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钢筋与钢纤维再生混凝土粘结性能梁式试验研究及有限元分析

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钢筋与钢纤维再生混凝土粘结性能梁式试验研究及有限元分析

作者：朱军朋郑州航空工业管理学院

学位级别：硕士

钢纤维再生混凝土是一种力学性能和耐久性优良的新型混凝土材料,同时具有绿色低碳、环境友好的优势,在生态优先、绿色发展背景下的新型城镇化建设过程中应用前景广阔。钢筋与钢纤维再生混凝土之间的粘结性能是钢筋钢纤维再生混凝土结构... 详细信息

钢纤维再生混凝土是一种力学性能和耐久性优良的新型混凝土材料,同时具有绿色低碳、环境友好的优势,在生态优先、绿色发展背景下的新型城镇化建设过程中应用前景广阔。钢筋与钢纤维再生混凝土之间的粘结性能是钢筋钢纤维再生混凝土结构安全和性能发挥的基础,是其应用于工程结构或构件的前提条件。为了系统研究钢筋与钢纤维再生混凝土的粘结性能,本文考虑钢纤维体积率、再生骨料替代率、混凝土强度等级、锚固长度和箍筋约束等主要影响因素,通过13组钢筋钢纤维再生混凝土梁式粘结试件的四点弯曲试验,对梁式粘结试件的粘结破坏形态、荷载-挠度曲线、粘结-滑移曲线、粘结强度和粘结滑移本构关系进行了分析。在此基础上,根据提出的四段式粘结滑移本构模型,利用非线性分析软件ABAQUS,对钢筋与钢纤维再生混凝土粘结性能进行了数值模拟。主要研究内容如下:(1)制作了考虑不同钢纤维体积率、再生骨料替代率、混凝土强度等级、锚固长度和箍筋约束等影响因素的13组梁式粘结试件,对其进行了四点弯曲加载试验以分析各个因素对钢筋与钢纤维再生混凝土粘结性能的影响规律。结果显示:梁式粘结试件破坏模式可归结为三类:受剪破坏、粘结破坏和钢筋屈服破坏。(2)分析了各个因素对对梁式粘结试件荷载-挠度曲线、粘结-滑移曲线和粘结强度的影响规律,把试件加载过程分为微滑移阶段、裂缝扩展阶段、破坏阶段和残余阶段,并揭示了钢纤维在再生混凝土中的作用效果。结果表明:随着钢纤维体积率的增加,梁式粘结试件的粘结强度有明显提升;对于未掺钢纤维的梁式粘结试件,再生骨料替代率从0%增加至100%,梁式粘结试件的粘结强度下降显著,对于掺加钢纤维的梁式粘结试件,随着再生骨料替代率的增加,对梁式粘结试件的初始粘结强度影响不大,而对极限粘结强度以及残余粘结强度影响程度显著;混凝土强度等级的升高能够延迟梁式粘结试件中钢筋其周围介质内裂缝的出现,界面间胶结力和机械咬合力增大,提高了粘结强度;梁式粘结试件的粘结强度随锚固长度的增加而降低,破坏模式也由粘结破坏转变为钢筋屈服破坏;梁式粘结试件的极限和残余粘结强度随着箍筋约束的增加而升高。(3)介绍了钢纤维体积率、再生骨料替代率、锚固长度和箍筋配筋率对归一化粘结强度的影响,通过对试验结果研究提出了四段式的粘结滑移本构模型,并给出了本文提出的粘结滑移本构模型参数。基于弹性力学知识和虚拟裂缝理论,结合钢纤维再生混凝土开裂软化模型,推导了钢筋与钢纤维再生混凝土极限粘结强度的计算公式。(4)基于提出的四段式粘结滑移本构模型,通过对有限元软件ABAQUS建立的钢筋与钢纤维再生混凝土梁式粘结试件数值模型进行分析,并根据相应的试验行为进行验证,表明提出的粘结滑移本构模型能较为准确预测梁式粘结试件的破坏形态和荷载-挠度关系,能够用于模拟钢筋与钢纤维再生混凝土的粘结性能,为钢筋钢纤维再生混凝土结构设计提供依据。

关键词：钢纤维再生混凝土梁式试验粘结性能本构模型有限元分析

冻融损伤后再生混凝土与钢筋黏结滑移性能梁式试验研究

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建筑结构学报 2017年第4期38卷 141-148页

作者：曹芙波尹润平王晨霞内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010

通过9组试件的梁式试验,以不同冻融循环次数、混凝土类型、再生混凝土强度等级、锚固长度、钢筋直径为变量,研究冻融损伤后钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能。结果表明:各组试件均发生了测试钢筋的拔出破坏,当冻融循环次数相同时,再生... 详细信息

通过9组试件的梁式试验,以不同冻融循环次数、混凝土类型、再生混凝土强度等级、锚固长度、钢筋直径为变量,研究冻融损伤后钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能。结果表明:各组试件均发生了测试钢筋的拔出破坏,当冻融循环次数相同时,再生混凝土强度和锚固长度对钢筋与再生混凝土的黏结性能影响较大,其中钢筋开槽组试件冻融50次和150次后,其黏结强度分别降低8.5%、28.3%;对黏结强度的拟合公式进行验证,计算值与实际值吻合较好;最后建立了钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将计算值与试验值进行对比,二者吻合较好。

关键词：再生混凝土冻融循环黏结滑移梁式试验极限黏结应力本构关系

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

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建筑结构学报 2020年第12期41卷 103-112页

作者：曹芙波刘路卢志明王晨霞内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 山东莱钢永锋钢铁有限公司山东德州251100

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢... 详细信息

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结-滑移本构关系。结果表明:各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。

关键词：再生混凝土锈蚀钢筋冻融循环梁式试验黏结滑移性能

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钢筋-地聚物混凝土黏结性能梁式试验研究

建筑结构学报 2019年第12期40卷 178-186页

作者：闫佳张海燕吴波华南理工大学亚热带建筑科学国家重点试验室

通过10根钢筋-地聚物混凝土梁式试件的拉拔试验,研究了箍筋间距、拉拔钢筋黏结长度对钢筋-地聚物混凝土黏结性能的影响。结果表明:当箍筋间距从150 mm减小至100 mm时,钢筋-地聚物混凝土之间的黏结强度增加较少,但是试件的延性明显提高;... 详细信息

通过10根钢筋-地聚物混凝土梁式试件的拉拔试验,研究了箍筋间距、拉拔钢筋黏结长度对钢筋-地聚物混凝土黏结性能的影响。结果表明:当箍筋间距从150 mm减小至100 mm时,钢筋-地聚物混凝土之间的黏结强度增加较少,但是试件的延性明显提高;随着黏结长度增加,试件由黏结破坏变为受弯破坏;对于直径d=18 mm的拉拔钢筋(变形钢筋),7d的黏结长度可使其在钢筋-地聚物混凝土界面黏结破坏前屈服。将试验结果与已有文献中的钢筋-普通水泥混凝土梁式拉拔试件以及钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件的试验结果进行比较后发现,所制备的地聚物混凝土与钢筋之间的黏结强度不低于相近试验条件下普通水泥混凝土与钢筋之间的黏结强度;采用梁式拉拔试验测得的钢筋与地聚物混凝土之间的黏结强度高于相同试验参数下采用中心拉拔试验获得的黏结强度。

关键词：地聚物混凝土钢筋梁式试验黏结性能

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锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移梁式试验研究

建筑结构学报 2016年第5期37卷 297-305页

作者：曹芙波王宇王健吴瑾王晨霞南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016 内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 北奔重型汽车集团有限公司内蒙古包头014030

通过再生混凝土梁式试验,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋的平均黏结应力-滑移曲线,分析了钢筋锈蚀率对不同直径钢筋与再生混凝土之间黏结滑移性能的影响。研究结果表明:钢筋锈蚀率为0%和1%时,试验梁发生劈裂破坏;锈蚀率为9%时... 详细信息

通过再生混凝土梁式试验,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋的平均黏结应力-滑移曲线,分析了钢筋锈蚀率对不同直径钢筋与再生混凝土之间黏结滑移性能的影响。研究结果表明:钢筋锈蚀率为0%和1%时,试验梁发生劈裂破坏;锈蚀率为9%时,发生钢筋拔出破坏;锈蚀率为3%和6%时,试件钢筋拔出和混凝土劈裂破坏共同发生;锈蚀钢筋与再生混凝土间黏结应力随钢筋锈蚀率的增加而先增大后减小,锈蚀率为1%时黏结应力为最大;锈蚀率为0%和1%时,黏结应力峰值集中在加载端附近,随锈蚀率增大,黏结应力峰值靠近自由端;随锈蚀率的增加,滑移增幅变大;依据试验结果,拟合了黏结应力沿锚固区分布规律的位置函数,结合平均黏结应力-滑移本构方程,建立了可反映不同位置锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移的本构方程。

关键词：再生混凝土锈蚀钢筋梁式试验黏结滑移位置函数本构关系

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锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的梁式试验

应用基础与工程科学学报 2009年第4期17卷 549-557页

作者：徐港卫军王青三峡大学土木水电学院湖北宜昌443002 中南大学土木建筑学院湖南长沙410083

通过梁式试验法研究了锈蚀对配箍钢筋混凝土构件粘结性能的影响,探讨了试件表面锈胀裂缝宽度和钢筋锈蚀率对极限粘结强度及钢筋自由端滑移量的影响规律.试验研究表明,钢筋混凝土梁表面纵向锈胀裂缝产生与否及其宽度大小,并不是影响配箍... 详细信息

通过梁式试验法研究了锈蚀对配箍钢筋混凝土构件粘结性能的影响,探讨了试件表面锈胀裂缝宽度和钢筋锈蚀率对极限粘结强度及钢筋自由端滑移量的影响规律.试验研究表明,钢筋混凝土梁表面纵向锈胀裂缝产生与否及其宽度大小,并不是影响配箍构件粘结性能的本质因素,它与粘结强度或滑移性能的相关性均不显著.锈蚀率对粘结性能有着重要影响,极限粘结强度和粘结刚度均随锈蚀率增加先增大后减小,但锈蚀率在5%以内时不会低于未锈蚀钢筋水平;达极限粘结强度时,钢筋自由端滑移量随锈蚀量增加明显减小,当锈蚀率为4.6%时滑移量仅为未锈蚀梁的17.6%.

关键词：钢筋锈蚀混凝土梁式试验粘结性能箍筋裂缝宽度

高强变肋钢筋与混凝土间粘结锚固性能梁式试验

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重庆大学学报（自然科学版） 2020年第9期43卷 32-40页

作者：王毅红赵小琴姚圣法刘喜长安大学建筑工程学院西安710061 江苏天舜金属材料集团有限公司江苏杨中212219

为研究横肋间距增大对630 MPa级高强钢筋与混凝土间的粘结锚固性能的影响,文中采用梁式粘结试验方法,对42根标准外形钢筋和横肋间距增大钢筋与混凝土的粘结锚固性能进行试验,对比分析了混凝土保护层厚度、钢筋直径、锚固长度等因素对两... 详细信息

为研究横肋间距增大对630 MPa级高强钢筋与混凝土间的粘结锚固性能的影响,文中采用梁式粘结试验方法,对42根标准外形钢筋和横肋间距增大钢筋与混凝土的粘结锚固性能进行试验,对比分析了混凝土保护层厚度、钢筋直径、锚固长度等因素对两类钢筋与混凝土粘结锚固性能的影响。结果表明:横肋间距增大的630 MPa级高强钢筋与混凝土的粘结强度不低于标准外形高强钢筋,两类钢筋与混凝土的粘结强度随混凝土强度、钢筋直径、锚固长度变化规律基本一致。横肋间距增大对630 MPa钢筋与混凝土的粘结锚固性能无显著影响。

关键词：高强钢筋钢筋外形横肋间距粘结锚固梁式试验

预制混凝土预留孔灌浆钢筋粘结性能梁式试验研究

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武汉理工大学学报 2018年第2期40卷 71-78页

作者：谷倩梅江昊周凯武汉理工大学土木工程与建筑学院

通过考虑钢筋直径、混凝土强度、灌浆料强度、钢筋锚固长度以及螺旋箍筋的配箍率5个影响因素,共设计了33个梁式试件来研究混凝土预留孔灌浆钢筋的粘结锚固性能。结果表明:试件发生了钢筋屈服和粘结破坏两类破坏形式,其中,采用C50与C60... 详细信息

通过考虑钢筋直径、混凝土强度、灌浆料强度、钢筋锚固长度以及螺旋箍筋的配箍率5个影响因素,共设计了33个梁式试件来研究混凝土预留孔灌浆钢筋的粘结锚固性能。结果表明:试件发生了钢筋屈服和粘结破坏两类破坏形式,其中,采用C50与C60灌浆料、锚固长度为5倍钢筋直径的梁式试件均发生了粘结破坏,其余试件均为钢筋屈服破坏;钢筋直径越小、灌浆料强度越高、螺旋箍筋配箍率越高、钢筋锚固长度越长、混凝土强度越高,钢筋的粘结锚固性能越好。此外,根据试验结果拟合得到了预制混凝土预留孔灌浆钢筋极限粘结强度的经验公式,与实测结果的误差约为4.7%,吻合良好。

关键词：预制混凝土结构预留孔灌浆钢筋梁式试验粘结性能锚固

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结性能梁式试验有限元分析

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2019年第6期35卷 1099-1110页

作者：曹芙波卢志明王晨霞邵剑涛内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 中交一公局第三工程有限公司北京101102

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁... 详细信息

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.

关键词：再生混凝土冻融循环黏结滑移梁式试验有限元模拟