多軸應力狀態下鋼筋與混凝土的粘結性能

《多軸應力狀態下鋼筋與混凝土的粘結性能》是依託大連理工大學,由吳智敏擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多軸應力狀態下鋼筋與混凝土的粘結性能
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳智敏

項目摘要

鋼筋與混凝土的粘結強度是結構設計的一個重要參數，而結構中鋼筋與混凝土粘結部位的應力狀態是影響其性能的重要因素。本項目擬採用試驗和理論分析相結合，開展多軸應力狀態下鋼筋與混凝土粘結性能研究。在三軸試驗機上，採用混凝土立方體拉拔試件研究多軸應力狀態及不同應力比下鋼筋與混凝土粘結強度的變化規律、與應力狀態相關的粘結滑移本構模型。採用鋼筋內貼片的方法研究多軸應力狀態下粘結應力沿粘結長度的分布及粘結性能變化的內在機理。根據試驗中粘結破壞的特點，引入I型及II型非線性斷裂力學，建立多軸應力狀態下鋼筋與混凝土粘結破壞的斷裂力學模型。根據試驗獲得的粘結-滑移曲線，建立基於粘結界面斷裂參數的本構關係，採用非線性斷裂理論推導錨固件發生粘結破壞時的承載力。該項目的研究成果不僅能揭示應力狀態與粘結性能之間的關係，對粘結問題的本質認識也有重要意義，對複雜應力狀態下的錨固工程也具有理論意義及工套用價值。

結題摘要

本基金項目主要採用試驗研究結合理論分析的方法,開展在複雜應力條件下的光圓和變形鋼筋與混凝土的粘結滑移性能的研究。首先，通過大量試驗研究了光圓和變形鋼筋在側向壓、拉以及拉壓組合三種應力狀態下的粘結性能。試驗採用中心拉拔試件，考慮了鋼筋直徑、混凝土強度以及單/雙軸複雜側向應力的影響。試驗中測得了複雜應力作用下的粘結應力-滑移曲線，選取了用以表征粘結性能的主要參數，並分析其與側向複雜應力的關係。試驗結果表明，施加側向應力後，鋼筋的粘結機理髮生改變，而側向應力對粘結性能產生極大影響。通過對試驗數據的回歸，提出了極限和殘餘粘結強度，以及峰值粘結應力對應的滑移量的經驗表達式。當鋼筋直徑、混凝土強度以及側向應力水平已知時即可確定以上粘結參數。試驗中同時考察了自密實輕骨料混凝土在複雜壓應力下的粘結性能，並對比其與普通混凝土的差別。其次，在試驗的基礎上，構造了可以同時描述光圓與變形鋼筋在側向壓、拉以及拉壓組合應力狀態下粘結應力-滑移本構關係的模型。選取了合適的數學模型用以描述粘結應力-滑移曲線，並根據試驗結果校準了相關參數。只要給定鋼筋直徑、混凝土強度以及側向應力水平，即可確定鋼筋與混凝土的粘結應力-滑移曲線。該本構關係可以為考慮複雜應力影響的鋼筋混凝土構件的有限元分析提供參考。最後，藉助彈性力學及斷裂力學，對光圓和變形鋼筋的粘結性能進行了理論研究。運用彈性理論，假定材料均勻與連續性，在粘結界面緊密接觸的基礎上解析推導了光圓鋼筋在側向複雜壓應力及均勻拉應力作用下的粘結強度，並對影響計算結果的參數進行了敏感性分析。基於粘聚力的虛擬裂縫模型，對變形鋼筋粘結試件的劈裂破壞進行了理論分析。假定虛擬裂縫面線性分布，同時假定內層混凝土開裂區滿足等效彈性周向變形。粘結強度的理論計算結果與試驗結果吻合良好。