鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)疲勞性能的研究.pdf

1、在重復(fù)荷載作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中無(wú)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(yīng)力的重復(fù)加、卸作用，粘結(jié)應(yīng)力的分布不斷地變化，促使粘結(jié)損傷的累積，相對(duì)滑移的逐漸增大，導(dǎo)致鋼筋與混凝土間粘結(jié)的退化。粘結(jié)的退化對(duì)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(fù)荷載作用下，可能因承載力下降而提前破壞。但是，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)重復(fù)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(yīng)力分布情況等問(wèn)題研究很少。這些基本問(wèn)題的研究對(duì)于進(jìn)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(fù)荷載下混凝土結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能中。
　　 本文通過(guò)24個(gè)拉拔試件和6個(gè)梁式試件，采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)疲勞性能進(jìn)行了研究，提出了重復(fù)荷載下錨同端和縫間粘結(jié)應(yīng)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(dǎo)出靜載和重復(fù)荷載下錨同長(zhǎng)度和受彎構(gòu)件裂縫寬度的計(jì)算公式，可為工程設(shè)計(jì)人員參考。最后，根據(jù)重復(fù)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?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 通過(guò)拔出試驗(yàn)研究了錨同端粘結(jié)疲勞性能。試驗(yàn)中考慮四個(gè)應(yīng)力水平，并制作了四個(gè)混凝土對(duì)比構(gòu)件。試驗(yàn)考察了重復(fù)荷載下粘結(jié)破壞形態(tài)、鋼筋峰值應(yīng)變和殘余應(yīng)變、自由端和加載端滑

4、移發(fā)展特征，得出了重復(fù)荷載下鋼筋與混凝土間平均粘結(jié)應(yīng)力和自由端相對(duì)滑移曲線。研究結(jié)果表明：重復(fù)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(yīng)變由內(nèi)凹向外凸發(fā)展。平均粘結(jié)應(yīng)力和滑移在等量重復(fù)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(gè)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(guò)自行設(shè)計(jì)的梁式試驗(yàn)研究了縫間粘結(jié)疲勞性能。試驗(yàn)中考慮了三個(gè)應(yīng)力水平，分別考察了重復(fù)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(yīng)變和殘余應(yīng)變、裂縫和撓度發(fā)展特征、荷載與滑移關(guān)系曲線。試驗(yàn)表明：重復(fù)荷載下，鋼筋端部應(yīng)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(shí)，最大滑移量在0.2mm～0.3mm之間，可以認(rèn)為重復(fù)荷載下鋼筋與混凝土之間滑移量達(dá)到靜載下鋼筋屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的滑移量時(shí)，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(yīng)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(yīng)

6、變峰值逐漸減小，導(dǎo)致應(yīng)變梯度下降，反映出粘結(jié)性能的退化。
　　 運(yùn)用試驗(yàn)測(cè)定的鋼筋應(yīng)變，擬合了靜載和重復(fù)荷載下錨固端、縫間粘結(jié)應(yīng)力分布曲線，進(jìn)而通過(guò)試驗(yàn)和理論相結(jié)合方法提出了重復(fù)荷載下兩類情況的鋼筋粘結(jié)應(yīng)力形狀函數(shù)。重復(fù)荷載下，錨固端粘結(jié)應(yīng)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(gè)區(qū)域，隨著重復(fù)次數(shù)、應(yīng)力水平增加，加載端區(qū)域峰值粘結(jié)應(yīng)力逐漸減小，自由端區(qū)域峰值粘結(jié)應(yīng)力逐漸增大，粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度出現(xiàn)明顯的雙峰

7、現(xiàn)象?？p間粘結(jié)應(yīng)力分布與靜載基本相似，但隨著重復(fù)次數(shù)的增加各點(diǎn)粘結(jié)應(yīng)力逐漸減小，呈現(xiàn)三階段的粘結(jié)性能退化規(guī)律?；谌齻€(gè)基本假定，擬合了重復(fù)荷載下錨固端三個(gè)階段粘結(jié)應(yīng)力形狀函數(shù)。理論推導(dǎo)了靜載下裂縫間粘結(jié)應(yīng)力形狀函數(shù)，根據(jù)循環(huán)荷載下粘結(jié)應(yīng)力分布的變化特征，提出了考慮損傷演化的縫間粘結(jié)應(yīng)力分布函數(shù)。
　　 根據(jù)平均粘結(jié)應(yīng)力和自由端滑移建立了靜載和重復(fù)荷載下粘結(jié)滑移基本本構(gòu)關(guān)系模型。首先試驗(yàn)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(yàn)公式，進(jìn)而根據(jù)粘結(jié)應(yīng)力滑移變化特征，運(yùn)用上述經(jīng)驗(yàn)公式，建立起通過(guò)指數(shù)的變化來(lái)考慮粘結(jié)應(yīng)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(yīng)力水平和荷載重復(fù)次數(shù)，能從宏觀上反映重復(fù)荷載下平均粘結(jié)應(yīng)力和滑移基本關(guān)系。最后基于重復(fù)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(zhǔn)則，理論推導(dǎo)了粘結(jié)疲勞壽命方程。
　　 結(jié)合國(guó)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(fù)荷載下粘結(jié)滑

9、移本構(gòu)模型，理論推導(dǎo)了靜載和重復(fù)荷載下臨界錨固長(zhǎng)度和裂縫寬度的計(jì)算公式，該公式和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。公式分析表明：在低應(yīng)力水平下，重復(fù)荷載次數(shù)對(duì)錨固長(zhǎng)度影響不大，在高應(yīng)力水平下影響明顯。重復(fù)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(zhǎng)度將隨著重復(fù)次數(shù)的增加而降低，確定重復(fù)荷載下裂縫寬度需要考慮鋼筋與混凝土間有效傳遞長(zhǎng)度、裂縫附近的粘結(jié)應(yīng)力、粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的變化。
　　 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)鋼筋混凝土粘結(jié)疲勞損傷演變規(guī)律和