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复杂应力状态下钢筋与混凝土的粘结性能

作　者: 徐锋
导　师: 吴智敏
学　校: 大连理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土粘结性能复杂应力状态本构关系
分类号: TU375
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢筋混凝土作为一种复合材料,能成功地应用于结构首先取决于钢筋与混凝土具有良好的粘结。钢筋与混凝土之间的粘结性能是影响钢筋混凝土结构承载力和使用性能的一个重要因素,也是钢筋混凝土结构进行理论和数值计算的必要参数。实际混凝土结构中,钢筋的粘结作用常常受到周围混凝土侧向约束,该约束作用将对粘结性能产生重要的影响。本论文主要通过中心拉拔试件研究了光圆钢筋与变形钢筋在单向和双向侧压应力下的粘结性能,考察了拉拔试件的不同破坏模式,分析了各粘结参数与复杂侧向压应力场之间的关系,构建了光圆钢筋和变形钢筋与混凝土之间的粘结本构关系。论文主要研究内容和结论如下：(1)对复杂侧向压应力作用下光圆钢筋的试验研究表明,有无侧压下光圆钢筋的粘结机理是不同的,其粘结-滑移曲线形状也不同。试验结果表明,其极限和残余粘结强度都随着侧向应力的增加而增大,但是残余强度与极限强度的比值基本保持不变。随着侧向应力的施加,极限粘结强度对应的滑移量先大幅下降,然在再随着侧向应力而增大。本文回归分析了各粘结参数与平均侧向压应力的关系,并基于粘结曲线的形状构建了光圆钢筋的粘结本构关系。结果表明,该本构关系与试验结果吻合良好。(2)对侧向压应力下钢筋与混凝土界面的应力状态进行了理论分析,通过取钢筋单元建立了应力平衡方程,推导了光圆钢筋的拉拔力和粘结强度的解析解,并将解析结果与试验结果进行了对比,并进行了参数分析。(3)侧向压应力作用下变形钢筋的试验研究表明,粘结试件的破坏模式与侧向压应力的大小有关,随着侧向压应力的不断增大,破坏模式从劈裂破坏转变为劈裂-拔出破坏直至拔出破坏。其粘结强度的变化也与破坏模式有关,总体上随着侧向压应力的增加而增加。通过试验数据分析并结合破坏模式,回归了粘结强度及其对应的滑移、残余强度及其对应的滑移与侧向应力的关系。(4)基于粘聚力的虚拟裂缝模型,对变形钢筋粘结试件的劈裂破坏进行了理论分析,假定虚拟裂缝面线性分布,同时假定内层混凝土开裂区满足等效弹性周向变形。该模型与静水压力劈裂试件和拉拔试件的结果吻合良好。最后,基于裂缝扩展准则研究了粘结试件的劈裂破坏全过程,并分析了其裂缝扩展阻力曲线(KR-曲线)。(5)为变形钢筋的粘结本构关系选择了合理的数学模型,并结合粘结参数的回归统计,合理地预测了复杂应力状态下其粘结-滑移全曲线,通过试验验证了粘结滑移关系与侧向应力场的路径无关,得出变化侧向应力场下的粘结-滑移曲线是无数定侧压应力场下粘结-滑移全曲线的叠加。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-37
  1.1 研究背景和意义  11-13
  1.2 光圆钢筋与混凝土粘结的研究进展  13-16
  1.3 变形钢筋与混凝土粘结的研究进展  16-32
    1.3.1. 变形钢筋与混凝土的粘结机理和破坏模式  17-19
    1.3.2. 变形钢筋与混凝土的粘结强度  19-25
    1.3.3. 变形钢筋与混凝土粘结本构曲线  25-29
    1.3.4. 国内变形钢筋与混凝土粘结研究进展  29-32
  1.4 复杂应力状态下钢筋与混凝土的粘结  32-35
  1.5 本文主要研究内容  35-37
2 复杂应力状态下光圆钢筋与混凝土粘结性能的试验研究  37-67
  2.1 引言  37
  2.2 试验概况  37-42
    2.2.1 试件设计与制作  37-40
    2.2.2 试验装置与加载机制  40-42
  2.3 试验结果与分析  42-58
    2.3.1 粘结-滑移曲线和粘结机理  42-46
    2.3.2 粘结参数  46-58
  2.4 粘结-滑移本构关系  58-66
  2.5 小结  66-67
3 复杂应力状态下光圆钢筋与混凝土粘结强度的理论研究  67-80
  3.1 引言  67
  3.2 理论推导  67-75
    3.2.1 混凝土-钢筋界面应力场的求解  67-74
    3.2.2 拉拔力和粘结强度  74-75
  3.3 试验验证和参数分析  75-79
    3.3.1 试验验证  75-77
    3.3.2 参数分析  77-79
  3.4 小结  79-80
4 复杂应力场下变形钢筋与混凝土粘结性能的试验研究  80-115
  4.1 引言  80-82
  4.2 试验概况  82-84
  4.3 试验现象和破坏模式  84-97
    4.3.1 基本破坏模式和机理  84-86
    4.3.2 无侧应力下试件破坏模式和破坏机理  86-88
    4.3.3 单向侧应力下试件破坏模式和破坏机理  88-91
    4.3.4 双向侧应力下试件破坏模式和破坏机理  91-97
    4.3.5 复杂应力场和破坏模式的关系  97
  4.4 试验结果分析  97-114
    4.4.1 最大粘结强度(τ_u)和相对粘结强度(τ_u/(?)f_(cu))  97-110
    4.4.2 滑移量(S_0)  110-112
    4.4.3 残余强度(τ_r)  112-113
    4.4.4 残余滑移(S_r)  113-114
  4.5 小结  114-115
5 基于虚拟裂缝模型的变形钢筋与混凝土粘结劈裂破坏分析  115-137
  5.1 引言  115-117
  5.2 理论分析  117-123
    5.2.1 应力分析  118-122
    5.2.2 变形分析  122-123
  5.3 试验验证  123-129
    5.3.1 静水压力劈裂试验  123-128
    5.3.2 拉拔试验  128-129
  5.4 劈裂试件的裂缝扩展阻力  129-136
    5.4.1 裂缝扩展准则  129-133
    5.4.2 裂缝扩展阻力曲线  133-136
  5.5 小结  136-137
6 复杂应力场下变形钢筋与混凝土粘结-滑移本构关系  137-148
  6.1 引言  137-140
  6.2 试验结果与连续曲线模型的比较  140-144
  6.3 变应力场下的粘结-滑移本构关系  144-147
  6.4 小结  147-148
结论  148-150
展望  150-151
参考文献  151-161
攻读博士学位期间发表学术论文情况  161-162
创新点摘要  162-163
致谢  163-164
作者简介  164-165

复杂应力状态下钢筋与混凝土的粘结性能

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