基于斷裂力學(xué)的鋼筋、FRP與混凝土界面力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著混凝土錨固與加固技術(shù)的推廣和應(yīng)用，補(bǔ)強(qiáng)材料與混凝土界面粘結(jié)問題逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的普遍關(guān)注。本論文采用斷裂力學(xué)方法研究鋼筋、FRP(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)與混凝土界面力學(xué)特性，主要針對(duì)鋼筋-砂漿-混凝土三相介質(zhì)錨固體和CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)布加固混凝土彎曲梁兩個(gè)問題，分別進(jìn)行研究。具體工作如下： (1)首先提出了一個(gè)計(jì)算混凝土等效斷裂韌度的解析模型。利用該模型，只要測(cè)得混凝土的彈性模量和抗折強(qiáng)度，就可以計(jì)算臨界等效裂

2、縫長(zhǎng)度和極限荷載，進(jìn)而求得混凝土等效斷裂韌度，在此基礎(chǔ)上研究了等效斷裂韌度的尺寸效應(yīng)。 (2)針對(duì)少筋混凝土三點(diǎn)彎曲切口梁斷裂問題，采用虛擬裂縫模型以及鋼筋與混凝土界面變形協(xié)調(diào)條件提出了計(jì)算極限荷載的解析方法，考慮了鋼筋不屈服界面發(fā)生粘結(jié)滑移和鋼筋屈服界面不發(fā)生粘結(jié)滑移兩種情況。結(jié)果表明，加載過程中荷載將出現(xiàn)兩個(gè)峰值，而對(duì)于鋼筋發(fā)生屈服的情況，第二個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的是鋼筋剛剛發(fā)生屈服時(shí)的荷載，該種情況下兩峰值的計(jì)算結(jié)果得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。

3、因此采用該解析模型，只要測(cè)得混凝土的抗折強(qiáng)度、彈性模量以及鋼筋的屈服強(qiáng)度，就可以計(jì)算不同縫高比的鋼筋混凝土少筋梁在鋼筋發(fā)生屈服時(shí)的承載力。 (3)針對(duì)鋼筋-砂漿-混凝土三相介質(zhì)錨固體發(fā)生界面粘結(jié)破壞的情況，根據(jù)界面變形協(xié)調(diào)條件和砂漿層的剪切變形協(xié)調(diào)條件得到了砂漿層剪應(yīng)力沿砂漿層厚度方向的分布，以及鋼筋拉應(yīng)力和兩界面剪應(yīng)力的表達(dá)式。根據(jù)兩界面粘結(jié)強(qiáng)度、鋼筋直徑和砂漿層厚度判斷了兩界面發(fā)生粘結(jié)破壞的可能性；針對(duì)鋼筋與砂漿界面發(fā)生粘結(jié)

4、破壞和兩界面均發(fā)生粘結(jié)破壞兩種情況下的鋼筋極限抗拔力進(jìn)行研究。將界面粘結(jié)破壞過程作為剪切裂縫擴(kuò)展，對(duì)錨固體不同邊界約束條件下裂縫在鋼筋加載端界面和自由端界面出現(xiàn)的可能性和先后順序進(jìn)行判斷，建立了拔出荷載和裂縫長(zhǎng)度的關(guān)系，并通過極值理論求得極限荷載和對(duì)應(yīng)的臨界裂縫長(zhǎng)度。并研究了鋼筋錨固長(zhǎng)度、混凝土剛度、砂漿層厚度以及界面參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。 (4)當(dāng)錨固體破壞型式為砂漿層剪切破壞時(shí)，根據(jù)界面變形協(xié)調(diào)條件和砂漿層剪切變形協(xié)調(diào)條件，

5、得到了鋼筋拉應(yīng)力和砂漿層剪應(yīng)力的表達(dá)式。針對(duì)錨固體不同邊界約束條件下砂漿層剪切裂縫在鋼筋加載端和自由端出現(xiàn)的可能性和先后順序進(jìn)行判斷，建立了荷載和剪切裂縫長(zhǎng)度之間的關(guān)系，進(jìn)而利用極值理論求得極限荷載和對(duì)應(yīng)的臨界裂縫長(zhǎng)度。參數(shù)研究中分析了鋼筋錨固長(zhǎng)度、混凝土剛度、砂漿剪切模量和剪切斷裂能對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。 (5)針對(duì)錨固體中混凝土錐形破壞和界面粘結(jié)破壞均發(fā)生的情況提出了一個(gè)解析方法，研究了兩種破壞之間的影響以及兩種破壞出現(xiàn)的可能性

6、和先后順序，分析了不同錨固長(zhǎng)度、混凝土剛度、砂漿層厚度和混凝土抗拉強(qiáng)度對(duì)錨固體破壞型式的影響。 (6)作為問題的一個(gè)推廣，還針對(duì)錨筋從灌注于鋼管內(nèi)的砂漿中拔出問題，利用錨筋與砂漿界面的變形協(xié)調(diào)條件和砂漿層剪切變形協(xié)調(diào)條件提出了一個(gè)計(jì)算錨筋極限抗拔力的解析模型，并得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。因此，只需確定錨筋與砂漿界面的四個(gè)特征參數(shù)，并結(jié)合錨筋、砂漿和鋼管的彈性模量，就可以計(jì)算相同結(jié)構(gòu)型式不同尺寸錨固體中錨筋的極限抗拔力。 (7)針對(duì)