动力荷载作用下钢筋-混凝土界面粘结性能及其破坏机理研究

The understanding of dynamic bonding properties of concrete-rebar interface under seismic loading is a weak link in the aseismatic safety analysis of large-scale structures. In this project, by using 3D X-CT technology and acousitc emission technology to investigate on the interface between concrete and rebar and its fracture process, it is aimed to dicover the formation of the micro stucture of the rebar-concrete interface, chlarify the stress distribution and progress inside the interface layer, characterize the damage process and crack path, discover the failure mechanism of the interface layer under dynamic loading, find out the relation among the dynamic properties of concrete, dynamic properties of rebar, seismic characteristics and the dynamic failure process between concrete and rebar, get prepared for the establishment of bond-slip model for the analyses of large-scale RC structures under dynamic loading, which will be of important significance in science and technology.

动力荷载作用下钢筋-混凝土之间的粘结滑移性能是当前大型钢筋混凝土结构抗震安全分析中的薄弱环节之一。本项目利用三维X-CT技术、声发射技术和材料微观结构分析技术对钢筋-混凝土界面粘结性能及其破坏过程进行研究，探明钢筋-混凝土界面微观结构形成机制，建立钢筋-混凝土界面微观结构与钢筋拔出过程中钢筋滑移力学特性的关系；阐明静力荷载作用下钢筋-混凝土界面损伤演化及裂缝发展规律；揭示动力荷载作用下钢筋-混凝土界面破坏机理；阐明地震作用动力特征、混凝土材料参数、钢筋材料参数与混凝土动力粘结损伤破坏过程之间的内在关联，为建立动力荷载作用下钢筋-混凝土粘结滑移本构模型创造条件，为大型钢筋混凝土结构进行精确的抗震安全评价提供理论依据，具有一定科学意义和工程应用价值。

钢筋混凝土的粘结强度的提升是保障混凝土结构耐久性的重要措施之一。本项目针对动力荷载和约束作用下钢筋混凝土结构防护的关键技术问题和科学问题，开展了相应的试验研究、理论分析和示范应用。（1）研究了钢筋与地聚合物混凝土力学性能的速率敏感性和约束效应，分析了光圆钢筋和变形钢筋对加载速率的敏感度。（2）分析了CRE涂层-钢筋界面的密着机制，探究了CRE涂层钢筋-混凝土界面的粘结问题，分析了瓷釉涂层钢筋混凝土的破坏机理，为瓷釉涂层钢筋混凝土结构设计提供依据。（3）针对不同的混凝土截面形状下，研究不同开裂数目和开裂深度对应力强度因子的影响规律；基于应力强度因子起裂准则和权函数理论，了解了钢筋-混凝土的内压与裂缝深度的变化关系。（4）分析了主动应力，箍筋约束，FRP约束和双重约束对破坏界面特性的影响规律，建立了适用于拔出和劈裂破坏的粘结强度模型，（5）研究了在预制裂缝下界面内压力的变化规律，分析了预制裂缝对破坏面的特性和粘结强度的削弱机理，建立了不同裂缝情况下嵌入混凝土中的变形钢筋之间的粘结强度模型，提出了适用于钢筋-裂缝混凝土的粘结滑动响应的通用模型，为钢筋混凝土结构的防护和耐久性设计提供了依据。（6）开展了CRE涂层钢筋混凝土结构的示范应用，验证了CRE涂层技术用于钢筋混凝土结构的可行性。通过本项目的研究，可为CRE涂层钢筋在混凝土结构中的应用提供设计使用建议，从而对提升钢筋混凝土结构的使用寿命具有重要意义。