高性能混凝土与钢筋粘结性能的试验研究及数值模拟

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该文针对高性能混凝土的应用需求,在对钢筋与混凝土的粘结性能问题研究进行较全面综述的基础上,进行了一批(共计38个试件)高性能混凝土与钢筋的粘结性能试验.对试验数据进行了对比、分析.从理论上导出了高性能混凝土与钢筋的粘结强度计算公式.编制了计算粘结本构关系的三维非线性界面元程序RBSS,并将理论分析结果与试验数据互相验证.论文主要研究成果包括:1.分别将钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维或碳、钢纤维混杂后添加在C50的高性能混凝土中,进行了一批棱柱体试件的单端拉拔试验,以研究不同微量纤维对高性能混凝土与变形钢筋粘结性能、粘结本构的影响情况.试验结果表明:与未添加任何纤维的高性能混凝土相比,高性能混凝土中添加0.5%的钢纤维对极限粘结强度略有提高,峰值粘结应力对应的滑移有较大的增长;高性能混凝土中添加0.2%的聚丙稀纤维后极限粘结强度略有降低,峰值粘结应力对应的滑移亦略有减小;添加0.2%的碳纤维对粘结强度影响不大.给出了五类高性能混凝土与钢筋粘结本构的表达式.2.进行了棱柱体和圆柱体两类试件的粘结性能对比试验.圆柱体试件所采用的混凝土分别添加碳纤维和碳、钢混杂纤维.通过两类试件的对比,了解当截面形状和箍筋形状发生变化时对于粘结强度、粘结本构的影响以及在不同形状的试件中箍筋发挥作用的程度.试验结果为:将同类试件形状、不同混凝土类型进行对比发现:无论是棱柱体试件还是圆柱体试件,采用不同混凝土时粘结强度无太大变化.采用同一种混凝土浇注的试件,棱柱体试件的粘结强度略高于圆柱体试件.但后者粘结延性明显提高.通过箍筋贴应变片的方式,得到了整个加载过程中箍筋的应变变化情况.3.为了了解裂缝间的高性能混凝土与钢筋的粘结性能,进行了碳、钢混杂纤维增韧混凝土与变形钢筋在不同粘结长度时两端对拉的粘结性能试验.钢筋的粘结区长度分别是8d、12d、24d(d是钢筋直径),采用钢筋开槽内贴应变片的试验方法,记录了沿钢筋长度方向不同位置处钢筋应变变化情况.混凝土与钢筋的粘结本构关系与粘结区长度有关,当粘结区长度发生变化时,不同位置处的粘结本构规律将发生根本性的改变.4.基于单端拉拔试验数据和Tepfers受均匀内压作用的厚壁圆筒力学模型,推导出了钢筋与混凝土的平均粘结强度的计算模式.5.针对钢筋与混凝土间的粘结本构关系问题,该文提出了通过数值模拟方法研究粘结本构关系的基本方法.采用不连续介质力学问题的界面元法,编制了三维问题的界面元分析程序(RBSS),用以对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能进行力学分析.通过对两类测量粘结应力以及滑移的典型试件(单端拉拔试件和两端对拉试件)的分析,表明计算结果与试验结果吻合较好.最后,在总结论文工作的基础上,提出了一些该课题尚待解决的问题.
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