型钢混凝土应力传递与黏结破坏机理分析

以型钢混凝土标准推出试验为基础,分析型钢与混凝土之间的黏结性能与应力传递。在考虑型钢与混凝土之间三维空间黏结作用效果的基础上,建立推出试验的力学桁架模型,该桁架模型可以较好地反映型钢混凝土各种黏结破坏形态的破坏机理。混凝土强度、型钢翼缘的保护层厚度、配箍率、型钢的锚固长度是影响型钢与混凝土之间黏结强度的主要因素,利用桁架模型分析了这些因素对黏结强度的影响,得出以下结论:黏结强度随着混凝土强度的增大而提高;随着型钢翼缘保护层厚度的增加,混凝土保护层所能承担的拉力逐渐增大,极限荷载和黏结强度相应提高;配箍率的增加可以有效提高黏结破坏后的残余黏结力;随着型钢锚固长度的增加,试件能承受的极限荷载增大,型钢与混凝土接触面的黏结强度减小。     

焊接栓钉型钢混凝土梁的受扭性能分析

为了研究栓钉对型钢混凝土梁抗扭性能的影响,基于前期完成的7根焊接栓钉型钢混凝土梁试件的受扭试验结果,采用ABAQUS有限元软件进行多参数拓展数值模拟研究,探讨了焊接栓钉的间距、直径、位置和长度等变化参数对型钢混凝土梁抗扭性能的影响。结果表明:焊接栓钉型钢混凝土梁与梁普通型钢混凝土梁相比,其抗扭性能更优越;栓钉焊接在腹板上较焊接在翼缘上好,腹板和翼缘交错焊接栓钉,试件抗扭性能最好;增大栓钉直径对抗扭性能影响不大;栓钉间距取250~350 mm之间时,抗扭性能较好;栓钉长度延伸至纵向钢筋保护层厚度范围内,其抗扭效果更好。研究结果可为该类构件的进一步科学研究和工程应用提供参考。     

栓钉与拉结筋对圆钢管混凝土黏结性能的影响

为研究栓钉与拉结筋构造对圆钢管与高强混凝土黏结-滑移性能的影响,设计了15个大尺寸圆钢管高强混凝土试件并进行了推出试验.钢管内部采用无构造、栓钉、拉结筋等构造措施,核心区混凝土采用C60和C70普通混凝土或C60再生混凝土.通过推出力、滑移位移和钢管应变,分析了不同参数对黏结性能的影响,阐述了滑移破坏全过程的作用机理,并给出了栓钉与拉结筋构造抗剪承载力的计算方法和界面本构关系.结果表明:采用栓钉构造与拉结筋构造可大幅度提高黏结强度和耗能能力,无构造措施下钢管再生混凝土的黏结性能比同强度普通混凝土更好,提出的栓钉与拉结筋抗剪计算方法与试验结果符合较好.     

高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土 的界面黏结性能试验研究

为研究高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土界面间的黏结性能,设计22个圆钢管试件进行高温啧水冷却处理后的静力推出试验,主要考虑混凝土强度、历经最高温度、锚固长度、恒温时长和冷却方式的影响.通过试验揭示了高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土界面黏结失效机理,分析了各变化参数对其黏结性能的影响,并提出高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土黏结强度的计算公式.结果表明:高温喷水冷却后试件加载端与自由端的荷载滑移曲线变化趋势基本相似,并可将其分为三类典型曲线;推出试验中钢管外表面应变与距加载端的距离呈指数关系分布;高温啧水冷却后,试件的黏结强度随混凝土强度的增大变化较小,与锚固长度成反比,恒温时长大于60 min后基本稳定,随历经最高温度的升高,极限黏结强度先增大后减小再增大,残余黏结强度先增大再减小;与自然冷却试件相比,啧水冷却试件的极限黏结强度、残余黏结强度与剪切黏结刚度均较小,界面耗能能力较大.运用文中所提出的黏结强度计算公式算得的结果与试验值吻合良好.     

带栓钉型钢RPC剪力传递性能试验研究

文章通过5个带栓钉连接件的型钢活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)短柱在单调荷载下的推出试验及1个自然黏结试件的对比试验,研究了带栓钉连接件的型钢RPC短柱的破坏形态、荷载滑移曲线、型钢应变曲线及抗剪承载力等。试验结果表明:带栓钉连接件的型钢RPC推出试件的破坏以RPC劈裂为主,和普通型钢混凝土试件的荷载-滑移曲线一样,大致可分为5个阶段,分别为无滑移段、滑移段、破坏段、荷载下降段及残余段;应力-应变曲线也和普通型钢混凝土相似,在荷载较小时,型钢应变曲线成指数形式,在荷载较大时,由于栓钉剪切变形的影响,栓钉根部混凝土受局部承压作用,近栓钉位置的型钢应变会产生突变。基于试验结果,以非线性断裂力学思想为基础,通过断裂能推出计算试件黏结锚固承载力的公式。计算结果表明,与试验结果相比较,公式计算结果较为保守,可用于工程实际。     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

钢-再生混凝土界面黏结机制及强度计算方法

为研究型钢、钢管与再生混凝土界面黏结作用机制,采用服役超50a的混凝土作为再生粗骨料来源,设计了31个试件进行推出试验,试验考虑了配钢形式、再生粗骨料取代率、长径比及混凝土强度等级4个变化参数对钢-再生混凝土黏结性能的影响.试验获取了各试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线,并基于实测结果得到了3种钢与再生混凝土的界面黏结强度,分析了各变化参数对黏结强度的影响,探讨了钢-再生混凝土界面黏结强度的计算方法,推导了黏结剪力传递长度的计算公式.研究结果表明,钢-再生混凝土试件的加载端起滑均比自由端发展得早;型钢试件的黏结强度大于圆钢管试件,而圆钢管试件又大于方钢管试件;随再生粗骨料取代率的增加,试件的黏结强度略呈增大之势;随着混凝土强度的提高,试件的黏结强度有一定提高;方钢管与再生混凝土的黏结强度随长径比的增大而减小.     

粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响

为了揭示混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响,以灌砂法实现混凝土表面的粗糙度量化评定,完成了6种界面粗糙程度的FRP-混凝土试件界面的单剪试验,探讨了混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面极限黏结力、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律.研究结果表明:粗糙度为0.44的试件界面黏结性能最好,极限黏结力和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%～51%和124%～221%.文中还建立了基于粗糙度参数的界面有效黏结长度计算模型,发现有效黏结长度在6种界面上随粗糙度的增加总体呈降低的趋势;粗糙度小于0.56时,试件界面黏结滑移曲线在脆性区间的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越窄,而在塑性阶段,6种界面试件的黏结滑移曲线以不同斜率下降,最终发生剥离破坏时的滑移值为0.04～0.37 mm.     

再生粗骨料取代率对圆不锈钢管再生混凝土黏结性能的影响

为研究圆不锈钢管再生混凝土黏结性能,考虑再生粗骨料取代率不同设计了5个圆不锈钢管再生混凝土试件进行往复推出试验。根据试件破坏现象、黏结强度-滑移量曲线及荷载-钢管应变曲线等,分析试件黏结界面处的传力机制、黏结破坏类型、极限黏结强度及对应的滑移量。研究表明:黏结强度-滑移量曲线呈三段式分布,反复加载对黏结强度影响较大,黏结强度随再生粗骨料取代率的提高而逐渐降低。通过回归分析提出考虑再生粗骨料取代率、混凝土强度两个参数的黏结强度实用计算公式。     

碳纤维板-混凝土界面黏结性能的试验研究与有限元分析

碳纤维板与混凝土的界面黏结性能是碳纤维加固混凝土结构的关键性能之一,对加固结构的力学行为和破坏形态等有着重要影响.进行了4个试件的碳纤维板-混凝土黏结双面剪切试验,研究了设置不同粘贴长度的试件的界面力学行为和破坏模式,分析了黏结长度对界面极限承载力和应力分布的影响.试验结果表明:加载点附近应力远大于端部应力,板端黏结界面剪应力沿板长方向大致呈指数衰减分布.在试验研究基础上,在ANSYS中采用正交弹簧单元组模拟界面黏结,建立了试件的有限元模型,并采用试验分析得到的局部黏结滑移曲线关系作为有限元模型中的界面弹簧单元刚度,计算发现有限元分析结果和试验结果比较吻合,从而验证了本文有限元模型的有效性.以本文试验得到的黏结滑移曲线关系为基础,通过拟合得到了基于几种经典黏结滑移本构形式的界面本构模型.试验及有限元分析表明:当拉伸应力超过碳纤维板强度的24%时,碳板已开始从混凝土表面剥离.为保证充分利用碳纤维板的强度,应采用可靠锚具对碳纤维板进行锚固.     

型钢轻骨料混凝土黏结滑移性能试验研究

通过推出试验,研究型钢轻骨料混凝土黏结滑移性能.采用正交试验设计,考虑了轻骨料混凝土强度、型钢埋置长度、保护层厚度、横向配箍率等因素对黏结滑移性能的影响.根据试验结果,统计回归了特征黏结强度和特征滑移值计算公式;提出了型钢轻骨料混凝土平均黏结应力于和加载端滑移SL的本构关系数学模型.研究结果表明:型钢埋置长度la与型钢截面高度d的比值和轻骨料混凝土强度对黏结强度影响较显著;型钢轻骨料混凝土相对于型钢普通混凝土有较小的黏结强度和较陡的荷载滑移下降段.     

高温后植筋黏结滑移力学性能试验

对在不同受热温度和不同加载制度下混凝土构件中2种锚固长度植筋的黏结滑移力学性能进行了试验.植筋的锚固长度分别为7倍和15倍植筋直径,受热温度分别为50℃,80℃,150℃和200℃.加载制度考虑单向拉拔和反复加载.分析了加载制度、锚固长度和加热温度对植筋试件的极限黏结应力和极限滑移的影响.结果表明,不同条件对植筋试件的黏结滑移力学性能有显著影响.根据试验结果给出了高温后植筋试件黏结应力的计算方法.     

型钢外包活性粉末混凝土(RPC)的界面黏结性能

进行了6个试件的型钢外包活性粉末混凝土(RPC)短柱推出试验,分析了活性粉末混凝土(RPC)与型钢界面的破坏过程和黏结机理,得出了沿锚固长度方向黏结应力的分布规律。提出了界面黏结强度的计算方法。探讨了影响黏结性能的主要因素。基于试验结果给出了型钢外包活性粉末混凝土(RPC)界面极限黏结力的计算公式,且计算结果与试验结果吻合良好。研究成果为型钢外包活性粉末混凝土(RPC)结构计算理论建立以及有限元分析提供了试验依据。     

纳米高岭土改性混凝土与钢筋的黏结性能

为考察纳米高岭土对混凝土与钢筋间黏结性能的影响,利用电流加速腐蚀试验方法,研究了不同腐蚀时间下钢筋锈蚀率与纳米高岭土掺量的关系,分析了纳米高岭土改性混凝土与钢筋之间的黏结滑移关系及黏结强度的变化情况.研究结果表明:纳米高岭土改善了钢筋与混凝土间的黏结性能,降低了混凝土试件的刚度,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度较普通混凝土试件提高约56.55%;混凝土中内掺纳米高岭土能够延缓钢筋锈蚀,纳米高岭土掺量为5%的混凝土试件在腐蚀36 h后,钢筋锈蚀率较普通混凝土试件降低约52%;腐蚀48 h后,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度约为普通混凝土试件的2.16倍.     

基于能量法的工字钢柱的界面滑移计算

根据国内外有关型钢混凝土黏结滑移的试验研究资料,建立型钢混凝土工字钢柱的拉拔力学模型,引入能量法求解了型钢混凝土界面的相对滑移. 将型钢混凝土工字钢柱截面分为3部分,利用最小势能原理建立沿锚固长度方向的型钢与混凝土界面的相对滑移计算公式,并进行了数值计算与分析. 研究结果表明,构件中型钢与混凝土界面的相对滑移具有二次曲线分布的基本特征,与相关试验结论一致.     

钢绞线网增强ECC与混凝土界面黏结性能试验研究

为研究钢绞线网增强ECC与混凝土界面黏结性能，以混凝土强度、界面黏结长度、界面黏结宽度和界面处理方式为参数，共设计制作9组27个试件.基于梁铰式界面黏结性能试验，探究了各设计参数对界面黏结性能的影响规律，结果表明：受界面处理方式影响，试件产生3种破坏形态：界面剥离、钢绞线断裂及混凝土劈裂破坏.钢绞线网增强ECC与混凝土界面承载力随混凝土强度和界面粗糙度的增大而增大，在试验参数设计范围内提高约70%;界面黏结宽度的增大虽不会影响界面承载力，但使界面峰值黏结应力由1.65MPa降低至1.04MPa,降幅达35%;界面黏结长度对界面峰值黏结应力影响较小，但在有效黏结长度范围内，界面承载力随其值增大而提高.     

并筋黏结锚固性能试验研究

针对并筋后钢筋与混凝土之间的有效接触面积减小、黏结性能相对变差的问题,通过57个拉拔试件和6个半梁式试件的并筋黏结锚固试验,研究了并筋的黏结锚固性能.试验中考虑了并筋根数、钢筋直径、混凝土强度、锚固长度等因素对并筋黏结滑移性能的影响.试验结果表明:并筋根数越多,名义黏结强度降低;试验方式、锚固长度、钢筋直径、混凝土强度、钢筋位置等因素对并筋黏结强度的影响与这些因素对单根钢筋黏结强度的影响相似,可以引用单根钢筋的试验研究结果分析并筋的黏结锚固性能.基于各国规范黏结强度经验公式和本文的试验数据分析,建议二并筋、三并筋的等效钢筋直径分别取值1.41和1.73.当保护层厚度减小时,可适当延长并筋的锚固长度.     

锈蚀钢筋与TRC约束混凝土黏结滑移本构关系

采用试验和理论分析相结合的方法,基于电化学锈蚀中心拉拔试验,研究在有无纤维编织网增强混凝土(TRC)约束下,对不同电化学锈蚀率变形钢筋与混凝土界面黏结性能的影响,并且对试件破坏形态以及黏结滑移曲线等进行了分析研究.研究结果表明:在无TRC约束的情况下,锈蚀钢筋与混凝土极限黏结应力随锈蚀率增加而降低,尤其是混凝土产生锈胀裂缝后极限黏结应力下降明显;TRC约束对锈蚀钢筋与混凝土的黏结性能尤其是锈蚀程度较大的试件有很好的改善作用;对于产生锈胀裂缝的试件,TRC约束具有良好的限制试件开裂以及提高极限黏结应力的作用,同时TRC约束对维持锈蚀钢筋与混凝土的黏结刚度也有明显效果;最后建立了TRC约束混凝土与锈蚀钢筋上升段的黏结滑移本构关系.     

冻融循环和氯盐腐蚀对钢筋与混凝土黏结性能的影响

为了解不同环境对钢筋与混凝土黏结性能的影响,经冻融循环和氯盐腐蚀试验后,对试件进行了拔出测试.研究结果表明:钢筋与混凝土极限黏结强度和延性随冻融循环次数的增加而降低;钢筋腐蚀程度较低时,试件未产生锈胀裂缝,黏结强度较高,但延性较未腐蚀试件下降明显;试件腐蚀后,载荷-滑移曲线斜率增大,极限载荷对应的滑移减小;对于螺纹钢筋试件,当其冻融循环次数较少时,黏结性能无明显变化;光圆钢筋试件在冻融循环25次后,当加载到20kN时,钢筋能产生较大滑移,腐蚀后其黏结强度稍有提高,滑移减小,延性降低;钢筋应力经加载端向自由端逐渐降低,峰值靠近自由端,且随冻融次数的增加趋于平缓.根据试验实测结果并考虑黏结锚固位置,建立了冻融循环和腐蚀作用后钢筋与混凝土的黏结-滑移本构模型.     

方钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能

：为研究方钢管超高性能混凝土（UHPC）的界面黏结滑移性能，以钢管宽厚比、高宽比和UHPC强度为主要参数，设计了18个方钢管UHPC试件并对其进行静力推出试验.通过试验分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管纵向应变分布，结果表明：推出后的试件整体较为完整，钢管无鼓曲现象，加载端边缘处混凝土有一定损伤；加载端与自由端的荷载-滑移曲线形状基本一致，且曲线分为有明显峰值点的弱化型和无明显峰值点的强化型两类；黏结强度随宽厚比和高宽比的增加而减小，当宽厚比较大时，增大UHPC强度可以明显提高黏结强度；加载端的钢管纵向应变小于自由端，应变沿高度方向大致呈指数分布.从黏结强度的组成出发，忽略化学胶着力影响，通过确定界面摩擦和机械咬合应力的表达式，建立了方钢管UHPC在两种养护条件下的黏结强度计算模型，理论计算与试验数据符合较好.