，二者间的摩擦阻力会进一步降低，粘结应力峰值也有所

降低，并且相应的位置也表现为内移情况，自由端的滑移还会持续进行。

而在相接间的粘结应力数值下降到一定数值之后，就会保持恒定，直至型

钢和混凝土完全脱离推出，此时的粘结应力就是所谓的参与粘结强度。

综上所述，型钢和混凝土二者之间粘结受力情况可以依次划分成

胶着、劈裂和压出等几个主要阶段。但是由于型钢的表面大都比较平滑，

所以二者之间的机械咬合作用在粘结作用中仅起着很小的作用，主要依靠

化学胶着力和摩阻力来承受外力。但是由于型钢混凝土受力性能的复杂性

以及型钢形状的特殊性，所以二者的粘结性能也比较繁杂。

1.3 型钢混凝土粘结性能影响因素

基于上述所述，型钢混凝土结构粘结性能的影响因素主要包括以下几

个方面：

（1）混凝土强度等级。随着混凝土强度等级的提升，粘结强度也随之

增加。而在横向配筋率、混凝土保护层厚度、锚固长度以及型钢类型等相

同的条件下，平均极限粘结强度 与其抗压强度 之间正好符合线性关系，

具体的线性回归公式类型众多，比如： 和 等。但是无论那种表述方式，

均可以看出二者之间的数学关系成正比。

（2）保护层厚度。混凝土保护层厚度也是影响其粘结性能的一个重要

因素，具体表现在其对型钢横向变形的约束作用。比如，随着混凝土厚度

的增加，相应的横向约束作用也就越强，此时其粘结应力也比较大。但是

这并不意味着混凝土保护层越厚越好，其在达到一定数值之后，相应的粘

结强度不会继续随着混凝土保护层厚度的增加而增加。

（3）横向配箍率。理论上来讲，如果混凝土没有配置钢筋，那么相应

的劈裂裂缝出现的比较早，部分试件可能会完全出现崩落问题，反之裂缝

问题出现的比较晚。可以说，箍筋是提升型钢混凝土构件粘结力的重要手

段，尤其是可以显著提升水平参与阶段的残余粘结应力。而在型钢混凝土

中配置箍筋之后，相应的径向内裂缝得到了很大程度的延缓，开裂粘结应

力也比不配置钢筋的高。而在形成的劈裂裂缝达到试件表面之后，横向钢

筋会进一步限制其裂缝的开裂，有助于提升其极限粘结强度，从而可以避

免其出现劈裂破坏问题。此外，由于箍筋的配置可以改善构件受力的均匀

性，所以如果构件配有箍筋，相应的粘结性能也更加稳定。与此同时，待

其达到极限粘结强度之后，配有箍筋构件的粘结延性更好，相应的塑性变

形能力也更强。

（4）型钢埋置长度。随着锚固长度的增加，荷载也呈线性地增加，但

是相应的平均粘结强度则会伴随着锚固长度的增加而有所减小。这主要是

由于随着埋置长度的增加，受力之后的粘结应力分布就越不均匀，此时高

应力区如果越短，相应的粘结应力水平也就越低。而待其发展到水平残余

阶段之后，粘结强度会随着型钢埋置长度的减小而越发不明显。

（5）其他因素。除了上述几个影响因素之外，加载方式、型钢表面状

况、浇筑位置和质量等也是影响型钢混凝土粘结性能的重要因素。其中的

浇筑位置和质量就是指混凝土构件浇筑的位置以及质量等情况会其成型之

后粘结性能的影响，尤其是竖位浇筑更加有利于粘结性能的提升；型钢表

面状况则是指其表面的粗糙度等情况，这会在一定程度上影响二者的摩擦

力。

2 型钢混凝土粘结滑移基本理论的应用

综上所述，型钢混凝土粘结滑移机理关键在于型钢与混凝土二者的粘

结力，具体主要表现在两个方面，即：一方面，在二者出现相对滑动之前，

相应的粘结力主要来自于化学胶着力；另一方面，在二者已经发生相对滑

动之后，化学胶着力就会丧失，相应的粘结力主要来自于机械咬合力和摩

阻力。而影响其滑移特性的因素包括横向配筋率、混凝土强度等级、加载

方式、保护层厚度、表面状况以及浇筑方式等多方面内容，所以在实际应

用的过程中，要根据实际情况来合理因此，要根据工程建设的实际情况，

采取锚固措施等来提升二者间的粘结强度，以便最大程度地降低其破坏程

度。

3 结语

总之，随着工程建设的发展，型钢混凝土组合结构得到了广泛推广和

普及，并且该趋势会在未来一段时间内进步得到扩展。本文对于型钢混凝

土粘结滑移基本理论进行了详细地探究，并在此基础上提出了其应用过程

中的注意事项，以便为相关研究提供指导。

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工程建设

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