【摘 要】
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高延性水泥基工程复合材料(Engineered Cementitious Composite,以下简称ECC)是一种区别于传统混凝土且具有高延展性的纤维增强水泥基复合材料,并且与钢材具有较好的变形协调能力。使用ECC代替混凝土与型钢组合形成的型钢-ECC组合结构能够改善型钢混凝土结构的脆性破坏,增强结构延性与耐久性,进而改善结构的使用寿命。当前对型钢与ECC之间粘结滑移机理与性能研究较少,因此为了
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高延性水泥基工程复合材料(Engineered Cementitious Composite,以下简称ECC)是一种区别于传统混凝土且具有高延展性的纤维增强水泥基复合材料,并且与钢材具有较好的变形协调能力。使用ECC代替混凝土与型钢组合形成的型钢-ECC组合结构能够改善型钢混凝土结构的脆性破坏,增强结构延性与耐久性,进而改善结构的使用寿命。当前对型钢与ECC之间粘结滑移机理与性能研究较少,因此为了了解型钢与ECC粘结滑移的基本特征与粘结滑移的影响因素,本文结合试验研究与有限元分析的方法研究型钢与ECC之间粘结滑移性能。采用控制变量法设计了14个型钢-ECC推出试件并进行试验研究,基于试验结果分析PVA纤维含量、配箍率、ECC保护层厚度及型钢锚固长度对型钢-ECC试件破坏模式、裂缝发展以及粘结应力的影响。结果表明,影响各试件特征粘结应力的主要因素为PVA纤维含量、ECC保护层厚度以及型钢锚固长度,而配箍率对粘结应力影响甚微。结合试验实测数据,得到上述试件加载端与自由端荷载-滑移曲线,并分别描述其类型和特征。在各试件型钢翼缘及腹板中心处布置电阻应变片,分析试验数据得到型钢应变在不同荷载下沿型钢埋置长度基本呈指数形式的分布规律。当ECC保护层达到70mm或型钢锚固长度达到600mm时,加载端型钢进入塑性阶段。基于灰色关联理论,建立了考虑试验参数影响效果的各特征粘结应力计算公式,结果表明所建公式可用于型钢-ECC组合构件粘结应力的计算。通过分析各试件加载端粘结应力-滑移曲线,提出型钢-ECC试件粘结应力-滑移本构关系。经过对比计算曲线与试验曲线,表明所提粘结应力-滑移本构关系可以较准确地描述型钢-ECC粘结滑移性能。选用有限元软件ABABQUS建立了型钢-ECC推出试件三维非线性模型,采用本文所提的型钢-ECC粘结滑移本构关系通过非线性弹簧单元考虑型钢与ECC之间的接触。分析结果表明有限元模拟结果与试验结果相符合,因此本文采用的有限元模拟方法能够准确地分析型钢-ECC的粘结滑移性能。在此基础上,对考虑粘结滑移效应的型钢-ECC组合梁受弯性能进行有限元分析,结果表明考虑粘结滑移作用可以得到较好的模拟结果。
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