混凝土植筋式后锚固系统的受力性能和破坏机理研究

在植筋及植筋式后锚固系统中，植筋胶与钢筋、混凝土形成一个多重介质组合体共同工作，其破坏机理十分复杂。本项目拟通过试验，考察植筋胶与钢筋界面、植筋胶与混凝土界面的细观结构破坏特征，提出胶体三维约束受力破坏的断裂力学模型，建立植筋胶强度理论。设计开发试验装置，进行植筋在混凝土受拉等复杂应力状态下的试验，研究多轴应力状态、不同应力比等条件下锚固结合力的变化规律，建立复杂应力状态下多重介质间的结合力模型。提出混凝土植筋锚固系统的细观力学数值模型，根据弹塑性断裂分析并结合试验结果确定植筋胶等介质单元及介面单元的破坏准则和力学特征参数。通过试验和有限元数值计算，研究植筋胶对基材初始裂缝端口的约束效应，探索裂缝形式、走向和宽度对植筋锚固系统的承载力、刚度、延性等的影响规律。项目研究成果对混凝土后锚固技术、植筋加固技术及类似的锚固技术的应用和发展有理论意义。

在植筋及植筋式后锚固系统中，植筋胶与钢筋、混凝土形成一个多重介质组合体共同工作，其受力机理十分复杂。前期的试验结果表明，植筋锚固系统的破坏模式有混凝土小锥体破坏、钢筋受拉屈服破坏、混合界面破坏等。在混合界面破坏模式中，破坏面发生在植筋胶与钢筋之间的界面和植筋胶与混凝土之间的界面。为探究植筋胶与钢筋之间的粘结机理，进行了植筋胶-钢筋的约束抗剪试验，得到了植筋胶与钢筋的粘结滑移关系。为探究植筋胶与混凝土之间的界面结合性能，设计了混凝土植筋挤压试验方案和试验装置，得到了胶与混凝土的粘结滑移关系。以上两项工作是植筋锚固系统有限元分析的基础。.较系统地进行了基材处于复合应力状态的植筋锚固工作机理研究。设计了受力筋为植筋锚固搭接的偏心受压柱试验方案，通过对柱承载能力、挠曲变形、裂缝发展状况的分析，讨论了基材应力状态对植筋锚固的影响。进行了植筋锚固系统受冲击力作用的试验研究，观察到了植筋试件在冲击力作用下的损伤或破坏形态，研究了冲击损伤对植筋锚固系统的承载力、刚度、延性等的影响，相关结论可供植筋锚固技术应用于高铁、地铁等结构工程时参考。设计制作了专门的试验装置，可控制混凝土试件的裂缝宽度，在裂缝处植筋并进行拉拔试验，观察到了植筋胶对既有裂缝的损伤修补作用，分析了基材混凝土中的既有裂缝及复杂应力场对植筋锚固系统的承载力、刚度、延性、裂缝等的影响。上述研究工作为植筋技术在结构加固、改扩建等复杂力学环境中的应用进行了必要的试验和理论探索。.为了研究植筋系统的粘结滑移受力机理，建立了植筋拉拔受力的非线性有限元分析模型。应用ANSYS软件计算得到植筋受力过程中钢筋、混凝土、胶体的应力、应变、裂缝发展及钢筋的拉力位移曲线，将计算结果与植筋拉拔试验结果进行对比，验证了计算模型的准确性和可靠性。进行了单根植筋和四根对称布置植筋群等两种布筋状况的计算分析，得到了混凝土植筋系统在整个受力过程中的应力和应变的分布与发展，分析了裂缝分布、发展规律，从微观机理层面认识并解释了试验中发现的各种宏观现象。数值计算及分析工作为建立设计计算公式等理论体系打下了基础。