反复重复荷载与复杂应力耦合作用下钢筋-混凝土的粘结性能

The bond strength between reinforcing bars and concrete subjected to seismic loading is an important parameter for the seismic design of structures and the stress state around the bond parts in a reinforced concrete structure influences the bond performance to a great extent. However, the effects of external forces or the stresses caused by the dead load of the structure itself on the bond behavior between reinforcing bars and concrete under cyclic loading have not been taken into account in current studies. Therefore, based on the existing research achievements, experimental and theoretical methods are used to evaluate the effects of multiaxial stresses on the bond properties between reinforcing bars and concrete under repeated reversed loading. The hydraulic servo-controlled true triaxial testing machine and the pullout cubic concrete specimen are adopted to investigate the effects of different stress levels and ratios on the bond behavior between reinforcing bars and concrete and on the bond-slip constitutive model of concrete under cyclic loading. According to the bond failure mode, the bond-slip model between reinforcing bars and concrete under repeated cyclic loading and multiaxial stress states is established based on fracture mechanics and the relationship between the bond strength and loading history is derived for multiaxial stress states. The research results from this project will not only reveal the mechanism of how the complex stresses affect the bond properties of reinforced concrete under cyclic loading, but also provide an experimental and theoretical reference for anchorage engineering under seismic loading.

地震荷载作用下钢筋与混凝土的粘结强度是结构抗震设计的一个重要参数，而结构中钢筋与混凝土粘结部位的应力状态又是影响粘结性能的重要因素。然而，现有研究大多未考虑外荷载或结构自重等复杂应力对在地震荷载作用下锚固部位钢筋粘结性能的影响。本项目拟总结现有研究成果基础上，采用试验和理论相结合的方法研究反复重复荷载与多轴应力耦合作用下钢筋与混凝土的粘结性能。在静动态三轴试验机上，采用混凝土立方体拉拔试件研究反复荷载作用下，不同应力水平、不同应力比的多轴应力对钢筋与混凝土粘结性能的影响以及与应力状态相关的粘结滑移本构模型。根据试验中钢筋与混凝土粘结破坏的不同形态，建立反复重复荷载和多轴应力状态下钢筋与混凝土粘结破坏的断裂力学模型，推导在多轴应力状态下粘结强度与反复荷载加载历史的关系。该项目的研究成果不仅能揭示复杂应力对反复荷载作用下钢筋与混凝土粘结机理，而且还对地震荷载作用下钢筋的锚固提供试验和理论参考。

钢筋与混凝土间的粘结性能不仅关系到结构的安全，而且其本构关系还是钢筋混凝土结构进行理论和数值分析的必要条件。在钢筋混凝土结构服役期间，不仅要承受静荷载的作用，而且还可能遭受地震、冲击以及爆炸等动荷载的影响。为了更为准确评估钢筋混凝土结构在动荷载作用后的整体性能，对钢筋与混凝土在侧向压力和动荷载作用下粘结性能的研究显得尤为重要。然而现有研究均未考虑侧向压力作用下，加载速率或反复荷载对钢筋与混凝土粘结性能的影响。因此，本项目主要通过中心拉拔试件研究了光圆钢筋与变形钢筋在不同侧向压力和加载速率下的粘结性能，同时考虑了侧向压力对反复荷载下变形钢筋粘结性能的影响。项目主要研究内容和结论如下：.（1）加载速率对不同侧向压力作用下光圆钢筋与混凝土的试验研究表明，在无侧向压力作用下，加载速率对粘结性能无影响。当侧向压力施加后，加载速率对粘结性能的影响较大。当侧向压力一定时，粘结强度和加载速率之比的对数值log(v/v0)呈线性关系。加载速率和侧向压力对残余粘结强度的影响与对极限粘结强度的影响程度一致。根据试验结果，提出了粘结强度及其对应的滑移、残余粘结强度与侧向压力和加载速率的预测模型；.（2）单侧向应力和不同加载速率作用下变形钢筋的试验研究表明，当侧向压力垂直于钢筋横肋时，加载速率会使混凝土内的裂缝宽度减小，但裂缝宽度的降低程度和粘结强度与侧向压力的大小无关。粘结强度和log(v/v0)呈线性增长关系。混凝土强度越低，钢筋直径越大，加载速率对粘结强度的影响越显著；.（3）双侧向压力和不同加载速率作用下变形钢筋的试验研究表明，变形钢筋与混凝土的粘结强度主要取决于钢筋横肋间混凝土的强度。随着加载速率的增加，侧向压力越大，粘结强度上升程度逐渐降低。根据试验结果提出了各粘结参数的计算模型，并基于粘结滑移曲线的形状构建了粘结滑移本构关系；.（4）侧向压力下反复荷载对变形钢筋与混凝土粘结性能的试验研究表明，在相同的控制位移下，随着侧向压力的增大，粘结性能的退化程度逐渐降低。根据试验结果，提出了粘结参数与控制位移和反复荷载的关系；提出了适用于在不同侧向压力和控制位移下变形钢筋与混凝土的粘结滑移本构模型，在模型中，只要给定钢筋直径、混凝土强度、侧向压力以及控制位移，即可确定钢筋与混凝土的粘结滑移滞回曲线。.本项目的研究为在动荷载作用下结构的变形计算以及设计规范的进一步完善提供了参考。