鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)疲勞性能的研究.pdf

1、在重復荷載作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中無論是錨固端鋼筋，還是裂縫面兩側(cè)的鋼筋粘結(jié)區(qū)，由于鋼筋拉應力的重復加、卸作用，粘結(jié)應力的分布不斷地變化，促使粘結(jié)損傷的累積，相對滑移的逐漸增大，導致鋼筋與混凝土間粘結(jié)的退化。粘結(jié)的退化對于鋼筋混凝土構(gòu)件在使用階段的性能有影響，如鋼筋粘結(jié)區(qū)的局部變形增大，受拉裂縫加寬，構(gòu)件剛度降低，變形增大。有些構(gòu)件在多次重復荷載作用下，可能因承載力下降而提前破壞。但是，目前國內(nèi)外針對重復荷載下鋼筋與混凝土粘結(jié)疲勞損傷、

2、粘結(jié)滑移基本關(guān)系、粘結(jié)應力分布情況等問題研究很少。這些基本問題的研究對于進一步研究混凝土結(jié)構(gòu)疲勞性能又是必不可少的。因此，有必要開展鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)疲勞性能的研究，并把粘結(jié)疲勞的影響引入重復荷載下混凝土結(jié)構(gòu)各項性能中。
　　 本文通過24個拉拔試件和6個梁式試件，采用試驗研究和理論分析相結(jié)合的方法對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)疲勞性能進行了研究，提出了重復荷載下錨同端和縫間粘結(jié)應力形狀函數(shù)，冪函數(shù)形式的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型；基于上述粘結(jié)

3、滑移基本關(guān)系，推導出靜載和重復荷載下錨同長度和受彎構(gòu)件裂縫寬度的計算公式，可為工程設(shè)計人員參考。最后，根據(jù)重復荷載下峰值滑移量和殘余滑移梁的發(fā)展規(guī)律，定義平均損傷變量，提出了粘結(jié)疲勞損傷演化方程，并建立了考慮失效概率的粘結(jié)疲勞方程。論文主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 通過拔出試驗研究了錨同端粘結(jié)疲勞性能。試驗中考慮四個應力水平，并制作了四個混凝土對比構(gòu)件。試驗考察了重復荷載下粘結(jié)破壞形態(tài)、鋼筋峰值應變和殘余應變、自由端和加載端滑

4、移發(fā)展特征，得出了重復荷載下鋼筋與混凝土間平均粘結(jié)應力和自由端相對滑移曲線。研究結(jié)果表明：重復荷載下，自由端、加載端峰值滑移量和殘余滑移量發(fā)展均符合疲勞破壞的三階段特征。鋼筋峰值應變由內(nèi)凹向外凸發(fā)展。平均粘結(jié)應力和滑移在等量重復荷載下加、卸一次，構(gòu)成一滯回環(huán)，除第一次和最后接近破壞幾個滯回環(huán)外，中間滯回環(huán)上升段和下降段斜率變化不大。通過自行設(shè)計的梁式試驗研究了縫間粘結(jié)疲勞性能。試驗中考慮了三個應力水平，分別考察了重復荷載下裂縫位置（槽口

5、）滑移發(fā)展特征、裂縫間鋼筋峰值應變和殘余應變、裂縫和撓度發(fā)展特征、荷載與滑移關(guān)系曲線。試驗表明：重復荷載下，鋼筋端部應力和滑移的滯回曲線在上升段斜率隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加，接近破壞時，最大滑移量在0.2mm～0.3mm之間，可以認為重復荷載下鋼筋與混凝土之間滑移量達到靜載下鋼筋屈服時對應的滑移量時，梁接近破壞。裂縫處鋼筋滑移量的發(fā)展也表現(xiàn)出三階段的疲勞破壞特征。裂縫間鋼筋應變分布是中間大，兩端小，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂縫中間位置鋼筋應

6、變峰值逐漸減小，導致應變梯度下降，反映出粘結(jié)性能的退化。
　　 運用試驗測定的鋼筋應變，擬合了靜載和重復荷載下錨固端、縫間粘結(jié)應力分布曲線，進而通過試驗和理論相結(jié)合方法提出了重復荷載下兩類情況的鋼筋粘結(jié)應力形狀函數(shù)。重復荷載下，錨固端粘結(jié)應力分布與靜載下有本質(zhì)區(qū)別，加載端附近和自由端附近分別形成了兩個區(qū)域，隨著重復次數(shù)、應力水平增加，加載端區(qū)域峰值粘結(jié)應力逐漸減小，自由端區(qū)域峰值粘結(jié)應力逐漸增大，粘結(jié)應力沿錨固長度出現(xiàn)明顯的雙峰

7、現(xiàn)象?？p間粘結(jié)應力分布與靜載基本相似，但隨著重復次數(shù)的增加各點粘結(jié)應力逐漸減小，呈現(xiàn)三階段的粘結(jié)性能退化規(guī)律。基于三個基本假定，擬合了重復荷載下錨固端三個階段粘結(jié)應力形狀函數(shù)。理論推導了靜載下裂縫間粘結(jié)應力形狀函數(shù)，根據(jù)循環(huán)荷載下粘結(jié)應力分布的變化特征，提出了考慮損傷演化的縫間粘結(jié)應力分布函數(shù)。
　　 根據(jù)平均粘結(jié)應力和自由端滑移建立了靜載和重復荷載下粘結(jié)滑移基本本構(gòu)關(guān)系模型。首先試驗數(shù)據(jù)回歸出了峰值滑移量、殘余滑移量、第一次峰

8、值滑移量和殘余滑移量之間關(guān)系的經(jīng)驗公式，進而根據(jù)粘結(jié)應力滑移變化特征，運用上述經(jīng)驗公式，建立起通過指數(shù)的變化來考慮粘結(jié)應力的增加速度的冪函數(shù)形式本構(gòu)關(guān)系模型。該模型考慮到了應力水平和荷載重復次數(shù)，能從宏觀上反映重復荷載下平均粘結(jié)應力和滑移基本關(guān)系。最后基于重復荷載下發(fā)生粘結(jié)疲勞破壞的條件是滑移量增加到靜載下的最大滑移量的基本準則，理論推導了粘結(jié)疲勞壽命方程。
　　 結(jié)合國內(nèi)外已有的靜載下局部粘結(jié)滑移基本關(guān)系，基于重復荷載下粘結(jié)滑

9、移本構(gòu)模型，理論推導了靜載和重復荷載下臨界錨固長度和裂縫寬度的計算公式，該公式和試驗結(jié)果吻合較好。公式分析表明：在低應力水平下，重復荷載次數(shù)對錨固長度影響不大，在高應力水平下影響明顯。重復荷載下，受彎構(gòu)件由于殘余滑移的累積，鋼筋與混凝土間傳遞長度將隨著重復次數(shù)的增加而降低，確定重復荷載下裂縫寬度需要考慮鋼筋與混凝土間有效傳遞長度、裂縫附近的粘結(jié)應力、粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的變化。
　　 根據(jù)試驗結(jié)果，對鋼筋混凝土粘結(jié)疲勞損傷演變規(guī)律和