波形腹板鋼纖維PEC柱界面黏結(jié)滑移性能試驗研究

中圖分類號：TU375；TU352.1 文獻標(biāo)志碼：A

Abstract：Partially Encased Composite （PEC）columns ofer the advantages of good stability and high precast degree.Adding steel fibers into the concrete mix can efectively restrain the development of concrete cracks.Inthis paper，eight stel fiber-reinforced PEC column specimens with corrugated web were designed and tested，with the anchoragelengthand steel fiber content asvariables.Thebond-slip behaviorat the interface was studied.The results show that the steel fiber-reinforced concrete specimens are broken through the interface cracks in the load decreasing section，and the failure modeof the specimens is the natural bonding forcefailure atthe interface.The interface bond performance is the best whenthe steel fibercontentis constant and the anchoring length is 650 mm. Adding steel fiber into theconcrete can improve the bond properties.With the increase of steel fiber content，the initial sliploadandinitial strength increase，andtheultimateloadfirstdecreasesandthenincreases.Whenthesteel fiber content is 1.5% ，the ultimate strength reaches the minimum value and the residual strength reaches the maximum value.The strain of the flange of the steel plate is approximatelyexponential with the anchoragelength in theloadrising section，and thestrainofthe corrugated web iswavy.Acalculation formula of the specimen’s characteristic bond strength was obtained by linear regresion fitting. Comparing the calculated value with the test value，it was found that the error was small，which could provide a reference for the bearing capacity design and application of the corrugated web steel fiber PEC column.

Key Words：corrugated web PEC column;stel fibers;bond-slip;push-out test;effctive strain;bond strength

PEC柱是一種混凝土填充于H型鋼的翼緣與腹板兩側(cè)之間的新型組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件1，其節(jié)點連接簡單、預(yù)制化程度高，型鋼包裹混凝土對其起到約束作用，可增強構(gòu)件的局部穩(wěn)定和水平抗側(cè)剛度2-5].研究發(fā)現(xiàn)在PEC柱中，與H型鋼的平腹板相比，波形鋼板與混凝土的接觸更為緊密，包裹性更強，二者相互咬合嵌固能提高其組合效應(yīng)[6-9]，使得混凝土的延性與耗能能力更優(yōu)，試件具有更大的面外剛度.同時鋼板與混凝土界面間黏結(jié)滑移性能是保證整個試件充分發(fā)揮其組合效應(yīng)的基礎(chǔ)[10-I1].而在混凝土中加入鋼纖維，能夠抑制混凝土裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，提高混凝土的韌性與變形性能[12-13]，進而增強鋼板與混凝土界面間黏結(jié)滑移性能.

目前國內(nèi)外對不同截面PEC柱的研究主要集中于軸壓、偏壓以及壓彎下的受力情況與破壞特征、抗震性能等方面[14-16].鄭浩等[17]對部分外包型鋼混凝土的黏結(jié)機理、黏結(jié)強度和黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系等關(guān)鍵問題進行了試驗研究，推導(dǎo)出了部分外包型鋼混凝土的黏結(jié)-滑移計算式.王威等[18-20]提出了一種新型波形腹板部分包覆組合柱，并通過試驗對其軸壓、偏壓及抗剪承載力進行了研究，發(fā)現(xiàn)波形腹板PEC柱的界面黏結(jié)性能優(yōu)于平腹板PEC柱，并分別推導(dǎo)出自然黏結(jié)試件在軸心、偏心受壓狀態(tài)下以及帶栓釘試件的承載力計算公式.伍凱等[21]、Shakya等[22]研究發(fā)現(xiàn)加入鋼纖維可有效減少鋼筋用量，同時用鋼纖維部分替代鋼筋還可避免型鋼與鋼筋之間相互干擾，體現(xiàn)化整為零的思想.Harajli[23] Mohod^[24] 對不同摻量鋼纖維約束機理進行研究，發(fā)現(xiàn)用鋼纖維約束混凝土，可提高混凝土的黏結(jié)強度、韌性與變形性能.目前關(guān)于PEC柱中應(yīng)用鋼纖維及其摻量改變對構(gòu)件界面黏結(jié)滑移性能影響的研究較少，相關(guān)的理論及設(shè)計方法不夠完善，亟須通過相應(yīng)的研究來為實際工程提供理論基礎(chǔ).

鑒于此，本文通過8個波形腹板鋼纖維PEC柱試件的推出試驗，綜合考慮錨固長度和鋼纖維摻量對試件界面黏結(jié)性能的影響，研究試件破壞模式、荷載-滑移曲線，通過對自然黏結(jié)試件分區(qū)分層，研究不同區(qū)段界面的滑移過程及受力機理，對試件型鋼應(yīng)變結(jié)果進行分析，最終提出特征黏結(jié)強度計算公式，以期為后續(xù)的工程應(yīng)用提供參考．

1試驗概況

1.1試件設(shè)計

試驗設(shè)計了8個波形腹板鋼纖維PEC柱試件，主要變化參數(shù)為鋼纖維摻量和錨固長度.試件設(shè)計參數(shù)見表1.所有試件翼緣寬度均為 250mm ，選取一個完整的反對稱波段，其具體尺寸見圖1.試件的型鋼上端突出混凝土 50mm 以便推出.

表1試件設(shè)計參數(shù)Tab.1 Specimendesignparameters

注 ρ_s 為鋼纖維摻量； L_e 為錨固長度，

1.2試驗材料

采用加人鋼纖維的C40商品混凝土，鋼纖維選 用國產(chǎn)剪切波浪形鋼纖維，長度為 36mm ，等效直徑 為 0.6mm ，長徑比為60，抗拉強度為 380MPa ，具體 參數(shù)如表2所示.鋼纖維摻量按照 1.0% 、 1.5% 與

圖1典型試件示意圖（單位： mm ） Fig.1 Typical specimen diagram（unit：mm）

2.0% 的試件混凝土體積摻量配比.混凝土按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081一2019）25測定，鋼材按照《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》（GB/T228.1—2021）26進行拉伸試驗測定.測得力學(xué)性能見表3和表4.

表4鋼材力學(xué)性能

表2鋼纖維參數(shù)Tab.2Steel fibers parameters

注 ?f_cu，k 為立方體抗壓強度 σ_σ：f_c，k 為軸心抗壓強度 為軸心抗拉 強度： _;Ec 為彈性模量.

1.3加載裝置與測點布置

本文采用推出試驗，從試件底部將混凝土自下往上推出.定義試件底部為加載端，頂部為自由端，在試件底部設(shè)置兩塊厚度為 50mm 的鋼墊板，頂部放置一塊厚度為 20mm 的方形鋼墊板，試驗加載裝置如圖2所示.

圖2加載裝置Fig.2Loadingdevice

試件測量內(nèi)容為加載端與自由端的滑移以及型鋼腹板與翼緣應(yīng)變.兩端各設(shè)置兩個線性位移計，分別固定在試件的兩側(cè)以測量滑移.波形腹板應(yīng)變片沿錨固深度等間距布置在波谷與波脊處；翼緣處的應(yīng)變片布置在外側(cè)，待混凝土養(yǎng)護完畢后再粘貼.具體墊板及位移計與應(yīng)變片的布置如圖3所示.

試驗采用位移控制的單調(diào)加載方式，初始加載速率為 0.3mm/min ，當(dāng)荷載下降至峰值荷載的 80% 左右時，適當(dāng)提速至 0.5mm/min ；當(dāng)?shù)竭_殘余荷載階段時，加載速率提速至 1mm/min ；當(dāng)位移接近 40mm 或即將超過位移計量程時，停止加載.

2試驗結(jié)果

2.1試驗現(xiàn)象

典型試件破壞情況如圖4所示.

普通混凝土試件：荷載上升段試件加載端產(chǎn)生界面裂紋，之后延伸至自由端，荷載下降段觀察到明由于自由端更易受試件澆筑及加載條件等因素的影響，本文對加載端曲線進行分析.

圖3測點布置（單位： mm ））Fig.3 Measuring point arrangement（unit：mm）

圖4典型試件破壞情況 Fig.4Failure conditions of typical specimen

顯的滑移.試驗過程中，偶爾發(fā)出混凝土與型鋼界面的摩擦聲.試驗結(jié)束后觀察到混凝土只有輕微的外凸現(xiàn)象，混凝土完整性良好.

鋼纖維混凝土試件：加載前期無明顯現(xiàn)象，試件內(nèi)部發(fā)出界面摩擦聲；加載到峰值荷載的 80% 時，試件加載端出現(xiàn)界面裂紋，而后迅速向自由端延伸，部分試件出現(xiàn)明顯界面錯動聲；加載后期，即荷載下降段，界面裂紋貫通，界面出現(xiàn)肉眼可見的滑移，部分試件混凝土外凸較為明顯，但所有試件的混凝土完整性良好.

2.2荷載-滑移曲線

各試件的荷載-滑移曲線如圖5所示.加載端與自由端的荷載-滑移曲線規(guī)律相同，且各荷載特征值基本相同.加載端先于自由端出現(xiàn)滑移，界面力逐漸由加載端傳遞到自由端，因此自由端存在一定滯后.

特征荷載-滑移曲線如圖6所示.曲線簡化后分 為微滑移段OA、滑移段 AB 、陡降段 BC 、緩降段 CD 及 荷載殘余段DE.

1）微滑移段 OA

試件加載初期，界面黏結(jié)力全部由化學(xué)膠結(jié)力

圖5荷載-滑移曲線Fig.5Load-slip curve

圖6特征荷載-滑移曲線 Fig.6Characteristicload-slipcurve

承擔(dān)，試件不發(fā)生滑移，界面未出現(xiàn)裂縫.荷載繼續(xù)增大，當(dāng)曲線到達初始滑移點 A 時，化學(xué)膠結(jié)力達到峰值，此時荷載為 P_s ，對應(yīng)滑移為 S_s

2）滑移段AB

A點后試件黏結(jié)界面開始逐步出現(xiàn)滑移，且黏結(jié)區(qū)域由兩端向中部不斷延伸.隨著滑移的增加，化學(xué)膠結(jié)力占比逐漸降低，而機械咬合力與摩擦力的占比則逐漸增加.此時，界面黏結(jié)力以機械咬合力為主.滑移段的曲線斜率小于微滑移段.當(dāng)混凝土達到其抗剪強度后，曲線到達點 B ，此時荷載達到峰值為 P_u ，對應(yīng)滑移為 S_u

3）陡降段BC

試件達到峰值荷載后，化學(xué)膠結(jié)力完全喪失，僅由機械咬合力與摩擦力起到界面黏結(jié)作用.混凝王發(fā)生剪切破壞，試件延性不足導(dǎo)致承載力陡降到點 c

同時伴有少量滑移，此時荷載為 P_d ，對應(yīng)滑移為 S_d

4） 緩降段 CD

c 點后隨著滑移繼續(xù)增大，機械咬合力不斷減 小，直至失效，界面趨于平滑.殘余荷載為 P_r ，對應(yīng)滑 移為 S_r （204

由于界面滑移過程中鋼纖維的牽拉作用，鋼纖維失效后界面會產(chǎn)生頓挫感，曲線下降段出現(xiàn)輕微的鋸齒波折現(xiàn)象.同時，界面受力分布不均勻使得局部受力超過界面黏結(jié)力時會出現(xiàn)卸力現(xiàn)象，曲線出現(xiàn)明顯平臺段.

5）荷載殘余段DE

當(dāng)機械咬合力完全失效時，曲線進入荷載殘余段，界面黏結(jié)力由摩擦力承擔(dān)且保持不變，此時界面接觸狀態(tài)達到穩(wěn)定，最終殘余荷載趨于穩(wěn)定.

3黏結(jié)滑移性能分析

3.1界面滑移過程分析

試件破壞模式均為界面自然黏結(jié)力失效破壞，破壞時界面裂紋貫通，界面出現(xiàn)明顯的滑移.型鋼與混凝土之間通過自然黏結(jié)力來傳遞荷載，自然黏結(jié)力包括化學(xué)膠結(jié)力、機械咬合力及摩擦力.

將自然黏結(jié)試件界面錨固長度分段，從黏結(jié)擴散的角度分為滑移區(qū)和無滑移區(qū)（包括黏結(jié)擴散區(qū)和協(xié)同受力區(qū)），黏結(jié)擴散區(qū)位于滑移區(qū)與協(xié)同受力區(qū)之間，存在化學(xué)膠結(jié)力.從黏結(jié)失效的角度分為完全黏結(jié)層、黏結(jié)失效層與黏結(jié)破碎層，其中黏結(jié)失效層包含于黏結(jié)擴散區(qū)內(nèi).對自然黏結(jié)試件進行的界面受力機理分析如下.

微滑移段，前期型鋼與鋼纖維混凝土界面滑移量較小，基本處于共同受力狀態(tài)的彈性階段，界面黏結(jié)力完全由黏結(jié)擴散區(qū)的化學(xué)膠結(jié)力承擔(dān)，且隨外荷載的增大而增大.在應(yīng)力傳遞過程中，自由端處的型鋼受力面積較小，將頂部加載板施加的反力傳遞給黏結(jié)界面；加載端處的鋼纖維混凝土受力面積較大，將底部加載板施加的外力傳遞給黏結(jié)界面.后期界面出現(xiàn)少量的黏結(jié)失效層，黏結(jié)擴散區(qū)的化學(xué)膠結(jié)力部分消失.此階段的化學(xué)膠結(jié)力類似于靜摩擦力，從零增長直至極限值.界面發(fā)展情況如圖7（a）、（b）所示.

陡降段，黏結(jié)擴散區(qū)的長度開始減小，化學(xué)膠結(jié)力降低的幅度遠大于機械咬合力與摩擦力提升的幅度，因此荷載出現(xiàn)陡降.隨后化學(xué)膠結(jié)力完全喪失，自由端開始出現(xiàn)滑移，此時全界面都已黏結(jié)失效，均為滑移區(qū)，界面處鋼纖維混凝土凹凸不平的表面逐漸被磨平，犁溝效應(yīng)[27逐漸減弱，機械咬合力隨著滑移增加而逐漸減小.界面發(fā)展情況如圖7（e所示.

緩降段，荷載較小且?guī)缀醪蛔儯缑婢鶠榛?區(qū)，界面黏結(jié)力由機械咬合力與摩擦力承擔(dān)，機械咬 合力不斷減小直到消失，隨著黏結(jié)界面逐漸被破壞， 界面摩擦系數(shù)趨于恒定，界面黏結(jié)力僅由摩擦力 提供.

荷載殘余段，界面僅存在滑移段，界面黏結(jié)力僅由摩擦力承擔(dān).此時界面層的鋼纖維混凝土與型鋼接觸面存在黏結(jié)破碎帶，界面因鋼纖維混凝土塑性破壞產(chǎn)生的部分碎屑的填充而相對平整，摩擦力保持恒定.

綜上所述，自然黏結(jié)力在不同加載段的各部分組成比例不同，在微滑移段和滑移段，主要以化學(xué)膠結(jié)力為主，隨著荷載上升，化學(xué)膠結(jié)力逐漸消失，機械咬合力及摩擦力占比逐漸上升；在陡降段和緩降段，主要以機械咬合力及摩擦力為主；在荷載殘余段，界面僅依靠摩擦力來傳遞縱向黏結(jié)力.此破壞模式的主要受力部分為型鋼與混凝土之間的黏結(jié)層，因此混凝土完整性較好，且殘余荷載較低.

各階段的黏結(jié)受力機理如表5所示.

3.2界面相互作用分析

附近界面的黏結(jié)應(yīng)力率先達到化學(xué)膠結(jié)應(yīng)力的極限值，伴隨著該區(qū)域的水泥膠體被剪斷.后期界面的協(xié)

界面黏結(jié)力的傳遞與發(fā)展本質(zhì)上是各部件之間相互作用的結(jié)果，且與各部件之間的受力狀態(tài)及材料性能息息相關(guān)，波形腹板鋼纖維PEC柱試件界面相互作用主要依靠波形腹板與混凝土之間的相互作用及混凝土與鋼纖維之間的相互作用.

表5各階段的黏結(jié)受力機理

Tab.5 The bond force mechanism of each stage

波形腹板與混凝土相互作用：腹板形式會對界面力的傳遞及相互作用產(chǎn)生影響.當(dāng)腹板為波形時，由于截面形式不同，在波脊或波谷的尖端會產(chǎn)生一定的擠壓應(yīng)力，如圖8所示.隨著推出荷載的增加，混凝土與波形腹板相互擠壓形成的擠壓應(yīng)力與界面黏結(jié)應(yīng)力共同作用，擠壓應(yīng)力沿橫截面橫向發(fā)展，界面黏結(jié)應(yīng)力沿錨固長度縱向發(fā)展，擠壓應(yīng)力是形成摩擦應(yīng)力的關(guān)鍵，而摩擦應(yīng)力同樣也是界面黏結(jié)應(yīng)力的重要組成部分，因此擠壓應(yīng)力與界面黏結(jié)應(yīng)力相互影響、同步發(fā)展.由于波形截面受力不對稱，在推出過程中波形腹板與混凝土出現(xiàn)界面分離的趨勢．

圖8波形腹板與混凝土相互作用影響

混凝土與鋼纖維相互作用：在擠壓應(yīng)力的影響下，混凝土在截面轉(zhuǎn)折點易有尖端裂紋出現(xiàn)的趨勢，如圖9所示.在尖端裂紋可能出現(xiàn)的區(qū)域存在亂向分布的鋼纖維，可提供與裂紋擴展方向相垂直的抗拉效果，從而在一定程度上延緩甚至阻止混凝土在該區(qū)域的開裂，即為鋼纖維的橋接效應(yīng)2.由于本試驗中鋼纖維自身的抗拉強度遠大于混凝土的開裂強度，因此除界面外其他區(qū)域基本無明顯裂紋出現(xiàn).界面附近存在的鋼纖維主要作用是增大界面粗糙度，進而增大摩擦力，因此可不考慮該處的橋接效應(yīng).

3.3波形鋼板-混凝土黏結(jié)強度分析

為分析不同因素對黏結(jié)強度的影響，選擇推出試件荷載上升段初始黏結(jié)強度 τ_s 、極限黏結(jié)強度 τ_u 與殘余黏結(jié)強度 τ_r ，以平均黏結(jié)應(yīng)力來表征波形鋼板與混凝土界面間的黏結(jié)強度，計算公式為：

式中： τ 為平均黏結(jié)應(yīng)力； P 為試驗荷載值； L_e 為試件的錨固長度； D 為混凝土與波形腹板接觸面的長度.

圖9混凝土與鋼纖維相互作用影響

Fig.9Interactionbetweenconcreteand steel fiber

3.3.1錨固長度

當(dāng)鋼纖維摻量一定時，初始滑移荷載與殘余荷載均隨著錨固長度的增加而增大，極限荷載在錨固長度為 550mm 和 600mm 時差異較小，當(dāng)錨固長度增大至 650mm 時，極限荷載增長明顯，如圖10所示.這是由于隨著錨固長度增大，界面黏結(jié)面積也隨之增大，推出試件初始剛度得到提高，摩擦力受界面黏結(jié)擴散長度的影響也隨之增大.

圖10試件荷載與錨固長度的相關(guān)關(guān)系 Fig.1OCorrelationbetween thebearingcapacityof specimens and the anchorage length

初始黏結(jié)強度 τ_s 和殘余黏結(jié)強度 τ_r 與錨固長度呈線性增長關(guān)系，而極限黏結(jié)強度 τ_u 在錨固長度由550mm 增加至 600mm 時略微下降，在錨固長度為650mm 時較大.這是由于隨著錨固長度的增大，波形腹板與混凝土之間的有效接觸面積也增大，黏結(jié)擴散長度大幅增加，黏結(jié)應(yīng)力隨之增強.而在極限荷載相差不大的情況下，錨固長度較大的試件黏結(jié)面積也較大，因此黏結(jié)強度略微減小.特征黏結(jié)強度與錨固長度的關(guān)系如圖11所示.

3.3.2鋼纖維摻量

隨著鋼纖維摻量 ρ_s 的增大，初始滑移荷載隨之增大，極限荷載先減后增，殘余荷載先增后減.且通過式（1）可知，在同一試件中 L_e 與 D 不變的情況下，黏結(jié)強度與荷載呈正比例關(guān)系，因此變化規(guī)律相同.由于剪切波浪形鋼纖維主要用于提高混凝土的抗裂性，因此鋼纖維摻量對界面黏結(jié)力的提升為非線性增長.

在混凝土中加入鋼纖維可提升黏結(jié)性能，初始黏結(jié)強度 τ_s 與鋼纖維摻量呈線性增長關(guān)系，極限黏結(jié)強度 τ_u 先減后增，殘余黏結(jié)強度 τ_r 先增后減，與荷載變化趨勢相同，當(dāng)鋼纖維摻量為 1.5% 時，極限黏結(jié)強度 τ_u 達到極小值，殘余黏結(jié)強度 τ_r 達到極大值，如圖12、圖13所示.因為該摻量的鋼纖維在混凝土中的分布并不均勻，導(dǎo)致混凝土強度相對較低，因此極限荷載與相應(yīng)的極限黏結(jié)強度較低.而在殘余階段，界面黏結(jié)力僅靠摩擦力承擔(dān)，此時 1.5% 鋼纖維摻量的試件界面處的纖維分布更多，使界面摩擦力有一定程度的提高，因此殘余黏結(jié)強度較高.

圖12試件荷載與鋼纖維摻量的相關(guān)關(guān)系

Fig.12 Correlation between the bearing capacity of specimens and the steel fiber content

圖13特征黏結(jié)強度與鋼纖維摻量的關(guān)系

Fig.13 Correlationbetweencharacteristicbondstrengthand the steel fiber content

3.4應(yīng)變分析

3.4.1真實應(yīng)變

對典型試件的型鋼取荷載上升段即峰值荷載的前 50% 進行應(yīng)變分析.腹板與翼緣的應(yīng)變均指同一錨固長度處應(yīng)變平均值的絕對值.錨固長度 L_e 從加載端開始取值.試驗型鋼應(yīng)變分布如圖14所示.

由端.這是因為從底部將混凝土向上推出加載，頂部與上端板接觸的型鋼受力后將黏結(jié)力傳遞給底部，因此自由端的型鋼應(yīng)變最大，且越靠近自由端應(yīng)變越大.

試件腹板應(yīng)變在荷載上升段隨錨固長度增加呈現(xiàn)波浪形，在靠近加載端2/3錨固長度處最大，自由端與加載端的應(yīng)變均較小.這是因為該處腹板受力最大且應(yīng)變變化率最大，腹板處應(yīng)變片受鋼纖維混凝土的包裹擠壓作用，

綜上所述，型鋼應(yīng)變在數(shù)值上較小，遠未達到其 屈服破壞應(yīng)變，試件表現(xiàn)為界面裂紋貫通破壞，型鋼 與混凝土完整性良好.

3.4.2等效應(yīng)變

因試驗測得的應(yīng)變是離散而非連續(xù)的，為便于分析界面黏結(jié)應(yīng)力，通常忽略試件的尺寸效應(yīng)，對型鋼翼緣和腹板在任意截面的應(yīng)變進行等效處理.取型鋼的一小段微元體進行等效應(yīng)變分布規(guī)律分析，其局部微元體受力過程如圖15所示.

圖16等效應(yīng)變擬合 Fig.16 Equivalent strain fitting

在推出試驗過程中，型鋼并未屈服，根據(jù)受力平衡可列如下方程：

τ（x）Ddx=2D_ft_fdσ_f（x）+D_wt_wdσ_w（x）

式中： τ（x） 為型鋼平均黏結(jié)應(yīng)力； D_f 為型鋼翼緣寬度； D_w 為型鋼腹板寬度（對于波形腹板來說是腹板展開后的寬度）； t_w 為型鋼腹板厚度； t_f 為型鋼翼緣厚度； σ_f（x） 為型鋼翼緣平均應(yīng)力； σ_w（x） 為型鋼腹板平均應(yīng)力.

根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可得：

將式（3）式（4）代人式（2），可得：

結(jié)合式（5）和式（6），可得型鋼等效應(yīng)變?yōu)椋?/p>

式中： E_s 為型鋼彈性模量； ε_f（x） 為型鋼翼緣截面的平均應(yīng)變； ε_w（x） 為型鋼腹板截面的平均應(yīng)變； ε_s（x） 為型鋼等效應(yīng)變： ?：A_s 為型鋼橫截面面積，

結(jié)合本文試件參數(shù)，得到這個有具體數(shù)字的公式：

ε_s（x）=0.633ε_f（x）+0.367ε_w（x）

針對翼緣與腹板應(yīng)變片均完好的試件的等效應(yīng)變進行分析，等效應(yīng)變沿錨固長度的分布趨勢大致呈指數(shù)函數(shù)形式.等效應(yīng)變 ε_s（x） 與距加載端長度 x 有如下關(guān)系：

ε_s（x）=ζe^αx

式中： ζ 與荷載 P 相對于極限荷載 P_u 的大小有關(guān)，隨P 的增大而增大； α 與試件的錨固長度、鋼纖維摻量等影響因素有關(guān).

4特征黏結(jié)強度的計算

通過多元線性回歸，充分考慮錨固長度和鋼纖維摻量對黏結(jié)強度的影響，得到相關(guān)的鋼纖維PEC柱界面特征黏結(jié)強度計算式.

4.95

通過上式計算得出表6，由表6可知，計算值與試驗值較為吻合，初始黏結(jié)強度、極限黏結(jié)強度及殘余黏結(jié)強度的計算值與試驗值的比值平均值分別為0.988、1.001和1.038，誤差均在合理范圍內(nèi)，公式適用性較好.

表6特征強度計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較

Tab.6 Comparison of calculation results and test results ofCharacteristicintensity

5結(jié)論

本文基于波形腹板鋼纖維PEC柱的推出試驗，以自然黏結(jié)試件為對照，綜合考慮錨固長度和鋼纖維摻量對黏結(jié)性能的影響，得到以下結(jié)論：

1）試件破壞模式均為界面自然黏結(jié)力失效破壞；對試件特征荷載-滑移曲線進行歸納分析，將受力過程分為微滑移段、滑移段、陡降段、緩降段及荷載殘余段.

2）波形鋼板與混凝土界面可分為滑移區(qū)、黏結(jié)擴散區(qū)和協(xié)同受力區(qū)，黏結(jié)失效分層可分為完全黏結(jié)層、黏結(jié)失效層與黏結(jié)破碎層.自然黏結(jié)力在不同加載段的各部分組成比例不同，其中化學(xué)膠結(jié)力在荷載上升段發(fā)揮作用，機械咬合力和摩擦力出現(xiàn)在滑移段之后.其界面相互作用主要依靠波形腹板與混凝土的相互作用及混凝土與鋼纖維的相互作用.

3）在混凝土中加入鋼纖維可提升黏結(jié)性能，但 鋼纖維摻量對界面黏結(jié)力的提升為非線性增長，隨 著鋼纖維摻量 ρ_s 的增大，初始黏結(jié)強度 τ_s 隨之增大， 極限黏結(jié)強度 τ_u 先減后增，殘余黏結(jié)強度 τ_r 先增后 減；加入鋼纖維后，初始滑移荷載與極限荷載均隨著 錨固長度的增加而增大，錨固長度為 650mm 時界面 黏結(jié)性能最佳.

4）試件翼緣應(yīng)變在荷載上升段隨錨固長度近似呈指數(shù)分布，腹板應(yīng)變呈現(xiàn)波浪形，在靠近加載端2/3錨固長度處最大.對其局部微元體通過受力過程進行等效應(yīng)變分布規(guī)律分析，理論推導(dǎo)出其等效應(yīng)變公式，可為真實應(yīng)變分布預(yù)測提供參考．

5）結(jié)合試驗和影響因素分析，通過線性回歸擬合出各參數(shù)與特征黏結(jié)強度的關(guān)系式，計算值與試驗值誤差較小，可為波形腹板鋼纖維PEC柱的承載力設(shè)計提供參考．

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