高温后钢筋与钢纤维火山渣混凝土粘结性能试验研究

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混凝土结构在发生火灾后,力学性能会出现不同程度的降低,受火严重的甚至会引起结构的局部失效。火山渣混凝土拥有轻质、高强、耐高温等优点,以火山渣骨料拌和混凝土作为建筑材料,既可以保证结构的强度要求还可以减轻结构的自重,从而提高建筑的抗火性、抗震性、节能性,可作为现代普通混凝土的替代品。火灾发生后钢筋和混凝土的力学性能会发生显著变化,同时钢筋和混凝土之间的粘结性能也将随之降低。钢筋与混凝土之间的粘结性能与混凝土自身的材料属性相关,钢纤维的加入会使混凝土的力学性能以及粘结性能有所改善。本论文以受火温度22℃(常温)、200℃、400℃、600℃、800℃;钢筋直径12mm、16mm、20mm;钢纤维掺量0%、0.5%、1%、1.5%;为研究对象,采用试验与模拟相结合的方法,对高温后的混凝土钢纤维混凝土粘结性能加以研究,建立了钢纤维火山渣混凝土高温后粘结-滑移本构模型。主要研究工作如下:(1)通过对立方体试块进行抗压强度、劈裂抗拉强度试验,探究高温后钢纤维掺量对普通混凝土与火山渣混凝土力学性能的影响规律。实验结果显示,两种混凝土力学性能均随钢纤维掺量的提高而提高,随温度升高而降低。(2)拉拔试件的破坏形态分三种情况。劈裂破坏:钢纤维掺量为0%以及200℃以下的试块均发生劈裂破坏,且粘结-滑移曲线下降段不明显;劈裂-拔出破坏:钢纤维掺量在0.5%~1.0%以及温度在200℃~600℃的试块主要发生劈裂拔出破坏:拔出破坏钢纤维掺量1.5%以及800℃的试件主要发生拔出破坏。(3)钢纤维掺量的提高对钢筋与混凝土间的粘结性能有提升效果,混凝土强度随着钢纤维掺量的提升而增加,其中钢纤维掺量在由0.5%上升至1.0%时粘结强度提升幅度最大;钢筋与混凝土粘结性能随温度升高而下降。温度因素对其影响最大,随着目标温度的升高,极限粘结强度下降,当粘结试件受到800℃高温时,峰值粘结强度只有常温的19.96%,同时高温后试件极限荷载所对滑移量减小。钢筋直径对二者间粘结性能影响较小,随着钢筋直径的增加,钢筋和火山渣混凝土的粘结强度逐渐降低。(4)通过钢筋开槽内贴应变片的方法,探究了钢筋与混凝土间粘结应力分布规律。基于试验结果,钢筋的荷载从加载端逐渐向自由端传递,粘结应力在加载端以及自由端均为0;在实验初期,粘结应力出现最大值最先在加载端附近,随后沿着钢筋锚固方向逐渐向自由端延伸,粘结应力有一个先减小后增大的趋势,出现了第二个峰值后再继续减小,最后减小至0。(5)对试验结果进行分析,建立火山渣混凝土粘结-滑移本构模型,结合试验数据探究本构模型中各个参数值的影响因素,考虑温度、钢纤维掺量、钢筋直径影响,拟合出火山渣混凝土粘结-滑移本构曲线,通过试验值和拟合值的对比验证了拟合公式具的高精度。(6)基于本文研究所建立的火山渣混凝土与钢筋的粘结-滑移本构模型,使用ABAQUS软件模拟钢筋与混凝土之间粘结-滑移过程,得到粘结-滑移曲线,并与试验曲线进行对比,验证本文所建立的粘结-滑移本构模型的正确性。
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