带肋钢筋与混凝土粘结滑移本构关系的理论和试验研究

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钢筋与混凝土之间的粘结性能是决定钢筋混凝土构件承载力、延性和使用性能的重要因素。钢筋-混凝土粘结滑移本构关系又是开展钢筋混凝土结构数值分析的重要条件。本文首先基于能量守恒定律通过理论分析推导得到了变形钢筋-混凝土粘结滑移本构关系,进而通过试验测量了粘结滑移过程中混凝土握裹层对变形钢筋的约束作用,进一步揭示了变形钢筋与混凝土之间的粘结锚固机理。论文主要研究内容和结论如下:(1)针对钢筋-混凝土粘结滑移的劈裂破坏模式,将整个破坏过程分为未开裂的弹性阶段和带裂缝阶段。弹性阶段采用弹性厚壁圆筒模型;带裂缝阶段采用考虑混凝土软化特性的厚壁圆筒模型。基于以上两种模型,研究了粘结劈裂破坏过程中的能量变化规律,推导出了两种模型的能量计算公式。基于能量守恒定律建立了钢筋-混凝土粘结滑移本构关系的微分方程,并通过数值积分方法得到了粘结滑移本构模型。该本构模型能够体现混凝土和钢筋材料参数和几何参数的影响,对不同形状的粘结滑移关系曲线具有较好的适应性。最后,将得到的粘结滑移本构关系与文献中的试验结果进行了对比,分析了模型中参数的变化规律和取值范围。(2)通过特殊设计的钢筋拉拔粘结试验,测量了粘结劈裂破坏过程中混凝土握裹层作用在变形钢筋上的径向压力。试验中,将带肋钢筋沿纵肋劈成两半,在钢筋内开槽布置两个微型荷载传感器测量混凝土握裹层的径向压力。通过对6个试件开展的拔出粘结试验,测定了不同厚度混凝土握裹层对变形钢筋的约束作用。试验发现,在试件劈裂破坏过程中,钢筋肋前有效角不断变小,粘结应力与混凝土握裹层的径向压力成正比;试件劈裂破坏时,粘结应力沿钢筋锚固段的分布受保护层厚度的影响,影响规律为:当保护层厚度适中时,粘结应力分布均匀;保护层厚度过大或者过小都会造成粘结应力分布不均匀。另外,试验测得的混凝土握裹层径向压力最大值与考虑裂缝间粘聚力的厚壁圆筒理论模型预测值吻合较好。
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