侧向拉与拉压组合应力状态下钢筋-混凝土动态粘结性能研究

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钢筋与混凝土之间的粘结是两者协同工作的基础,直接影响钢筋混凝土结构的承载能力与变形。在钢筋混凝土结构数值计算中,钢筋与混凝土之间粘结-滑移本构模型的可靠性也影响数值计算的准确程度。在外荷载作用下,钢筋周围的混凝土会处于复杂应力状态,这会影响钢筋与混凝土之间的粘结性能。尤其是当处于侧向拉或拉压组合应力状态时,钢筋与混凝土的粘结性能会劣化。同时,由于钢筋混凝土结构会受到地震、冲击、爆炸等动荷载作用,钢筋与混凝土的动态粘结性能也应该得到足够的重视。目前,钢筋-混凝土动态粘结性能的研究已取得一些成果。然而,针对工程中常见的复杂应力状态,相关的动态粘结性能研究尚不全面,仅包含侧向压应力状态下的研究工作。因此,本文采用中心拉拔试件,针对地震作用下结构所承受的加载速率范围,系统地研究了侧向拉与拉压组合应力状态下钢筋与混凝土之间的动态粘结性能。主要研究内容与结论如下:(1)研究了单轴与双轴侧向拉应力状态下光圆钢筋与混凝土的动态粘结性能,分析了不同拉应力水平下加载速率对粘结性能的影响。结果表明,随着侧向拉应力的增加,粘结强度呈线性降低,峰值粘结应力处的滑移量su呈线性增大。不同的侧向拉应力水平下,粘结强度与加载速率均无关,而su随加载速率的提高而减小,且与加载速率的对数log(v/v0)呈线性关系;(2)研究了拉压组合应力状态下光圆钢筋与混凝土的动态粘结性能。结果表明,在相同的侧向压应力下,随着侧向拉应力的提高,粘结强度降低,su增大。粘结强度随着加载速率的提高而增加,并与log(v/v0)呈线性关系,但增加幅度与侧向拉应力水平无关,仅与侧向压应力水平有关;侧向压应力越大,粘结强度的提高越显著。同时,加载速率越大,su越小;(3)研究了单轴侧向拉应力状态下变形钢筋与混凝土的动态粘结性能。结果表明,粘结破坏模式与加载速率无关,由混凝土强度、混凝土相对保护层厚度、侧向拉应力水平共同决定。根据试验结果,给出了粘结破坏模式的判据。随着侧向拉应力的增大,粘结强度被削弱;随着加载速率的增大,粘结强度得到了提高,且发生劈裂破坏时侧向拉应力和加载速率对粘结强度的影响大于发生拔出破坏时的影响。发生拔出破坏时,su与侧向拉应力和加载速率无关;发生劈裂破坏时,该滑移量对加载速率仍不敏感,但会随着侧向拉应力的增大而显著降低;(4)根据试验结果得到的粘结参数的变化规律,建立了侧向拉与拉压组合应力状态下钢筋-混凝土动态粘结参数的计算模型。根据这些模型,可以计算不同混凝土强度、混凝土保护层厚度、侧向应力水平和加载速率下的粘结强度与su。通过与试验结果的比较,验证了模型的计算精度。在此基础上,提出了一个三参数粘结-滑移本构模型。该模型能合理地描述侧向拉与拉压组合应力状态下钢筋-混凝土动态粘结性能。
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