重复荷载作用下钢筋混凝土锚固端黏结性能试验研究

通过对23个钢筋混凝土试件的静载和重复荷载作用下拔出试验,研究了重复荷载作用下钢筋峰值应变和残余应变、自由端和加载端滑移发展特征,得到了重复荷载作用下黏结应力-滑移滞回曲线变化规律。运用试验测定的钢筋应变,计算了静载和重复荷载作用下锚固端黏结应力分布曲线,总结了重复荷载作用下峰值黏结应力、残余黏结应力变化特征,分析了锚固端黏结应力分布机理。研究结果表明：重复荷载作用后黏结强度并不受重复次数影响;重复荷载作用下,自由端、加载端峰值滑移量和残余滑移量发展均符合疲劳破坏的三阶段特征;当滑移量累积到静载作用下破坏时的峰值滑移量时,发生黏结疲劳破坏;随着重复次数的增加,黏结应力沿锚固长度的分布出现明显的双峰现象,最大黏结应力位于距离加载端和自由端约1/4锚固长度位置处。研究结果可为深入研究混凝土结构疲劳性能提供依据。     

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.     

重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结应力-滑移关系研究

以自密实混凝土强度、新拌混凝土工作性能和粉煤灰掺量为变量,制作了3个系列共36个钢筋与自密实混凝土黏结试件和1个系列共4个钢筋与普通混凝土黏结试件,进行了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系研究。采用电液伺服加载装置进行重复加载及黏结拉拔试验,探讨了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系的特点,重点分析了各因素对各阶段黏结刚度及各特征点如残留滑移、劈裂点、残余点等的影响。试验结果表明:重复荷载作用后试件拉拔试验的破坏形态分为拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,对于拔出破坏的试件其黏结应力-滑移曲线包含滑移段、劈裂段、下降段、残余段等,而对于其余试件则只包含滑移段和劈裂段;自密实混凝土强度对各阶段黏结刚度和特征点的黏结应力、滑移的影响较大,与单调拔出结果相比,自密实混凝土强度越高,滑移段的刚度比越大、下降段的刚度比越小;粉煤灰掺量和扩展度大于600 mm时对各阶段黏结刚度和各特征点参数的影响相对较小。在此基础上,根据各因素的影响程度并考虑公式运用的方便性,回归得到重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结-滑移本构关系式。     

高强钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究

通过54个立方体中心拉拔、6个立方体偏心拉拔、6个棱柱体中心拉拔、6个板式中心拉拔共计72个拉拔试件,研究高强钢筋与活性粉末混凝土(RPC)的黏结性能,包括极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应的自由端滑移量与荷载-滑移全曲线等。探讨钢筋埋长、保护层厚度、钢筋直径、活性粉末混凝土强度变化、钢纤维掺率等因素对黏结性能的影响规律。研究表明:①钢筋埋长增加,极限拉拔荷载与自由端初始滑移荷载增加,极限黏结应力与峰值荷载对应滑移量减小;埋长从3d增加到4d,荷载过峰值后下降变快,然后荷载又逐渐上升;埋长增加到5d、6d时,钢筋被拔断。②保护层厚度增加,极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应滑移量均增加,曲线下降段变缓。③RPC强度增加,极限黏结应力与初始滑移荷载增加,荷载过峰值后下降变快,在最高强度H3型RPC试件中,荷载下降后又上升,钢筋拔出过程变快。④钢筋直径、钢纤维掺率增加,曲线下降段变缓。⑤高强钢筋与RPC黏结性能良好。在试验的基础上确定试验测定黏结强度的合理埋长,建立计算临界锚固长度的公式,拟合极限黏结应力与保护层厚度、相对埋长之间的关系式。     

早期受冻混凝土服役期黏结性能研究

为准确评估混凝土早期受冻对其与钢筋间服役期黏结性能的影响,考虑受冻环境(起冻时刻、受冻温度、受冻时长)、混凝土强度、钢筋直径等因素,采用中心拉拔试验方法研究早期受冻混凝土试件的服役期黏结性能,给出了试件的典型破坏形态及钢筋与混凝土间黏结强度、黏结应力-滑移关系曲线。研究结果表明：早期受冻拉拔试件服役期黏结破坏形态为钢筋拔出破坏或混凝土劈裂破坏;起冻时刻造成的黏结强度损失程度从大到小依次为2h、0.5h、8h、1d、3d;受冻温度为-5℃和-9℃的试件黏结强度损失接近,受冻温度为-1℃的试件黏结强度损失较小;受冻时长越长,早期受冻造成的黏结强度损失越大,自由端出现滑移时的黏结应力越小;混凝土强度等级越高,早期受冻造成的黏结强度损失程度越小,自由端出现滑移时的黏结应力越大,不同起冻时刻的曲线越靠近;钢筋直径越小,早期受冻造成的黏结强度损失程度越大,黏结应力-滑移曲线降低越明显。     

粉煤灰混凝土早期黏结性能试验研究

选取粉煤灰混凝土龄期为7d、14d、28d、60d、90d、180d和360d,对钢筋与施工期粉煤灰混凝土的黏结性能进行了拉拔试验,分析了黏结性能随龄期的变化规律。结合已有的试验结果进行统计分析,提出了粉煤灰混凝土早期黏结强度的计算式,建立了粉煤灰混凝土早期的黏结 滑移本构关系。研究结果表明：随着混凝土龄期的增长,自由端开始滑移时的荷载也随之增大,加载端、自由端滑移均减小,加载端钢筋应变增大,钢筋应变沿黏结长度的分布曲线变陡,黏结应力峰值增大;与已有研究结果相比,黏结强度计算式误差为10%~25%,黏结 滑移本构关系计算式在滑移1.0 mm以内接近,而滑移超过1.0 mm则误差较大。     

反复荷载下低强度混凝土与光圆钢筋局部黏结性能的试验研究

通过反复拉拔试验研究了不同加载阶段下光圆钢筋在低强度混凝土中黏结应力沿黏结长度的分布。根据试验中得到的光圆钢筋在低强度混凝土中的局部应力-应变关系及荷载-滑移关系推算出了沿黏结长度拉应力、黏结应力的分布曲线及局部黏结应力-相对滑移关系,并在试验研究基础上,推导了各加载阶段光圆钢筋与低强度混凝土间黏结应力分布的变化机理。试验中采用了3个黏结长度分别为10D、15D、20D(D为钢筋直径)的中心拔出试件。研究结果表明:早期加载阶段,黏结应力起始于加载端,随着荷载增大黏结应力的峰值点由加载端逐渐向自由端移动,并且钢筋表面分布的黏结应力从加载端开始,从由胶结力提供迅速转变为界面摩擦力提供;随着自由端的钢筋滑移量被记录后,分布在钢筋表面的胶结力全部消失;进入卸载阶段至荷载降为0时,由于钢筋黏结段区域存在的残留拉应力,观察到分布的残留黏结应力呈现为反对称形;随后,即使进入反复加载阶段,黏结应力的分布特征基本保持不变。另外,所有试件各测点对应的局部黏结应力-相对滑移曲线与平均黏结应力-滑移曲线的滞回特性基本一致。     

钢筋与钢纤维混凝土的黏结滑移性能及其关系模型

基于内贴应变片的钢筋与钢纤维混凝土局部黏结试件的拉拔试验,研究钢筋与不同强度钢纤维混凝土的黏结性能。通过对实测钢筋应变的分析,建立了以三次多项式表达的黏结应力分布函数,得到了各级荷载作用下钢筋与钢纤维混凝土黏结应力和相对滑移沿黏结区段的分布,进一步分析了钢纤维和混凝土强度对黏结性能的影响。结果表明,随钢纤维的体积率和混凝土强度的增大,黏结试件加载端附近的黏结应力提高,黏结应力极值总体向加载端靠拢;同时,加载端与自由端的滑移减小。最后,提出了能够较好反映钢筋与钢纤维混凝土受力过程的黏结-滑移关系模型。     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

混凝土强度对粉煤灰混凝土粘结性能的影响

试验研究了混凝土强度对粉煤灰混凝土与钢筋粘结性能的影响。结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能随着混凝土强度的提高而增强;随着混凝土强度的增大,加载端的钢筋应变亦变大;混凝土强度等级为C45的试件应力峰值的漂移更明显。     

Quantitative analysis model of bond performance between long-anchored rebar and concrete

通过钢筋开槽内贴应变片的黏结滑移梁式试验，研究长锚钢筋屈服前后钢筋的应变及黏结应力分布特征，分析钢筋屈服后发生黏结退化的原因主要是钢筋直径的减小、钢筋的塑性伸长以及接触面的破坏加剧。根据试验结果，构建了在黏结性能中考虑钢筋应变对黏结应力和滑移影响的钢筋应变沿长度方向的分布函数；基于应变分布函数，建立了可量化的长锚钢筋黏结应力-滑移分析模型；基于能量等效原则，提出了钢筋弹性段和屈服段的平均黏结应力的确定方法，以及根据加载端应力和平均黏结应力确定钢筋弹性段的长度。基于此模型，可预测长锚钢筋屈服前弹性段以及屈服后弹性段和塑性段的应变、滑移、黏结应力沿长度方向的分布，并与既有试验结果进行了对比，验证了模型的有效性。该模型可用于罕遇地震作用下混凝土结构的力学性能分析。     

长锚钢筋与混凝土黏结性能的量化分析模型

通过钢筋开槽内贴应变片的黏结滑移梁式试验,研究长锚钢筋屈服前后钢筋的应变及黏结应力分布特征,分析钢筋屈服后发生黏结退化的原因主要是钢筋直径的减小、钢筋的塑性伸长以及接触面的破坏加剧。根据试验结果,构建了在黏结性能中考虑钢筋应变对黏结应力和滑移影响的钢筋应变沿长度方向的分布函数;基于应变分布函数,建立了可量化的长锚钢筋黏结应力-滑移分析模型;基于能量等效原则,提出了钢筋弹性段和屈服段的平均黏结应力的确定方法,以及根据加载端应力和平均黏结应力确定钢筋弹性段的长度。基于此模型,可预测长锚钢筋屈服前弹性段以及屈服后弹性段和塑性段的应变、滑移、黏结应力沿长度方向的分布,并与既有试验结果进行了对比,验证了模型的有效性。该模型可用于罕遇地震作用下混凝土结构的力学性能分析。     

HRB400钢筋与钢纤维再生混凝土黏结性能及影响因素分析

设计了28组拉拔试件,研究了不同钢纤维体积掺量、再生骨料取代率、钢筋直径和锚固长度对HRB400钢筋与钢纤维再生混凝土黏结滑移性能的影响。结果表明,随着再生骨料取代率的增加,试件的黏结强度下降;与再生骨料取代率为0相比,当再生骨料取代率为100%时,试件的黏结强度下降幅度最大;随着钢纤维掺量的增加,试件的黏结强度整体呈上升趋势,极限荷载下钢筋自由端的滑移值也相应增加;钢筋直径增大时,其黏结强度有所降低;有效锚固长度增大时,黏结强度出现了不同程度的下降,且有效锚固长度为5d时的极限黏结强度最大。     

盐冻融环境下钢筋混凝土黏结-滑移本构模型

为了探索盐冻融环境下钢筋混凝土的黏结-滑移性能及其本构模型,通过自主研制的双向受压型钢筋混凝土拉拔装置和钢筋铣槽内贴应变片的测试方法,对经历了盐冻融循环作用的钢筋混凝土试件进行中心拉拔试验.结果表明:随着盐冻融循环次数的增加,试件的极限黏结强度呈线性下降趋势,自由端起滑荷载逐渐减小,劈裂破坏时的自由端滑移量先减小后增大;加载初期黏结应力峰值靠近加载端,随着荷载的增加,黏结应力峰值向自由端移动,且随试件盐冻融损伤程度的增加,峰值移动趋势愈趋明显.结合理论分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并在此基础上构建了盐冻融环境下考虑位置函数的钢筋混凝土黏结-滑移本构模型.所得结果可为寒区氯盐环境下钢筋混凝土构件的有限元分析和耐久性评估提供理论依据.     

反复荷载作用下钢筋与纤维混凝土黏结性能试验研究

为研究添加钢纤维和钢碳混杂纤维对于钢筋与混凝土在反复荷载作用下黏结性能影响,进行了48个混凝土轴心受力钢筋短锚试件在单调、等幅反复荷载以及变幅反复荷载作用下黏结性能的试验研究。结果表明：添加纤维可在一定程度上改善钢筋与混凝土间的黏结性能;黏结性能的退化在等幅反复荷载作用下主要体现在黏结应力-滑移滞回曲线峰值黏结应力的退化;在变幅反复荷载作用下主要表现为黏结强度、卸载刚度、摩阻力的不断降低,以及卸载至零时残余滑移量的不断增长;影响黏结退化的主要因素是前期的最大控制位移水平,低控制位移水平下的加载循环对高控制位移水平下的黏结性能影响较小,并给出了合理的退化机理解释。