多軸應(yīng)力狀態(tài)下鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能

本基金項目主要采用試驗研究結(jié)合理論分析的方法,開展在復(fù)雜應(yīng)力條件下的光圓和變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移性能的研究。首先，通過大量試驗研究了光圓和變形鋼筋在側(cè)向壓、拉以及拉壓組合三種應(yīng)力狀態(tài)下的粘結(jié)性能。試驗采用中心拉拔試件，考慮了鋼筋直徑、混凝土強度以及單/雙軸復(fù)雜側(cè)向應(yīng)力的影響。試驗中測得了復(fù)雜應(yīng)力作用下的粘結(jié)應(yīng)力-滑移曲線，選取了用以表征粘結(jié)性能的主要參數(shù)，并分析其與側(cè)向復(fù)雜應(yīng)力的關(guān)系。試驗結(jié)果表明，施加側(cè)向應(yīng)力后，鋼筋的粘結(jié)機理發(fā)生改變，而側(cè)向應(yīng)力對粘結(jié)性能產(chǎn)生極大影響。通過對試驗數(shù)據(jù)的回歸，提出了極限和殘余粘結(jié)強度，以及峰值粘結(jié)應(yīng)力對應(yīng)的滑移量的經(jīng)驗表達式。當(dāng)鋼筋直徑、混凝土強度以及側(cè)向應(yīng)力水平已知時即可確定以上粘結(jié)參數(shù)。試驗中同時考察了自密實輕骨料混凝土在復(fù)雜壓應(yīng)力下的粘結(jié)性能，并對比其與普通混凝土的差別。其次，在試驗的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了可以同時描述光圓與變形鋼筋在側(cè)向壓、拉以及拉壓組合應(yīng)力狀態(tài)下粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)關(guān)系的模型。選取了合適的數(shù)學(xué)模型用以描述粘結(jié)應(yīng)力-滑移曲線，并根據(jù)試驗結(jié)果校準了相關(guān)參數(shù)。只要給定鋼筋直徑、混凝土強度以及側(cè)向應(yīng)力水平，即可確定鋼筋與混凝土的粘結(jié)應(yīng)力-滑移曲線。該本構(gòu)關(guān)系可以為考慮復(fù)雜應(yīng)力影響的鋼筋混凝土構(gòu)件的有限元分析提供參考。最后，借助彈性力學(xué)及斷裂力學(xué)，對光圓和變形鋼筋的粘結(jié)性能進行了理論研究。運用彈性理論，假定材料均勻與連續(xù)性，在粘結(jié)界面緊密接觸的基礎(chǔ)上解析推導(dǎo)了光圓鋼筋在側(cè)向復(fù)雜壓應(yīng)力及均勻拉應(yīng)力作用下的粘結(jié)強度，并對影響計算結(jié)果的參數(shù)進行了敏感性分析?；谡尘哿Φ奶摂M裂縫模型，對變形鋼筋粘結(jié)試件的劈裂破壞進行了理論分析。假定虛擬裂縫面線性分布，同時假定內(nèi)層混凝土開裂區(qū)滿足等效彈性周向變形。粘結(jié)強度的理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。 2100433B

鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要參數(shù)，而結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土粘結(jié)部位的應(yīng)力狀態(tài)是影響其性能的重要因素。本項目擬采用試驗和理論分析相結(jié)合，開展多軸應(yīng)力狀態(tài)下鋼筋與混凝土粘結(jié)性能研究。在三軸試驗機上，采用混凝土立方體拉拔試件研究多軸應(yīng)力狀態(tài)及不同應(yīng)力比下鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的變化規(guī)律、與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)的粘結(jié)滑移本構(gòu)模型。采用鋼筋內(nèi)貼片的方法研究多軸應(yīng)力狀態(tài)下粘結(jié)應(yīng)力沿粘結(jié)長度的分布及粘結(jié)性能變化的內(nèi)在機理。根據(jù)試驗中粘結(jié)破壞的特點，引入I型及II型非線性斷裂力學(xué)，建立多軸應(yīng)力狀態(tài)下鋼筋與混凝土粘結(jié)破壞的斷裂力學(xué)模型。根據(jù)試驗獲得的粘結(jié)-滑移曲線，建立基于粘結(jié)界面斷裂參數(shù)的本構(gòu)關(guān)系，采用非線性斷裂理論推導(dǎo)錨固件發(fā)生粘結(jié)破壞時的承載力。該項目的研究成果不僅能揭示應(yīng)力狀態(tài)與粘結(jié)性能之間的關(guān)系，對粘結(jié)問題的本質(zhì)認識也有重要意義，對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的錨固工程也具有理論意義及工應(yīng)用價值。

粘結(jié)是鋼筋與外圍混凝土之間一種復(fù)雜的相互作用，借助這種作用來傳遞兩者間的應(yīng)力，協(xié)調(diào)變形，保證共同作用。這種作用實質(zhì)上是鋼筋與混凝土接觸面上所產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力，即所謂粘結(jié)應(yīng)力（bond stress），有是也稱粘結(jié)力。

第1章 緒論

1.1 研究背景

1.2 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能研究回顧

1.2.1 試驗研究方法

1.2.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)——滑移本構(gòu)關(guān)系

1.2.3 粘結(jié)——滑移本構(gòu)的理論分析模式

1.2.4 國內(nèi)外關(guān)于粘結(jié)——滑移的數(shù)值模擬研究

1.3 影響粘結(jié)滑移性能的因素

1.3.1 混凝土的強度

1.3.2 混凝土的組成成分

1.3.3 保護層厚度或鋼筋凈間距

1.3.4 橫向配筋

1.3.5 橫向壓力

1.3.6 鋼筋的澆筑位置

1.3.7 鋼筋的銹蝕

1.3.8 荷載類型

1.3.9 溫度

1.4 技術(shù)路線構(gòu)思

1.5 主要內(nèi)容

參考文獻

第2章 高溫后鋼筋與混凝土粘結(jié)——滑移基礎(chǔ)試驗

2.1 提出問題

2.2 試驗?zāi)康?

2.3 高溫后膠結(jié)剪切試驗

2.3.1 試件制作

2.3.2 升溫制度

2.3.3 加載制度與裝置

2.3.4 試驗結(jié)果與現(xiàn)象

2.4 高溫后摩阻試驗

2.4.1 試驗原理

2.4.2 試驗結(jié)果

2.5 高溫后基于摩擦損傷的粘結(jié)試驗

2.5.1 鋼筋拔出過程中的損傷機理

2.5.2 試件的制作

2.5.3 加載制度與加載裝置

2.5.4 試驗現(xiàn)象與試驗結(jié)果

2.5.5 粘結(jié)強度隨溫度的變化規(guī)律對比

2.5.6 高溫后抗壓強度與粘結(jié)強度的關(guān)系

2.6 本章小結(jié)

參考文獻

第3章 細晶粒鋼筋的高溫性能研究

3.1 概述

3.2 高溫下細晶粒鋼筋的力學(xué)性能

3.2.1 高溫下細晶粒鋼筋各力學(xué)指標

3.2.2 本構(gòu)模型

3.3 高溫后細晶粒鋼筋的力學(xué)性能

3.3.1 試驗概況

3.3.2 試驗結(jié)果及分析

3.3.3 力學(xué)模型

3.4 本章小結(jié)

參考文獻

第4章 帶肋鋼筋與混凝土間粘結(jié)——滑移理論分析

4.1 概述

4.2 兩種特殊平面問題的位移解

4.2.1 受均勻內(nèi)壓作用的圓環(huán)

4.2.2 楔形體在楔頂受豎向集中力F作用

4.3 粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

4.3.1 錐楔作用的傳力機制

4.3.2 環(huán)向開裂前

4.3.3 環(huán)向開裂后

4.3.4 下降段

4.4 公式中主要參數(shù)的取值

4.4.1 摩擦系數(shù)

4.4.2 特征滑移

4.4.3 滑移路徑參數(shù)

4.5 模型可移植性分析

4.6 基于力學(xué)模型的高溫后粘結(jié)——滑移本構(gòu)

4.6.1 高溫后混凝土抗拉強度

4.6.2 高溫后混凝土彈模

4.6.3 高溫后粘結(jié)——滑移本構(gòu)

4.7 本章小結(jié)

參考文獻

第5章 基于ANSYS接觸分析的粘結(jié)——滑移數(shù)值模擬

5.1 概述

5.2 局部粘結(jié)滑移滑移試驗試件參數(shù)

5.3 材料模型定義

5.3.1 鋼筋材料模型

5.3.2 混凝土材料模型

5.4 單元類型選擇

5.5 設(shè)置接觸單元實常數(shù)和關(guān)鍵選項

5.5.1 實常數(shù)

5.5.2 單元關(guān)鍵選項

5.6 庫侖摩擦模型

5.7 有限元模型

5.7.1 幾何模型簡化

5.7.2 有限元模型的建立

5.8 結(jié)果分析

5.8.1 單元應(yīng)力分布規(guī)律

5.8.2 FEM數(shù)值解與試驗值對比

5.9 本章小結(jié)

參考文獻

第6章 高溫后梁式粘結(jié)錨固試驗及數(shù)值模擬

6.1 概述

6.2 試驗?zāi)康?

6.3 測試內(nèi)容

6.4 試驗設(shè)計

6.4.1 模型設(shè)計

6.4.2 模型制作與養(yǎng)護

6.5 高溫試驗

6.5.1 升溫設(shè)備

6.5.2 升溫制度和試驗現(xiàn)象

6.5.3 立方體試塊爆裂分析

6.6 高溫后混凝土抗壓試驗

6.6.1 抗壓試驗現(xiàn)象

6.6.2 高溫后混凝土抗壓強度

6.7 高溫后梁式粘結(jié)錨固試驗

6.7.1 加載裝置和測點布置

6.7.2 試驗現(xiàn)象

6.7.3 高溫后細晶粒鋼筋與梁的粘結(jié)——滑移性能

6.8 粘結(jié)錨固對梁承載力的影響

6.9 高性能混凝土與細晶粒鋼筋粘結(jié)——錨固的數(shù)值模擬

6.9.1 材料模型

6.9.2 單元類型及功能說明

6.9.3 粘結(jié)滑移數(shù)值模擬技術(shù)的實現(xiàn)

6.9.4 網(wǎng)格的劃分及單元的生成

6.9.5 結(jié)果分析

6.10 本章小結(jié)

參考文獻

第7章 結(jié)論與展望

7.1 結(jié)論

7.2 展望

本書講述了在高溫后鋼筋和混凝土間粘結(jié)滑移作用，主要內(nèi)容有混凝土的基本力學(xué)性能，鋼筋和混凝土相互作用理論部分，以及實驗室如何進行試驗，條理清晰，可讀性強，供從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)科學(xué)研究、設(shè)計和施工管理的技術(shù)人員參考，具有一定的科研借鑒性。

鋼筋與混凝土高溫后粘結(jié)目錄

第1章 緒論

1.1 研究背景

1.2 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能研究回顧

1.2.1 試驗研究方法

1.2.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)——滑移本構(gòu)關(guān)系

1.2.3 粘結(jié)——滑移本構(gòu)的理論分析模式

1.2.4 國內(nèi)外關(guān)于粘結(jié)——滑移的數(shù)值模擬研究

1.3 影響粘結(jié)滑移性能的因素

1.3.1 混凝土的強度

1.3.2 混凝土的組成成分

1.3.3 保護層厚度或鋼筋凈間距

1.3.4 橫向配筋

1.3.5 橫向壓力

1.3.6 鋼筋的澆筑位置

1.3.7 鋼筋的銹蝕

1.3.8 荷載類型

1.3.9 溫度

1.4 技術(shù)路線構(gòu)思

1.5 主要內(nèi)容

參考文獻

第2章 高溫后鋼筋與混凝土粘結(jié)——滑移基礎(chǔ)試驗

2.1 提出問題

2.2 試驗?zāi)康?

2.3 高溫后膠結(jié)剪切試驗

2.3.1 試件制作

2.3.2 升溫制度

2.3.3 加載制度與裝置

2.3.4 試驗結(jié)果與現(xiàn)象

2.4 高溫后摩阻試驗

2.4.1 試驗原理

2.4.2 試驗結(jié)果

2.5 高溫后基于摩擦損傷的粘結(jié)試驗

2.5.1 鋼筋拔出過程中的損傷機理

2.5.2 試件的制作

2.5.3 加載制度與加載裝置

2.5.4 試驗現(xiàn)象與試驗結(jié)果

2.5.5 粘結(jié)強度隨溫度的變化規(guī)律對比

2.5.6 高溫后抗壓強度與粘結(jié)強度的關(guān)系

2.6 本章小結(jié)

參考文獻

第3章 細晶粒鋼筋的高溫性能研究

3.1 概述

3.2 高溫下細晶粒鋼筋的力學(xué)性能

3.2.1 高溫下細晶粒鋼筋各力學(xué)指標

3.2.2 本構(gòu)模型

3.3 高溫后細晶粒鋼筋的力學(xué)性能

3.3.1 試驗概況

3.3.2 試驗結(jié)果及分析

3.3.3 力學(xué)模型

3.4 本章小結(jié)

參考文獻

第4章 帶肋鋼筋與混凝土間粘結(jié)——滑移理論分析

4.1 概述

4.2 兩種特殊平面問題的位移解

4.2.1 受均勻內(nèi)壓作用的圓環(huán)

4.2.2 楔形體在楔頂受豎向集中力F作用

4.3 粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

4.3.1 錐楔作用的傳力機制

4.3.2 環(huán)向開裂前

4.3.3 環(huán)向開裂后

4.3.4 下降段

4.4 公式中主要參數(shù)的取值

4.4.1 摩擦系數(shù)

4.4.2 特征滑移

4.4.3 滑移路徑參數(shù)

4.5 模型可移植性分析

4.6 基于力學(xué)模型的高溫后粘結(jié)——滑移本構(gòu)

4.6.1 高溫后混凝土抗拉強度

4.6.2 高溫后混凝土彈模

4.6.3 高溫后粘結(jié)——滑移本構(gòu)

4.7 本章小結(jié)

參考文獻

第5章 基于ANSYS接觸分析的粘結(jié)——滑移數(shù)值模擬

5.1 概述

5.2 局部粘結(jié)滑移滑移試驗試件參數(shù)

5.3 材料模型定義

5.3.1 鋼筋材料模型

5.3.2 混凝土材料模型

5.4 單元類型選擇

5.5 設(shè)置接觸單元實常數(shù)和關(guān)鍵選項

5.5.1 實常數(shù)

5.5.2 單元關(guān)鍵選項

5.6 庫侖摩擦模型

5.7 有限元模型

5.7.1 幾何模型簡化

5.7.2 有限元模型的建立

5.8 結(jié)果分析

5.8.1 單元應(yīng)力分布規(guī)律

5.8.2 FEM數(shù)值解與試驗值對比

5.9 本章小結(jié)

參考文獻

第6章 高溫后梁式粘結(jié)錨固試驗及數(shù)值模擬

6.1 概述

6.2 試驗?zāi)康?

6.3 測試內(nèi)容

6.4 試驗設(shè)計

6.4.1 模型設(shè)計

6.4.2 模型制作與養(yǎng)護

6.5 高溫試驗

6.5.1 升溫設(shè)備

6.5.2 升溫制度和試驗現(xiàn)象

6.5.3 立方體試塊爆裂分析

6.6 高溫后混凝土抗壓試驗

6.6.1 抗壓試驗現(xiàn)象

6.6.2 高溫后混凝土抗壓強度

6.7 高溫后梁式粘結(jié)錨固試驗

6.7.1 加載裝置和測點布置

6.7.2 試驗現(xiàn)象

6.7.3 高溫后細晶粒鋼筋與梁的粘結(jié)——滑移性能

6.8 粘結(jié)錨固對梁承載力的影響

6.9 高性能混凝土與細晶粒鋼筋粘結(jié)——錨固的數(shù)值模擬

6.9.1 材料模型

6.9.2 單元類型及功能說明

6.9.3 粘結(jié)滑移數(shù)值模擬技術(shù)的實現(xiàn)

6.9.4 網(wǎng)格的劃分及單元的生成

6.9.5 結(jié)果分析

6.10 本章小結(jié)

參考文獻

第7章 結(jié)論與展望

7.1 結(jié)論

7.2 展望

本書講述了在高溫后鋼筋和混凝土間粘結(jié)滑移作用，主要內(nèi)容有混凝土的基本力學(xué)性能，鋼筋和混凝土相互作用理論部分，以及實驗室如何進行試驗，條理清晰，可讀性強，供從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)科學(xué)研究、設(shè)計和施工管理的技術(shù)人員參考，具有一定的科研借鑒性。

鋼筋與混凝土高溫后粘結(jié)目錄

第1章 緒論

1.1 研究背景

1.2 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能研究回顧

1.2.1 試驗研究方法

1.2.2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)——滑移本構(gòu)關(guān)系

1.2.3 粘結(jié)——滑移本構(gòu)的理論分析模式

1.2.4 國內(nèi)外關(guān)于粘結(jié)——滑移的數(shù)值模擬研究

1.3 影響粘結(jié)滑移性能的因素

1.3.1 混凝土的強度

1.3.2 混凝土的組成成分

1.3.3 保護層厚度或鋼筋凈間距

1.3.4 橫向配筋

1.3.5 橫向壓力

1.3.6 鋼筋的澆筑位置

1.3.7 鋼筋的銹蝕

1.3.8 荷載類型

1.3.9 溫度

1.4 技術(shù)路線構(gòu)思

1.5 主要內(nèi)容

參考文獻

第2章 高溫后鋼筋與混凝土粘結(jié)——滑移基礎(chǔ)試驗

2.1 提出問題

2.2 試驗?zāi)康?

2.3 高溫后膠結(jié)剪切試驗

2.3.1 試件制作

2.3.2 升溫制度

2.3.3 加載制度與裝置

2.3.4 試驗結(jié)果與現(xiàn)象

2.4 高溫后摩阻試驗

2.4.1 試驗原理

2.4.2 試驗結(jié)果

2.5 高溫后基于摩擦損傷的粘結(jié)試驗

2.5.1 鋼筋拔出過程中的損傷機理

2.5.2 試件的制作

2.5.3 加載制度與加載裝置

2.5.4 試驗現(xiàn)象與試驗結(jié)果

2.5.5 粘結(jié)強度隨溫度的變化規(guī)律對比

2.5.6 高溫后抗壓強度與粘結(jié)強度的關(guān)系

2.6 本章小結(jié)

參考文獻

第3章 細晶粒鋼筋的高溫性能研究

3.1 概述

3.2 高溫下細晶粒鋼筋的力學(xué)性能

3.2.1 高溫下細晶粒鋼筋各力學(xué)指標

3.2.2 本構(gòu)模型

3.3 高溫后細晶粒鋼筋的力學(xué)性能

3.3.1 試驗概況

3.3.2 試驗結(jié)果及分析

3.3.3 力學(xué)模型

3.4 本章小結(jié)

參考文獻

第4章 帶肋鋼筋與混凝土間粘結(jié)——滑移理論分析

4.1 概述

4.2 兩種特殊平面問題的位移解

4.2.1 受均勻內(nèi)壓作用的圓環(huán)

4.2.2 楔形體在楔頂受豎向集中力F作用

4.3 粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

4.3.1 錐楔作用的傳力機制

4.3.2 環(huán)向開裂前

4.3.3 環(huán)向開裂后

4.3.4 下降段

4.4 公式中主要參數(shù)的取值

4.4.1 摩擦系數(shù)

4.4.2 特征滑移

4.4.3 滑移路徑參數(shù)

4.5 模型可移植性分析

4.6 基于力學(xué)模型的高溫后粘結(jié)——滑移本構(gòu)

4.6.1 高溫后混凝土抗拉強度

4.6.2 高溫后混凝土彈模

4.6.3 高溫后粘結(jié)——滑移本構(gòu)

4.7 本章小結(jié)

參考文獻

第5章 基于ANSYS接觸分析的粘結(jié)——滑移數(shù)值模擬

5.1 概述

5.2 局部粘結(jié)滑移滑移試驗試件參數(shù)

5.3 材料模型定義

5.3.1 鋼筋材料模型

5.3.2 混凝土材料模型

5.4 單元類型選擇

5.5 設(shè)置接觸單元實常數(shù)和關(guān)鍵選項

5.5.1 實常數(shù)

5.5.2 單元關(guān)鍵選項

5.6 庫侖摩擦模型

5.7 有限元模型

5.7.1 幾何模型簡化

5.7.2 有限元模型的建立

5.8 結(jié)果分析

5.8.1 單元應(yīng)力分布規(guī)律

5.8.2 FEM數(shù)值解與試驗值對比

5.9 本章小結(jié)

參考文獻

第6章 高溫后梁式粘結(jié)錨固試驗及數(shù)值模擬

6.1 概述

6.2 試驗?zāi)康?

6.3 測試內(nèi)容

6.4 試驗設(shè)計

6.4.1 模型設(shè)計

6.4.2 模型制作與養(yǎng)護

6.5 高溫試驗

6.5.1 升溫設(shè)備

6.5.2 升溫制度和試驗現(xiàn)象

6.5.3 立方體試塊爆裂分析

6.6 高溫后混凝土抗壓試驗

6.6.1 抗壓試驗現(xiàn)象

6.6.2 高溫后混凝土抗壓強度

6.7 高溫后梁式粘結(jié)錨固試驗

6.7.1 加載裝置和測點布置

6.7.2 試驗現(xiàn)象

6.7.3 高溫后細晶粒鋼筋與梁的粘結(jié)——滑移性能

6.8 粘結(jié)錨固對梁承載力的影響

6.9 高性能混凝土與細晶粒鋼筋粘結(jié)——錨固的數(shù)值模擬

6.9.1 材料模型

6.9.2 單元類型及功能說明

6.9.3 粘結(jié)滑移數(shù)值模擬技術(shù)的實現(xiàn)

6.9.4 網(wǎng)格的劃分及單元的生成

6.9.5 結(jié)果分析

6.10 本章小結(jié)

參考文獻

第7章 結(jié)論與展望

7.1 結(jié)論

7.2 展望2100433B

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土，是指配置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。