循环荷载作用下钢筋混凝土界面脱粘的研究

论文摘要

单调荷载作用下钢筋混凝土的粘结特性研究已经发展得比较成熟,而对循环荷载作用下的特性研究比较少。以下从试验、理论和有限元分析等方面分析了钢筋混凝土粘结性能研究的方法和现状,探讨了钢筋混凝土结构的有限元三维建模方法,并进行了探索性的试验。应用有限元分析软件ADINA,对循环荷载作用下钢筋混凝土柱式拉拔试件的界面脱粘进行了数值模拟,研究了钢筋混凝土界面的脱粘性能与影响因素。通过body和volume相结合的方法建立三维有限元模型。通过模型参数选择,实现了对钢筋直径、锚固深度、保护层厚度等的综合考虑;针对工程实际情况,设定了循环荷载;并通过接触设定,探讨了钢筋和混凝土之间摩擦的影响。分析了计算结果,得出了几点结论,并与理论分析和试验结果作了对比分析。钢筋的直径越小,粘结强度越大;对于脱粘相同的长度,适当的增大锚固长度能够大大延缓钢筋的脱粘速度;粘结强度与保护层的厚度成正比,但保护层厚度达到一定数值时,粘结强度保持不变。得到了各种情况下较为合理的钢筋直径、锚固长度和保护层厚度值。并且得出不同的加载方式下,钢筋的脱粘情况截然不同,在两级荷载作用下钢筋最先发生脱粘,在变幅加载方式作用下能够维持正常工作状态时间最长,等幅荷载作用下居于两级荷载和变幅荷载之间。因此设计构件时应当充分考虑到构件所经受的外加荷载作用方式,做出相应的增强性能的措施。计算中,采用是否考虑钢筋和混凝土之间的摩擦两种情况,分析了摩擦对计算结果的影响。并通过验证性试验,初步验证了数值计算结果的可靠性,分析了试验中遇到的一些问题,为进一步的试验研究提供了参考建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 钢筋与混凝土界面粘结性能在国内外研究的发展与现状
• 1.2.1 粘结机理概述
• 1.2.2 试验研究
• 1.2.3 理论研究
• 1.2.4 粘结应力有限元数值分析
• 1.3 主要研究工作
• 2 钢筋混凝土粘结滑移的有限元模型
• 2.1 有限元分析模型的建立
• 2.2 钢筋混凝土结构材料的本构关系
• 2.2.1 混凝土的本构关系
• 2.2.2 钢筋的本构关系
• 3 钢筋混凝土界面脱粘的数值模拟
• 3.1 模型说明
• 3.1.1 几何模型参数
• 3.1.2 材料模型
• 3.1.3 荷载模型
• 3.1.4 约束
• 3.1.5 单元类型与网格划分
• 3.1.6 结果分析
• 3.2 ADINA 建模
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 物理条件的定义
• 3.2.3 接触摩擦设定
• 3.2.4 网格密度控制和单元划分
• 3.2.5 求解控制
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 钢筋界面的应力应变随时间变化曲线
• 3.3.2 试件的破坏情况
• 3.4 不同参数的影响分析
• 3.4.1 钢筋直径的影响
• 3.4.2 锚固深度的影响
• 3.4.3 保护层厚度的影响
• 3.4.4 加载方式的影响
• 3.4.5 使用接触组与不使用接触组
• 3.5 小结
• 4 钢筋混凝土粘结性能验证性试验
• 4.1 试验方案
• 4.1.1 试件设计
• 4.1.2 测试内容
• 4.1.3 加载方案
• 4.2 材料力学参数
• 4.2.1 钢筋
• 4.2.1 混凝土
• 4.3 试验记录
• 4.3.1 试验的准备工作
• 4.3.2 试验结果与有限元计算比较
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集