钢—聚丙烯混杂纤维高强混凝土与变形钢筋粘结性能研究

发布时间：2018-03-10 02:23

  本文选题：钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土　切入点：变形钢筋　出处：《武汉大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：钢筋与混凝土的粘结问题,不仅在工程实践上十分重要,而且在钢筋混凝土理论上也具有非常重要的意义。然而,由于钢筋与混凝土界面传力机理复杂、影响因素众多、混凝土自身非线性和随机性、以及试验手段的不同和量测技术的差异导致了试验数据分散,因而其研究难度大且发展缓慢,是钢筋混凝土结构基本理论中的难点问题。高强混凝土具有长期的综合经济性,应用前景广阔。但是混凝土强度越高,材料的脆性就越大,研究者们在混凝土中添加钢纤维、聚丙烯纤维等各类纤维,以期改善混凝土结构力学性能及耐久性。然而,由于混凝土是一种非匀质、多相材料,加入某一种纤维只能显著改善或者加强其某一相的性能,为了得到更好的增强效果,将两种或多种纤维混杂掺入混凝土,可以在不同层次、不同阶段提高混凝土基体的强度、韧性以及耐久性。为使钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土(本文简称SPHFRC)和钢筋这两种材料发挥各自优势,共同工作,就必须保证两者之间具有良好的粘结。目前对于SPHFRC与钢筋间的粘结性能研究还鲜见报道,而粘结滑移本构关系是工程界和力学界共同关注的焦点之一,在工程结构数值模拟中起着重要的核心作用。因此,本文通过试验研究与理论分析,对SPHFRC与变形钢筋的粘结性能进行了系统的研究,主要工作及成果如下：(1)通过拉拔强度试验,定量分析了钢纤维和聚丙烯纤维的体积率、长径比以及各因素的交互作用对SPHFRC与变形钢筋间粘结强度力学性能指标的影响；根据试验结果建立了以SPHFRC强度为基准的SPHFRC与变形钢筋粘结强度的计算公式,以及SPHFRC粘结强度与普通混凝土粘结强度之间的换算公式。同时,分析得出钢筋混凝土结构中,在保证锚固可靠度一致的条件下,SPHFRC中受拉钢筋的设计锚固长度可相应地缩短,采用SPHFRC对钢筋的搭接、锚固等十分有利的结论。(2)采用单端中心拉拔试验,进行SPHFRC与变形钢筋平均粘结应力与滑移本构关系的研究,实测记录荷载-滑移关系的全过程曲线,探明了SPHFRC与变形钢筋粘结滑移破坏的全过程;根据试验结果分析了混杂纤维对混凝土基体在抵抗粘结破坏全过程中的增强作用,并基于试验数据,采用DATAFIT软件中的非线性拟合方法,拟合得到SPHFRC平均粘结应力-自由端滑移关系曲线的数学表达式；同时将其与普通混凝土与变形钢筋的粘结滑移关系进行了对比,详细地分析了它们之间的差异。(3)基于拉拔试验结果和纤维增强理论,分析了SPHFRC与变形钢筋的粘结机理,即一方面混杂纤维提高了混凝土的强度,增强了对钢筋的约束,另一方面混杂纤维的复合阻裂效应,更有利于限制混凝土中微细裂缝的产生与发展,减少了混凝土缺陷,从而相应提高了粘结强度,其中钢纤维起主要作用,且长径比较大的钢纤维增强效果更好。(4)通过钢筋开槽内贴片法的局部粘结滑移试验研究,实测钢筋应变、端部滑移等沿粘结锚固长度不同位置的分布,提出不同阶段随粘结位置变化的位置函数；结合混杂纤维混凝土平均粘结应力-滑移本构方程与位置函数的积,更精确地描述SPHFRC与变形钢筋粘结应力-滑移本构关系。最后,在总结论文工作的基础上,提出了一些本课题相关的研究展望。
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本文编号：1591351