橡胶混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

共设计制作9组试件,对钢筋内贴应变片的试件进行拉拔试验,系统研究了橡胶体积取代率、钢筋直径、锚固长度对变形钢筋与橡胶混凝土黏结性能的影响。观察了试件破坏形态并通过计算得出试件极限黏结应力和滑移量,得到了不同因素下黏结应力、相对滑移分布规律以及不同锚固位置处的黏结应力-滑移曲线。建立了考虑橡胶体积取代率下变形钢筋与橡胶混凝土黏结应力-滑移本构关系模型;通过对相同滑移值下不同位置(距自由端距离)处黏结应力的量纲一化处理,得到了不同橡胶体积取代率下的变形钢筋与橡胶混凝土的黏结位置函数。结果表明:橡胶体积取代率增加,极限黏结应力减小,对应加载端滑移量先增加后减少;钢筋直径、锚固长度增大均会导致极限黏结应力减小,对应加载端滑移量减少;对比各位置处黏结应力-滑移曲线发现,橡胶体积取代率增加、钢筋直径及锚固长度增大均会加剧黏结应力的不均匀分布;相对滑移量会随着橡胶体积取代率增加而增加,随着钢筋直径、锚固长度的增大而减少。

疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁裂缝宽度计算模型

为了模拟部分预应力混凝土(partially prestressed concrete,PPC)梁疲劳裂缝扩展过程,建立在疲劳荷载作用下PPC梁裂缝宽度数值计算模型。首先,以静载黏结应力-滑移关系为基础,提出非预应力钢筋疲劳黏结应力-滑移关系;然后给出疲劳荷载作用下开裂截面非预应力钢筋应力计算方法,重点考虑不同类型受拉钢筋之间的应力重分布、累计残余应变(混凝土和非预应力钢筋)及受拉钢筋面积损伤的影响。最后,基于黏结-滑移理论,建立疲劳裂缝宽度计算模型,并利用2组(H1和H2组)PPC梁疲劳试验对其进行验证。研究结果表明:裂缝宽度计算值与试验结果吻合较好,同时对于低配筋率的H1组试验梁而言,利用该模型得到的裂缝宽度相对保守,因此,适于PPC构件的抗疲劳设计及验算参考使用。

聚丙烯棒在混凝土中的黏结性能试验研究

在新型地下粮仓中防水防潮是一大难题,现采用内衬塑料构件解决该难题。利用聚丙烯(PP)棒连接混凝土与聚丙烯板,通过中心拉拔试验研究了PP棒在混凝土中的黏结应力分布曲线及破坏形态,结果表明:PP棒与混凝土黏结滑移曲线包括弹性阶段、局部开裂阶段以及下降阶段;影响PP棒在混凝土中的平均黏结应力的因素有PP棒表面形式、PP棒直径和混凝土强度,其中,PP棒表面形式影响最大;在不同荷载作用下,试件自由端的黏结应力总是小于加载端的黏结应力且黏结应力峰值出现在加载端附近。

型钢高强混凝土界面黏结滑移推出试验及其本构关系研究

为研究型钢高强混凝土界面黏结性能,对9个型钢高强混凝土试件进行推出试验,分别考虑混凝土强度、配箍率、保护层厚度和型钢锚固长度对型钢高强混凝土界面黏结性能的影响。观察试件的加载过程和裂缝发展形态,分析了试件破坏形态,得到试件加载端荷载-滑移曲线。通过分析沿型钢锚固方向应变和界面黏结应力的分布规律,运用灰色关联理论建立了黏结应力计算式,并推导出荷载-滑移曲线关系表达式。讨论了影响界面滑移损伤变量的关系。结果表明:各试件加载端荷载-滑移曲线走势基本相同;灰色关联理论能够较好地反映黏结应力与各影响因素之间的关系,其中保护层厚度与黏结应力相关性最好;推导的黏结应力算式的计算精度能达到98%;提出的黏结应力-滑移的本构关系数学表达式拟合度较好;界面损伤发展程度与各影响因素关系紧密。

高温荷载下植筋加固CRTSⅡ型板式无砟轨道变形及损伤规律

采用拉拔试验,研究不同强度等级混凝土基材内销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将其应用于植筋加固CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型,分析高温荷载作用下植筋加固对无砟轨道变形及损伤的影响规律。结果表明:销钉与混凝土的黏结性能与混凝土强度有关,C30混凝土和C55混凝土试件中销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系分别可用弹性—滑移—破坏3阶段曲线和弹性—滑移2阶段曲线描述;植筋措施能有效减小轨道板在高温荷载作用下的垂向位移,并将轨道板纵连体的纵向位移分散于轨道板单元内,有利于无砟轨道整体稳定性;高温荷载作用下轨道板垂向位移和层间损伤均随轨道板与砂浆层间黏结强度减小而增大,随窄接缝破损程度增大而增大;高温荷载作用下,植筋黏结失效深度不大于120 mm时轨道板垂向位移随植筋黏结失效深度增加而缓慢增大,大于120 mm时轨道板垂向位移随植筋黏结失效深度增加而显著增大,且邻近破损接缝的轨道板下可能发生超过Ⅲ级限值的层间离缝,植筋黏结失效深度应控制在120 mm以内。

考虑钢筋与混凝土相对滑移的修正钢筋本构模型

为了研究钢筋滑移对钢筋混凝土柱抗震性能的影响,在材料层次上建立了考虑钢筋与混凝土相对滑移的修正钢筋本构模型。采用等效三段阶梯函数描述黏结应力沿黏结长度的非线性分布规律,结合钢筋双线性应力-应变关系,推导了锚固钢筋滑移和平均滑移应变的理论计算式。锚固钢筋的总应变定义为理想黏结的钢筋应变与平均滑移应变之和。分别通过屈服和极限应力对应的钢筋总应变修正弹性模量和硬化模量,进而得到间接考虑钢筋滑移的简化分段线性应力-应变关系。非锚固钢筋的滑移采用降低屈服应力和屈服应变的方法加以考虑。对于钢筋的滞回规则,采用Sakayi等修正的Menegotto-Pinto模型。将本构模型通过子程序嵌入ABAQUS软件中,基于纤维梁单元,对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的非线性响应进行了数值模拟,并与试验结果对比,验证了该模型的有效性。结果表明,所建议的钢筋本构模型,数学表达形式简单且计算效率高,能够模拟地震作用下钢筋混凝土柱的承载力和变形特性,达到满足工程需要的精度。

复合受力模式下CFRP混凝土界面剥离分析方法

为研究复合受力模式下碳纤维增强复合材料(CFRP)混凝土界面的剥离行为,提出在界面受压时采用摩尔-库仑强度理论以及在界面受拉时采用抛物线强度理论的损伤判定法则,建立复合受力状态下的界面本构模型。基于本构模型,推导界面的法向和切向应力对相对位移的偏导数,得到界面数值分析时所需要的雅可比矩阵。通过对比文献中4个试件的试验结果,验证了复合受力状态下界面本构模型的适用性。采用所提出的界面本构模型对CFRP增强混凝土进行参数分析,研究剥离角、界面相对位移的权重系数、法向与切向强度比以及CFRP板厚对界面破坏模式的影响。结果表明,提出的复合受力模式下的界面本构模型能够准确地反映界面剥离破坏的过程以及CFRP板的应变分布情况;剥离角度的增加会大大降低荷载峰值及峰值过后的稳定值,稳定剥离阶段的荷载极值不受界面相对位移的权重系数、法向与切向黏结强度比和CFRP板厚因素的影响;在法向出现剥离的临界位置,CFRP板上表面应变呈现出明显的波动现象;根据应变波动的部位,可以推测出CFRP板法向剥离破坏的位置。