钢筋混凝土在循环荷载下破坏机理研究

作     者：李浩文 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李鑫鑫

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：循环荷载 数字图像技术 破坏机理 集成学习 

摘      要：钢筋与混凝土的粘结性能在很大程度上影响了钢筋混凝土的工作性能以及耐久性,是决定钢筋混凝土在投入实际生产应用中承载能力的关键因素。钢筋混凝土结构在长期工作期间有时会遭受地震等循环荷载的作用,荷载循环往复的施加在混凝土结构上,导致其内部损失累积,最终突然发生低于正常极限粘结强度的破坏。目前的研究中已有大量的数据结果支撑钢筋混凝土结构在循环荷载下的粘结滑移本构模型,但针对其破坏机理以及内部裂纹扩展只停留在理论基础而缺少试验研究以及数据支撑。因此,结合混凝土结构的实际工作状态,研究循环荷载下钢筋周围混凝土内的裂缝开展以及应变变化,分析其破坏机理的改变,从而为试件在循环荷载作用下结构的破坏模式以及设计规范的进一步完善提供试验参考和理论依据。本文结合DIC图像分析技术对单调及循环荷载下钢筋与混凝土的破坏机理进行研究。通过中心拉拔试验获得单调及循环荷载下的粘结滑移曲线,结合DIC图像处理技术分析钢筋与混凝土界面处的破坏机理,并对不同情况下试件的裂缝宽度、剪切应变进行对比,研究钢筋直径以及箍筋对破坏机理的影响。（1）验证开窗方法的可行性。通过单调拉拔试验分析试件达到极限粘结强度前的破坏机理,发现横肋顶端的张开位移明显大于钢筋的其他部分,当拉拔载荷增加到0.85F时,在界面上可以观察到微小的裂纹,并随着拉拔载荷的增加逐渐发展。以此验证开窗结合DIC的分析方法是有研究价值的。（2）用开窗结合DIC的新分析方法验证循环荷载下已有的破坏机理。通过施加位移控制的循环荷载拉拔试验,验证了5倍粘结长度的应变均匀性。以应变云图为基础揭示出不同破坏模式下的破坏机理。结合剪切裂缝宽度揭示摩擦应力的退化机理,残余摩擦力的退化通常发生在前三圈以及控制位移为1mm时,直径越大时退化速率越快,这与d_f变化规律保持一致。（3）研究箍筋对破坏机理的影响。对配有箍筋试件进行循环荷载试验,发现箍筋的存在并未提高试件的均匀性。结合裂缝宽度以及应变云图发现箍筋对剪切裂缝具有抑制作用。（4）在集成学习的基础上建立预测本构模型。破坏机理的分析常和粘结强度相结合,在已有试验数据的基础上,采用集成学习方法校正关键参数。结合已有模型与集成算法建立考虑不同粘结因子影响下更准确的粘结滑移本构模型,为破坏机理的分析奠定理论基础。