型钢高强混凝土界面黏结传力机理及影响因素分析

为了揭示型钢高强混凝土界面黏结传力机理,以混凝土强度、横向配箍率、保护层厚度、型钢锚固长度和抗剪件设置部位为变化参数,设计12个试件进行静力推出试验,观察试件的受力破坏过程及裂缝发展形态,获取各试件加载端和自由端的荷载-滑移全过程曲线,基于试验结果对型钢高强混凝土界面黏结传力机理进行了详细阐述,并对各变化参数的影响规律进行了深入分析,最后对型钢高强混凝土界面黏结强度计算方法进行了探讨,并提出其实用计算方法。研究结果表明：适当增大截面的横向配箍率和混凝土保护层厚度,能有效提高型钢高强混凝土的界面黏结强度;当型钢锚固长度满足一定值后,增大锚固长度对提高极限黏结强度并不明显;对高强混凝土而言,随着混凝土强度等级的提高,界面极限黏结强度却有所降低;通过设置抗剪件的方法能有效提高界面黏结传力性能;型钢高强混凝土界面黏结传力的组成中,化学胶结力占比重最大,摩擦力次之,机械咬合力最小。     

往复荷载作用下型钢再生混凝土界面黏结性能及影响因素分析

为研究往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结滑移性能,设计了14个型钢再生混凝土试件并对其进行往复加载试验,分析了型钢再生混凝土的黏结破坏过程,研究了其界面黏结应力分布,在此基础上考察了不同设计参数对型钢再生混凝土界面黏结强度的影响。结果表明：往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结破坏过程可分为4个阶段(微滑移阶段、滑移发展阶段、黏结力陡降阶段和残余阶段),对应4个受力特征点(微滑移点、黏结荷载极限点、残余点和破坏点);与单向推出荷载作用相比,往复荷载作用下试件的极限黏结强度最大降低40%左右;加载初期,在正向卸载和正向加载时,黏结应力峰值在固定端附近,且随型钢埋置长度的增大而逐渐减小;在负向加载和负向卸载时,加载端附近黏结应力逐渐变大,试件由两端向中间逐渐破坏;型钢再生混凝土的特征黏结强度随着再生混凝土取代率的增加而降低,随着型钢保护层厚度、体积配箍率和再生混凝土强度的增加而提高。最后建立了型钢再生混凝土的特征黏结强度计算式,并将计算值与试验值进行对比,两者吻合较好。     

型钢-钢纤维混凝土组合结构的黏结破坏及传力机理研究

为了解决型钢混凝土组合结构的施工难题,利用离散的钢纤维代替传统钢筋笼,提出了型钢-钢纤维混凝土组合结构。以截面类型、钢纤维掺量、界面锚固长度和钢纤维混凝土保护层厚度为设计参数,进行了36个型钢-钢纤维混凝土试件的标准推出试验,研究了试件的受力性能,对破坏形态进行了统计归类,完成了损伤破坏全过程分析。试验结果表明：自由端与加载端的荷载-滑移关系并不同步,自由端先于加载端达到屈服;黏结劈裂裂缝首先出现在保护层厚度最小的钢纤维混凝土表面,然后由外向内发展,而黏结裂缝以型钢翼缘肢尖处为起点,沿45°斜向由内向外发展,直至达到钢纤维混凝土外表面;试件的破坏形态可分为黏结劈裂破坏、黏结锚固破坏、过渡破坏和型钢屈服破坏4种类型;型钢与钢纤维混凝土之间的黏结作用主要依靠化学胶结力、摩擦力和机械咬合力,推出试验的黏结滑移全过程可精细化地分为5个阶段和5个极限状态。     

高温后方钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为研究高温后方钢管高强混凝土的黏结性能,以混凝土强度、温度、锚固长度为变化参数,完成了17个方钢管高强混凝土试件的高温后静力推出试验。通过试验获取了各试件的荷载-滑移曲线及特征点参数,分析了各变化参数对黏结强度的影响;并基于试验分析,提出了高温后方钢管高强混凝土黏结滑移的本构关系。结果表明：加载端和自由端的荷载-滑移曲线形状相似;方钢管高强混凝土黏结强度与锚固长度成反比,并随恒定温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势;试件黏结损伤的发展随历经恒定温度的升高而发展较迟且缓慢;界面黏结耗能能力总体上随混凝土强度的提高而增强、随历经温度的升高而下降的变化趋势;方钢管的应变与应力沿其长度方向均呈指数分布,由自由端向加载端减小。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

型钢高强混凝土界面粘结性能研究

基于型钢高强混凝土推出试验,探究混凝土强度、保护层厚度、横向配箍率及试件锚固长度对型钢高强混凝土粘结强度、应力分布、粘结滑移本构关系的影响。结果表明:不同试件荷载-滑移曲线变化规律基本相同,试件粘结应变沿长度方向呈指数规律分布。不同因素对型钢高强混凝土粘结强度影响较为显著,随着混凝土强度等级的提高、保护层厚度的增加、横向配箍率的增大,型钢高强混凝与粘结强度逐渐提高,平均粘结应力逐渐增大;试件锚固长度对型钢高强混凝土平均粘结应力影响较小。基于回归分析得出型钢高强混凝土粘结-滑移本构关系式。     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结滑移性能及本构关系

为了研究钢筋与再生混凝土在不同冻融循环次数下的黏结滑移性能,通过对5组共75个试件进行中心拉拔试验,以保护层厚度、钢筋锚固长度、混凝土类型为变量,建立考虑位置函数的黏结滑移本构关系,并通过ANSYS有限元分析软件对再生混凝土黏结性能进行数值模拟.结果 表明:冻融后钢筋与再生混凝土的黏结性能略低于普通混凝土;相同冻融循环次数下,保护层厚度越大,钢筋锚固长度越短,则黏结强度和平均黏结刚度越大,峰值滑移量越小,其中保护层厚度对再生混凝土的黏结性能影响最大;冻融循环次数的增加,使得黏结应力加速向自由端传递,经历100次冻融循环后,自由端黏结应力峰值超过加载端.通过试验分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并建立了考虑位置函数的钢筋与再生混凝土的黏结-滑移本构关系.     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结滑移性能及本构关系

为了研究钢筋与再生混凝土在不同冻融循环次数下的黏结滑移性能,通过对5组共75个试件进行中心拉拔试验,以保护层厚度、钢筋锚固长度、混凝土类型为变量,建立考虑位置函数的黏结滑移本构关系,并通过ANSYS有限元分析软件对再生混凝土黏结性能进行数值模拟.结果 表明:冻融后钢筋与再生混凝土的黏结性能略低于普通混凝土;相同冻融循环次数下,保护层厚度越大,钢筋锚固长度越短,则黏结强度和平均黏结刚度越大,峰值滑移量越小,其中保护层厚度对再生混凝土的黏结性能影响最大;冻融循环次数的增加,使得黏结应力加速向自由端传递,经历100次冻融循环后,自由端黏结应力峰值超过加载端.通过试验分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并建立了考虑位置函数的钢筋与再生混凝土的黏结-滑移本构关系.     

角钢混凝土黏结滑移性能试验与数值模拟

为研究角钢混凝土界面黏结性能,以黏结长度、保护层厚度、混凝土强度为变化参数,设计了9个角钢混凝土试件。获取了加载端的荷载-滑移曲线,分析了各参数对极限黏结强度的影响; 提出了黏结界面极限黏结强度计算公式并与试验结果进行对比,两者吻合较好; 基于界面库仑摩擦准则和重启动分析技术建立了精细化有限元模型,实现了对黏结界面逐步剥离过程的准确模拟。基于研究参数提出了传递长度的计算公式,并与数值模拟进行了对比,证明了该公式的适用性。结果表明:角钢的肢尖具有强烈的致裂作用,推出过程中裂缝的发展将显著降低黏结强度; 极限黏结强度随混凝土强度提高和保护层厚度的增大而提高,但随黏结长度的增大近似呈线性降低趋势; 加载端荷载-滑移曲线包括化学胶结段、上升段、下降段和残余段4个阶段,各阶段界面黏结机理和黏结应力的组成均不相同; 黏结界面的破损从加载端向自由端逐步扩展,扩散过程中黏结应力的传递长度保持不变。     

型钢再生混凝土黏结滑移推出试验及黏结强度分析

为研究型钢与再生混凝土界面之间的黏结滑移性能,以再生粗骨料取代率、型钢与再生混凝土的黏结部位、型钢保护层厚度、横向配箍率、再生骨料母料强度和再生骨料粒径等为变化参数,设计了22个型钢再生混凝土试件,采用位移控制的加载方法进行推出试验。通过观察试件的受力破坏过程,分析型钢与再生混凝土界面黏结失效机理,获取其裂缝发展形态、应力分布情况、加载端和自由端滑移分布规律;分析不同参数对型钢再生混凝土黏结滑移性能的影响规律。研究结果表明：型钢不同黏结部位与混凝土的黏结应力不同,翼缘内侧黏结应力最高,翼缘外侧次之,腹板黏结应力最小;黏结应力沿型钢埋置长度方向呈指数分布;再生骨料的母料混凝土使用时间越长,用其生产的骨料配置的同条件的混凝土强度越低;再生混凝土骨料粒径越小,再生混凝土与型钢的极限黏结强度越小。     

受栓钉强度控制的钢板-混凝土界面黏结滑移性能试验与本构模型

以预应力型钢-混凝土界面为研究对象,旨在建立钢板-混凝土栓钉连接界面黏结滑移的本构关系。研究以混凝土强度、栓钉数量及法向压应力为变量,采用正交试验法对18个钢板-混凝土界面试件进行剪切试验。试验界面取为原型界面足够小的单元,使其能代表该单元内一点处的性能,从而探讨一点处的黏结滑移性能,并得到一点处的黏结应力-滑移关系曲线。结果表明：试验后期均发生栓钉剪断造成黏结应力骤降的破坏。混凝土强度和法向压应力的增加对界面的屈服、峰值和残余黏结应力均有提高作用;栓钉含量对界面的屈服及残余黏结应力影响不大,但可提高界面的峰值黏结应力,还可增大峰值黏结应力点的滑移及残余段初始滑移,提高延性。基于试验结果分别建立了无栓钉、含单栓钉和含双栓钉的钢板-混凝土界面黏结滑移本构模型,统计回归了模型中特征点的应力及滑移等参数的算式。所提模型与试验结果吻合良好,达到了在黏结滑移本构关系中考虑栓钉影响的目的。     

型钢混凝土粘结滑移本构关系的分析研究

根据国内外关于型钢混凝土组合结构粘结性能的理论和试验研究成果,分析了型钢混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力的分布规律,对型钢混凝土的粘结滑移本构关系进行分析。建立了一个新的二次多项式函数,为以后与钢管混凝土本构关系建立统一公式奠定基础。     

重复荷载下混凝土中钢筋锚固长度的理论分析

为了研究重复荷载下混凝土中钢筋的临界锚固长度,首先运用粘结滑移基本微分方程,基于Balazs静载下局部粘结滑移本构关系推导了临界锚固长度理论解,分析了混凝土强度、保护层厚度和钢筋直径对静载下锚固长度的影响;然后基于Byung Hwan重复荷载下局部粘结滑移本构关系,根据粘结疲劳寿命基本理论,即当重复荷载下钢筋滑移量增长到静载最大滑移量时发生粘结疲劳破坏,推导了重复荷载下粘结锚固长度公式,分析了应力水平、应力循环次数对重复荷载下锚固长度的影响。研究表明：重复荷载下,由于粘结性能的退化,钢筋的临界锚固长度应有所增加,在低应力水平下,重复荷载次数对锚固长度影响不大,在高应力水平下影响明显。研究结果可为深入研究混凝土结构疲劳性能提供依据和方便。     

型钢混凝土的极限粘结强度试验研究

对11个具有不同截面尺寸、粘结长度、混凝土强度等级、保护层厚度、配箍率的型钢混凝土短柱进行了试验研究。测量的关键参数是型钢混凝土之间的粘结应力和滑移。型钢的粘结长度、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度、配箍率是影响粘结性能和粘结强度的主要因素。提出了型钢翼缘和腹板处的粘结应力分布模式及极限粘结强度的计算公式。     

地聚物混凝土与钢筋黏结性能研究

对24个钢筋-地聚物混凝土黏结试件进行中心拉拔试验,分析钢筋与地聚物混凝土的黏结 破坏机理,考察地聚物混凝土抗压和劈裂抗拉强度、钢筋类型、钢筋直径、混凝土保护层厚度 及钢筋黏结长度等因素对钢筋-地聚物混凝土黏结性能的影响,并与钢筋-普通水泥混凝土之间 的黏结性能进行比较。实验结果表明,当钢筋的黏结长度为5d时,相对保护层厚度c/d =3.67为 变形钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件破坏模式由拔出破坏向劈裂破坏转变的临界点;对于d=14 mm的钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件,9d的钢筋黏结长度可使钢筋屈服先于钢筋拔出或混凝土 劈裂发生。基于实验结果,还建立了变形钢筋-地聚物混凝土的黏结-滑移本构模型,采用该模 型计算得到的不同直径的变形钢筋-地聚物混凝土的黏结-滑移曲线与实测曲线接近。     

型钢混凝土柱粘结滑移性能及ANSYS数值模拟方法研究

进行了20个型钢混凝土构件的推出试验、20根型钢混凝土偏心受压柱试验,以及23根型钢高强混凝土柱在反复荷载作用下的试验。通过在型钢与混凝土之间埋设的电子滑移传感器和电阻应变片,得到了粘结应力和内部滑移沿型钢埋置长度的分布规律;考虑了混凝土强度、型钢的保护层厚度和埋置长度,以及横向配箍率等诸因素,建立了型钢混凝土粘结强度的计算公式;分析了构件长细比、荷载偏心距对粘结强度和滑移应变的影响,提出了偏心受压柱粘结滑移本构关系的一般表达式;研究了型钢高强混凝土柱在动力作用下粘结滑移的分布规律和粘结退化机理,提出了反复加载条件下的粘结滑移本构模型。结合目前广泛应用的大型商业软件ANSYS程序,对型钢混凝土构件的非线性有限元分析方法进行了研究,全面介绍了数值计算中所涉及到的材料模型定义、几何模型建立、单元划分、约束条件处理等技术问题,并提出了采用非线性弹簧单元(Combination39单元)对型钢混凝土粘结滑移进行模拟的实用方法。     

Experimental study on bond performance between high strength steel rebar and ultra-high performance concrete

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能，设计并制作69个试件，通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大；纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显；当纤维体积率从1%增长至3%，长径比从35增加到100时，黏结强度分别提高了23%和16%；但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响；黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加，随着黏结长度增大而降低，当保护层厚度超过4倍钢筋直径时，增幅基本不变；当黏结段位于加载端时，受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%，黏结段越靠近试件中部，加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果，确定临界锚固长度计算式，提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式，同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得，现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度，建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。