带肋钢筋与混凝土间粘结滑移本构模型

研究了带肋钢筋和混凝土之间的粘结滑移性能,推导了楔形体在尖部受集中力作用的位移解答,然后基于锥楔作用的受力机制建立了滑移量与位移边界条件的关系。根据拔出试验的破坏特征,将粘结滑移曲线的上升段按混凝土开裂与否分为两个阶段,分别采用不同的理论模型进行计算。理论模型中把滑移量作为位移边界条件引入,通过对滑移量的改变实现边界条件的变化,从而得出峰值粘结强度前各级滑移量下的粘结应力。分析了影响下降段的主要因素并拟合了呈负指数衰减规律的下降段。最后,将该文的理论本构模型与试验进行了对比、分析。     

GFRP带肋筋粘结性能试验研究

利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝七的粘结性能,确定GFRP带助筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型.试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度.试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著.通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程.     

NPR钢筋与海工混凝土的粘结性能试验研究

目前我国研究应用的钢材与西方发达国家相比强度仍然偏低,且普遍存在强度提高延性降低的问题,研究开发新型高强高延性钢筋是解决我国建筑用钢问题的有效途径.为了探究NPR钢筋能否应用于海工混凝土结构,本文采用中心拔出试验对NPR钢筋与海工混凝土间的粘结性能进行了研究,观察了试件的破坏形态,并分析了钢筋类型(NPR钢筋、普通钢筋)、海工混凝土强度等级(C30F250、C40F250、C50F250)、钢筋直径(8 mm、18 mm)及粘结长度(5d、7d)对粘结强度及粘结应力?滑移曲线的影响规律.试验结果表明:钢筋类型对破坏形态、粘结强度及粘结应力?滑移曲线均有明显影响;其他条件相同时,NPR钢筋的粘结强度低于普通钢筋;并且NPR钢筋的粘结强度随粘结长度的降低、海工混凝土强度等级的提高而增大.同时,采用三段式粘结?滑移本构模型对试验实测的粘结应力?滑移曲线进行拟合;结果表明,三段式模型能够较好地描述NPR钢筋与海工混凝土粘结应力?滑移曲线的特征.     

高温后HSC粘结滑移基础参数测量与3D有限元数值模拟

通过自行设计的装置测量了高温后粘结问题中的化学胶结力和摩擦系数,得出了它们随温度经历的变化规律。利用测得的基础参数定义了钢筋与混凝土界面的弹塑性库仑摩擦准则并将其植入有限元模型;采用面-面接触的接触单元模拟混凝土与钢筋界面的力学行为。模型通过对钢筋肋的显式离散实现了钢筋肋与混凝土间机械咬合作用的模拟。数值结果和试验数据的对比表明,该文提出的模型可以较好的模拟高温后带肋钢筋和混凝土之间的粘结滑移。最后,利用有限元模型对400℃温度经历拔出过程中的应力分布及裂缝的扩展进行了细致的研究。     

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系研究

为研究钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系,主要考虑了不同钢筋锈蚀率、不同再生粗骨料取代率、不同再生混凝土强度等因素的影响,采用加速通电锈蚀以及钢筋开槽内贴片方法,完成23组钢筋再生混凝土试件粘结-滑移性能拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线以及不同锚固位置处钢筋应变。通过实测结果及理论分析,计算得到不同锈蚀率下钢筋再生混凝土间粘结应力及滑移值沿锚固长度分布规律,分析了钢筋锈蚀前后与再生混凝土间粘结应力传递及粘结锚固位置函数差异的受力机理,提出了不同锈蚀率下反映实际粘结分布规律的粘结锚固位置函数模型,最后建立钢筋锈蚀后与再生混凝土间考虑粘结-滑移位置函数的粘结-滑移本构关系,为锈蚀后钢筋再生混凝土有限元分析提供参考依据。     

锈蚀变形钢筋与混凝土粘结应力模型研究

研究了锈蚀对钢筋混凝土无箍筋试件粘结强度的影响,建立了锈蚀导致保护层胀裂前变形钢筋极限粘结应力的理论计算模型,定量地揭示了该阶段粘结强度增强的机理。通过对钢筋肋间混凝土在挤压力、摩擦力及锈胀力作用下的受力分析,从理论上推导了锈蚀钢筋混凝土发生劈裂破坏时的粘结应力计算表达式;给出了摩擦系数等未知参数的取值大小;详细阐述了表达式的求解思路。利用已发表文献的多个试验结果对理论模型进行验证,结果表明计算值与试验值吻合良好。     

型钢高强高性能混凝土梁粘结滑移行为研究

通过12榀不同混凝土强度等级、剪跨比、配箍率的实腹式型钢高强高性能混凝土简支梁试验,得到了各级荷载作用下沿梁长度(即跨度)方向型钢应变、型钢与混凝土界面粘结应力与相对滑移分布规律。结果表明:在界面粘结应力尚未达到局部粘结强度之前,型钢应变和界面滑移近似呈指数变化;此后界面出现粘结软化,且粘结软化区段随荷载的增加逐渐向试件自由端扩散,型钢与混凝土协同工作的能力降低。通过对界面粘结滑移行为与诸影响因素的分析,从机理上揭示了粘结软化的形成与演化过程,分析了局部粘结强度与其主要影响因素的关系,并由试验结果统计回归得出了型钢高强高性能混凝土局部粘结强度的计算公式,进而提出型钢高强高性能混凝土梁局部粘结应力与加载端粘结滑移本构关系的数学模型。最后建立了型钢与混凝土界面粘结滑移分析的理论模型,求解了各级荷载作用下粘结应力的传递规律。研究成果为改进型钢高强高性能混凝土梁设计计算理论和有限元分析提供了试验依据。     

重组竹-混凝土界面粘结-滑移本构模型

为研究胶粘剂连接的重组竹-混凝土界面粘结性能及构建粘结-滑移本构模型,对44个重组竹-混凝土粘结试件进行单剪试验,并考虑了粘结长度、重组竹粘结宽度与厚度、混凝土强度及胶层厚度等因素对粘结性能的影响。研究结果表明：在不同影响因素下,试件破坏模式基本相同,均为混凝土表面发生剥离破坏,粘结界面间裂缝从加载端产生并向自由端发展,破坏过程分为弹性阶段、软化阶段和脱粘平台阶段;界面峰值剪应力随重组竹厚度、混凝土强度、胶层厚度增加而增大,随粘结宽度增加而减小。根据试验粘结-滑移曲线,建立了重组竹-混凝土界面粘结-滑移本构模型,与实验结果进行对比,该模型能较好地反映重组竹-混凝土界面剪应力与滑移量间的关系。     

型钢高性能纤维混凝土粘结滑移性能试验研究

为研究型钢与高性能纤维混凝土之间的粘结滑移性能,以高性能纤维混凝土强度、保护层厚度以及型钢锚固长度为变化参数,设计10个型钢高性能纤维混凝土试件,进而对其进行推出试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取试件的荷载-滑移曲线。基于试验结果,探讨了各设计参数对特征粘结强度的影响规律,并建立了特征粘结强度的计算公式。对有效粘结应力计算公式进行推导,得到有效粘结应力-滑移分布曲线,并对其进行全过程分析。结果表明:适当增加型钢保护层厚度和混凝土强度,能有效提高型钢高性能纤维混凝土的特征粘结强度;特征粘结强度计算值与试验值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度;有效粘结应力能够反映型钢与高性能纤维混凝土界面间粘结应力的发展变化过程,并得到粘结应力各组份之间的比例关系。研究成果可为型钢高性能纤维混凝土相关计算理论提供试验依据。     

塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋粘结锚固试验研究

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析钢筋直径、相对锚固长度（l_a/d）及混凝土相对保护层厚度（c/d）对塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋间粘结性能的影响,得出不同钢筋直径、锚固长度及相对保护层厚度对试件粘结锚固性能的影响规律,并提出塑钢纤维轻骨料混凝土钢筋锚固长度计算公式。试验结果表明:随钢筋直径的增大,试件粘结刚度增强,极限粘结强度先提高后降低;增加钢筋锚固长度会降低试件极限平均粘结强度,同时极限粘结强度对应钢筋自由端滑移量减小,试件粘结韧性则随锚固长度的增加而减小;混凝土相对保护层厚度增加会使试件极限粘结强度先提高然后趋于平稳。根据试验结果得到的钢筋锚固长度计算公式与规范给出的计算公式进行比较,从极限粘结强度的角度看,规范中的钢筋锚固长度计算公式偏于保守。     

Nonlinear three–dimensional finite–element modelling of reinforced–concrete beams: Computational challenges and experimental validation

Three–dimensional nonlinear finite–element models have been developed to investigate the loading–unloading–reloading behaviour of two reinforced–concrete beams under four–point bending using explicit dynamics in ABAQUS. The damaged–plasticity model proposed by Lubliner and collaborators was employed for the plain concrete, and elastic–perfectly plastic models were employed for the steel reinforcement. A perfect bond was assumed between the steel rebars and concrete, whereby the bond–slip behaviour, as well as damage along crack patterns, were modelled through concrete damage. The influence of the shape of the tension–softening law on the numerical load–deflection response was studied by considering bi–linear, exponential and linear post–failure stress–displacement and stress–strain relationships. The effect of modelling steel rebars with truss or beam elements was also investigated. Structured meshes of linear hexahedral elements either with incompatible modes or with reduced integration, and unstructured meshes of either linear or ‘modified’ quadratic tetrahedral elements were considered. In terms of load–deflection curves, both the structured and the unstructured meshes gave results in very good agreement with test results. In terms of crack patterns, results predicted by the structured meshes exhibited some mesh bias, which was less pronounced with the unstructured meshes. In the post–yield phase, if a geometrically nonlinear model is used, discrepancies were found when truss elements were used for steel rebars, whereas good agreement was found if the bending stiffness of the rebars is included using beam elements. This is a non–obvious result that may be important to consider when studying the progressive collapse of RC structures.     

考虑过渡区界面影响的混凝土宏观力学性质研究

混凝土材料的宏观力学特性及破坏机理由其细观组分来决定,界面过渡区是影响混凝土断裂破坏路径及宏观力学特性的重要因素。认为界面过渡区是区别于远处砂浆基质的一层含较高孔隙率的近场砂浆材料,采用“两步等效法”得到了混凝土细观单元的等效本构关系模型。最后基于细观单元等效化方法分析了在单轴拉伸、单轴压缩及弯拉载荷条件下混凝土试件的破坏过程及宏观力学性质,探讨了界面过渡区对混凝土力学特性的影响,并与随机骨料模型分析结果进行了对比。结果表明:界面相的存在对混凝土的弹性模量、强度及残余强度等力学性质有很大影响,在对混凝土宏观力学特性及细观断裂破坏过程进行研究时不可忽略其影响。     

混凝土软化本构关系对双K断裂参数的影响

混凝土裂缝扩展的双K 断裂准则，用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。其相 应的双K 断裂参数ini c K I 、un c K I 可通过简便的实验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定。已取得的 研究结果表明，起裂韧度ini c K I 的解析解与所确定的混凝土软化本构关系有关。对于简单实用的双线性软化 本构曲线而言，参数s s 、s w 、0 w 的取值直接影响软化本构关系的确定。根据本课题组新近所做楔入劈 拉实验，经分析对比得到了与实测结果相符合、为确定双K 断裂参数所使用的双线性软化本构曲线的相应 参数。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区研究

利用虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区进行了研究.以无限大板中心拉伸裂缝模型为例,将过程区裂缝张开位移采用多项式级数形式表示,求得了断裂过程区上的位移分布和粘聚力分布.进而分析了材料参数对断裂过程区上的位移、粘聚力、断裂过程区长度以及峰值外荷载的影响.结果表明:断裂过程区上的位移和粘聚力均为非线性分布.断裂过程区长度随骨料最大粒径增大而逐渐增大,随抗压强度增大而逐渐减小.峰值外荷载随骨料最大粒径和抗压强度增大均逐渐增大.     

钢筋混凝土剪力墙变形能力计算方法研究

为了确定钢筋混凝土剪力墙的变形指标,在考虑剪力墙构件高宽比、配箍特征值、轴压比和非线性剪切变形等影响剪力墙构件变形的因素之后,该文提出了一种剪力墙变形能力计算模型。该模型由受拉区、受压区及刚性域组成,称之为拉-压刚域模型。将该计算模型用于两组共12片剪力墙构件的变形指标计算,并将计算值与试验值进行了对比分析。结果表明,剪力墙构件顶点极限位移、极限转角、极限曲率以及顶点开裂位移、屈服位移和位移延性系数的理论值均与试验值吻合较好。对比结果验证了该文计算模型的有效性。     

Bond characteristics of carbon and stainless steel flat rebars with an alternate rib pattern

The good performance of reinforced concrete depends on the appropriate transfer of forces between reinforcing rebars and concrete, which relies on the bond interaction between the two materials. At an uncracked section, both materials work together by means of the bond forces; however, if the tensile strength of the concrete is reached at a certain part of the structure, a crack will appear and the steel will be the only active element at the cracked section. At increasing loads, the crack will continue opening and large crack openings may lead to a failure of the rebar and to the collapse of the whole structure. A new idea to positively influence the cracking behaviour has emerged, which is based on the combination of smooth and rib zones within the same reinforcing rebar. Furthermore, use of stainless steel flat reinforcement has been considered as an option to optimize the reinforcing of shallow slabs. This paper presents bond tests performed on carbon and stainless steel flat reinforcements embedded in concrete and with different alternate rib configurations. Test results are presented in terms of bond strength and force transfer stiffness, as well as in terms of bond stress–slip relationship. Results show no differences between the bond capacity of carbon and stainless steel rebars if other parameters are kept constant. The use of an alternate surface configuration combining smooth and ribbed zones within the bond length, does affect the bond capacity of the rebar, and the position of the smooth zone within the bond length plays an important role.     

上下层插筋连接预制混凝土空心模剪力墙有限元分析

讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新老混凝土界面的不同方法,建议了有限元界面模型的参数定义方法,并通过试验验证了其合理性。基于新老混凝土界面模拟方法,对上下层插筋连接的预制混凝土空心模剪力墙的有限元模拟方法进行了验证。通过恒定轴压力及单调水平力作用下的有限元推覆分析,针对空心模剪力墙的受力性能进行了关于插筋搭接长度、插筋端头位置、插筋总受拉承载力、后浇混凝土强度和轴压比的参数分析。结果表明,所采用的新老混凝土界面模拟方法及基于其进行的空心模剪力墙有限元模拟准确、合理;插筋搭接长度取1.2倍锚固长度能够满足要求;增大插筋总受拉承载力可提高墙体承载力,受拉开裂较严重的区域上移并向内延伸;为充分发挥墙体的承载能力,建议后浇混凝土强度不应低于预制混凝土强度;轴压比较大时,墙体受压损伤区域增多,影响墙体的承载力稳定性和变形能力,建议在墙体底部增设拉筋及水平分布筋,以改善墙体在较高轴压比下的抗震性能。     

考虑应变梯度效应的三点弯梁模型解析研究--第一部分:局部化带的传播

为分析应变软化和由此带来的应变局部化问题,将梯度塑性理论引入裂纹带模型。以拉应变局部化区域代替裂纹带,在三点弯梁裂纹带(具有一定尺寸的带宽由特征长度确定)内部存在着不均匀分布的拉应变,这与实验结果相符。对拉应变进行积分,得到了拉应变局部化区域的张拉位移的理论表达式,结果表明:该位移与拉应力成线性规律,拉应变局部化区域的宽度越大,弹性模量越小或降模量越小,则该位移越大。此外,采用应力平衡条件、应变软化的本构关系及平截面假定,还得到了拉应变局部化区域的扩展规律,结果表明:下降模量越大、三点弯梁高度越小及弹性模量越小,则在相同的拉应力的情况下,拉应变局部化区扩展的长度越小;抗拉强度对拉应变局部化区扩展长度的最大值没有影响。此外,还研究了梁中部横截面内中性轴到具有最大承载能力的点的距离的变化规律。     

砼双K断裂参数的实用解析方法

采用标准三点弯曲梁砼试件,利用试验中测得的最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了砼裂缝亚临界扩展量caD。提出了由虚拟裂缝闭合力)(xs产生的应力强度因子cKI的实用解析方法,进而计算了砼双K断裂参数iniKIC及unKIC。采用这一方法,只需在试验中测得最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc、砼弹性模量及抗拉强度即可确定双K断裂参数并且无需对cKI进行数值积分。大量的计算分析表明,这一实用解析方法不但可使计算过程进一步简化,而且具有很高的精度。