考虑混凝土耦合损伤效应的钢筋销栓作用承载性能研究

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钢筋的销栓作用作为施工缝在传递拉力和剪力时最主要的荷载传递机制,其静力以及疲劳承载性能会对钢筋混凝土结构(下文简称RC结构)的整体承载能力产生较大的影响。因此,准确地预测销栓作用的承载性能对于保障RC结构的安全有着重要的意义。论文通过机理分析和试验研究建立了考虑混凝土耦合损伤效应的钢筋-混凝土界面模型,并通过对疲劳损伤产生的机理进行分析,进一步提出了考虑疲劳损伤的界面模型,实现了对钢筋销栓作用的静力以及疲劳承载性能的预测。论文的主要工作和研究成果包括以下4点:1.进行了不同试验参数的直接剪切试验,研究不同破坏模式下销栓作用的承载特性和典型破坏特征。通过不同材料参数和初始损伤的工况,量化了混凝土的不同损伤程度以及轴向粘结损伤和局部受压损伤的耦合效应对销栓作用承载性能的影响,为数值模型的开发提供必要的数据支持。2.建立了考虑混凝土耦合损伤效应的钢筋-混凝土界面模型。根据损伤形成的机理和分布的特征,分别选择钢筋的拉伸应变和混凝土的受压应变作为量化指标来表征轴向粘结损伤和局部受压损伤的程度,提出了表征耦合损伤效应的量化计算方法。通过对不同材料参数以及加载方式的试验进行模拟,验证了界面模型的适用性。3.在试验结果和有限元模拟结果的基础上,修正了工程中常用的承载力计算模型。提出损伤因子来表征混凝土局部受压损伤对承载性能的影响。通过一系列不同钢筋直径和保护层厚度的有限元算例,率定出保护层影响因子来表征破坏模式转化时混凝土应力状态和损伤机理的改变。提出了适用于不同破坏模式的计算模型,并通过对不同学者试验的预测验证了修正方法的适用性。4.进行了不同钢筋直径试件的疲劳加载试验,研究疲劳荷载作用下销栓作用承载性能的衰减特征与疲劳破坏形态。提出了界面疲劳损伤积累系数的计算方法,在静力模型的基础上建立了考虑疲劳损伤的界面模型,并通过模拟试验对模型进行验证。
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