高强不锈钢绞线网/ECC粘结锚固及与混凝土界面粘结性能研究

The bonding anchorage performance between stainless steel wire mesh and ECC and the bonding behavior between stainless steel wire mesh reinforced ECC and concrete will be investigated through experimental research, theoretical analysis and numerical simulation, which would provide theoretical and technical supports for the application of this new composite material proposed by our research group, namely, stainless steel wire mesh reinforced ECC, to the engineering structure and its reinforcement. The specific content includes experimental study on the anchoring and overlap performances of stainless steel strand in ECC using pull-out test method. The influence laws of factors, namely, the strand type, bond length, ECC strength, thickness of protective layer and so on, on the bond failure characteristic and bond strength will be analyzed according to pull-out test results. The calculation formula of the effective anchorage length and effective overlap length of stainless steel wire mesh in ECC will be proposed, as well as the reasonable thickness of protective layer. In addition, the effects of concrete strength, interface treatment method, bond length of composite materials and steel wire mesh ratio on the interface stress distribution characteristic and interface crack propagation behavior will be investigated experimentally using beam test method. An interfacial bond-slip constitutive model considering multiple factors will be established based on the beam test results. Moreover, numerical simulation analysis of interfacial bonding property and flexural behavior of RC beams strengthened by stainless steel wire mesh reinforced ECC will be conducted. The implementation of the project will provide a new way to solve the problems of concrete structures such as cracking, durability, structural reinforcement and so on.

针对本课题组提出的“高强不锈钢绞线网增强ECC”新型复合材料，通过试验研究、理论分析和数值模拟，研究其粘结锚固性能及与既有混凝土的界面粘结性能，为该复合材料用于工程结构及其加固提供相应的理论和技术支持。具体内容包括：采用拉拔试验方法，探究高强不锈钢绞线网在ECC中的粘结锚固及搭接性能，分析钢绞线类型、粘结锚固长度、ECC强度、保护层厚度等对粘结破坏特征和粘结强度的影响规律，提出高强钢绞线网在ECC中的有效锚固长度和搭接长度计算公式及合理保护层厚度；采用梁式试验方法，揭示复合材料与混凝土界面粘结滑移机理，分析混凝土强度、界面处理方法、复合材料粘结长度及钢绞线网配网率对界面粘结应力分布特征和界面裂纹扩展行为的影响规律，建立考虑多因素的界面粘结-滑移本构模型；通过数值仿真分析探讨复合材料加固RC梁的界面粘结性能和抗弯性能。课题的实施将为解决混凝土结构抗裂、耐久性及加固等方面问题提供一种新的手段。

针对既有工程中已产生损伤以及不满足现行规范要求的结构及构件，虽然已有多种加固方法，但要使既有结构或构件在加固后的抗裂、延性、韧性、耐久性及抗震能力等整体性能大幅度提升，还需从加固材料层面深入研究。高强不锈钢绞线网增强ECC是课题组考虑两种材料优点而研发的新型复合材料，而高强不锈钢绞线网与ECC的黏结是二者协同工作的基础，且黏结-滑移关系模型是其黏结性能的综合反映。因此，本项目基于所研发的新型复合材料，对其粘结锚固及与混凝土界面粘结性能进行研究。具体研究内容和相关成果包括：通过对 17 组 51 个高强不锈钢绞网增强 ECC 薄板试件进行单边拉拔试验，研究横向钢绞线间距、纵向钢绞线直径和相对锚固长度等因素对钢绞线网在 ECC 中黏结性能的影响规律。试验结果表明，横向钢绞线的设置可使黏结破坏由脆性破坏转变为延性破坏；基于试验结果，对钢绞线网在 ECC 中的黏结破坏特征和黏结-滑移机理进行分析，建立了高强钢绞线网与 ECC 的黏结-滑移关系模型。考虑横向钢绞线间距、搭接长度和钢绞线直径等影响因素，对设计制作的 39 个试件进行了搭接连接的拉拔试验。通过试验分析，确定了高强钢绞线网的临界搭接长度，并建立了考虑修正系数β的搭接长度计算公式。.考虑混凝土强度、ECC与混凝土黏结面长度、黏结面宽度和界面处理方式（手工凿毛、高压喷水和机械刻槽）等影响因素，设计制作了4组27个梁式试件，并进行了高强不锈钢绞线增强 ECC与混凝土界面粘结性能试验。揭示了各因素对其界面粘结性能的影响规律，并提出了考虑多因素影响的高强不锈钢绞线网增强ECC与混凝土界面黏结滑移关系模型。上述研究为高强不锈钢绞线增强 ECC用于混凝土结构加固性能提升研究及应用提供理论和技术支持，具有重要的科学意义及良好的应用前景。