复杂应力状态下再生混凝土与钢筋粘结锚固性能及本构关系研究

This proposal investigates the microstructure interface and crack-development approach of recycled concrete aggregate (RC), revealing the effect of the RCA's interfacial response on the bond between recycled aggregates (RA) and reinforce bars from the microscopic level. Bond properties and bond-slip constitutive equation of reinforced RC are examined by multi-level research method. Adopted testing methods range from uniaxial tension state to complex multiaxial stress state, and from a simple tensile stress block-material level to the complex bending-shear state structural configuration. These systematic tests are used to unearth the difference of the bond strength, the bond-slip curve, the bond-stress distribution between the RC and conventional concrete. These tests consider the effect of the RA's replacement ratio, the RA strength grade, and the relative protective layer's thickness on the bond performance, in order to gain reasonable interfacial parameters and a calculation formula of the reinforced RC strength. Testing results will be useful for understanding the anchorage performance and bond-slip constitutive equation of reinforced RC subjected to uniaxial, bilateral-compressive stress, and bending-shear stresses. They also be helpful to establish the anchor design scheme on the basis of the reliability and statistical theory.

研究再生骨料及再生骨料混凝土微观结构及微观界面形态、裂缝发展途径，从细微观层次揭示再生骨料混凝土受力过程中复杂的界面反应对钢筋再生混凝土界面粘结力学行为的影响机理。采用多层次研究方法，从单轴拉伸到复杂多轴应力状态拉伸、从简单应力材料试块层面到复杂弯剪状态结构构件层面，研究钢筋再生混凝土粘结锚固性能及粘结滑移本构关系等关键技术问题。通过系统研究，分析再生混凝土与钢筋间粘结锚固强度、粘结滑移曲线、粘结应力分布与普通混凝土的差异；分析再生骨料取代率、再生混凝土强度等级、相对保护层厚度等锚固参数对钢筋再生混凝土粘结锚固性能的影响,得到钢筋再生混凝土间界面参数及特征强度计算公式。掌握在单轴、双轴侧向压应力以及弯剪应力等复杂状态下钢筋再生混凝土的锚固性能及粘结滑移本构关系，基于统计学原理建立具有一定可靠度的锚固设计理论，为再生混凝土结构设计及理论分析提供参考依据。

本项目主要从三个层面系统研究了再生混凝土与钢筋粘结锚固性能及本构关系。项目首先从细微观角度出发，采用扫描电镜和超景深三维显微系统观察了再生混凝土中旧骨料、旧砂浆、新砂浆、以及各相界面情况及其过渡区水化产物，并通过浇筑尺寸150mm*150mm*10mm再生混凝土薄板进行轴压试验观测再生混凝土裂缝开展，结合ABAQUS有限元软件分析了单轴受压下各相应力及裂缝开展情况。考虑不同C/d、再生粗骨料取代率、锚固长度、钢筋类别、箍筋约束等参数，试验研究了再生混凝土与钢筋间粘结强度、粘结应力分布函数以及本构关系，通过建立开裂模型，理论建立粘结破坏准则和开裂粘结强度计算公式。统计国内外已有试验成果，建立了钢筋再生混凝土极限粘结强度计算公式。其次，考虑不同侧压应力水平以及双侧应力水平比，研究了在单侧、双侧侧压应力下再生混凝土与钢筋的粘结破坏形态、粘结强度、滑移变形规律、建立了粘结—滑移本构关系。最后考虑再生粗骨料取代率影响，通过梁式试验研究了实际弯剪应力状态下钢筋再生混凝土粘结破坏形态、粘结强度及位置函数。研究表明，再生混凝土裂缝按照旧骨料-新砂浆、旧骨料-旧砂浆、新-旧砂浆界面逐步发展。轴向拉拔作用下，与普通混凝土同强度情况下，钢筋再生混凝土与普通钢筋混凝土粘结强度相近，随取代率关系变化不明显，但峰值滑移随取代率有增长趋势、粘结—滑移曲线下降段有变缓趋势，钢筋再生混凝土粘结位置函数整体可以简化为三折线模型；随着侧压应力水平增加，再生混凝土与钢筋粘结强度逐渐增，且与普通钢筋混凝土粘结强度差异较小。通过理论模型建立了钢筋再生混凝土粘结破坏准则，并采用可靠度理论最终计算了钢筋再生混凝土的锚固长度建议值。研究结果将为相关再生混凝土结构设计规范出台提供建议。