钢筋和混凝土粘结界面滑移性能分析

摘要

钢筋混凝土材料由混凝土、钢筋和两者之间的粘结界面组成，钢筋混凝土的细观结构特征及材料性能决定了其宏观表现。分析钢筋和混凝土之间粘结界面的材料特性和结构特征，对了解钢筋混凝土结构服役过程中的粘结失效原理具有重要的指导意义。此外，作为混凝土的重要组成成分，由细骨料、水泥净浆构成的水泥砂浆中含有大量的初始缺陷。分析细观结构对水泥砂浆宏观性能的影响，有利于水泥砂浆性能的改进及新型混凝土材料的研发。
　　文中分别建立了水泥砂浆多相模型和钢筋混凝土三相模型，分析讨论了细观结构特征对水泥砂浆和钢筋混凝土宏观行为的影响，为钢筋混凝土耐久性分析奠定了基础。本文的主要工作及成果有:
　　建立了水泥砂浆多相模型，相对于传统模型，该模型能够将水泥砂浆在拌制过程中引入的气泡以初始缺陷的形式体现在该模型当中，并控制孔洞的含量及其分布，可以有效的分析水泥净浆强度和初始缺陷在水泥砂浆轴向拉伸过程中对水泥砂浆宏观性能的影响。
　　编写了以面积为控制条件的圆形骨料及圆形孔洞随机投放程序。该程序可以准确的控制孔隙率和细骨料含量，避免手动投放骨料和缺陷孔洞的繁琐过程，大幅提高模型的建立效率。结合商用有限元软件，编写了一套水泥砂浆多相模型分析一体化的程序，有效的降低了模型建立和数据结果提取分析的时间，为数值模拟的大批量计算奠定了基础。
　　建立了钢筋混凝土三相模型。该模型根据实际观测结果，将钢筋与混凝土之间的粘结界面定义为一层具有一定几何尺寸和实际材料特性的第三相材料。在分析钢筋混凝土粘结失效原理过程中，相比将滑移本构关系赋值于无几何尺寸的有限元单元，该模型更加合理，符合实际。
　　利用钢筋混凝土三相模型，进行了钢筋混凝土拉拔试验过程的数值模拟并分析钢筋混凝土拉拔失效的全过程，可以有效的分析钢筋和混凝土之间粘结界面的细观材料特性的改变对钢筋混凝土宏观拉拔特性的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 水泥砂浆研究现状

1．2．1 水泥砂浆性能研究现状

1．2．2 水泥砂浆细观结构观测手段

1．3 钢筋混凝土粘结性能研究现状

1．3．1 粘结界面试验研究

1．3．2 粘结界面有限元方法研究

1．4 本文的主要内容

第二章 混凝土失效破坏理论及钢筋混凝土粘结滑移理论

2．1 混凝土断裂力学理论

2．2 混凝土损伤力学理论

2．3 钢筋混凝土粘结界面滑移理论

2．4 本章小结

第三章 基于弹塑性损伤理论的砂浆宏观性能分析

3．1 均质砂浆弹塑性损伤模型

3．1．1 损伤本构模型

3．1．2 弹塑性损伤模型参数确定

3．2 水泥砂浆失效破坏过程数值模拟

3．2．1 水泥砂浆多相模型的建立

3．2．2 水泥砂浆单轴受拉破坏过程模拟

3．2．3 结果分析

3．3 砂浆细观结构变化对其宏观行为的影响分析

3．3．1 水泥净浆强度对砂浆宏观行为的影响

3．3．2 孔隙率对砂浆宏观行为的影响

3．3．3 孔径分布对砂浆宏观行为的影响

3．4 本章小结

第四章 钢筋混凝土拉拔过程有限元分析

4．1 钢筋混凝士有限元模型与粘结性能的主要影响因素

4．1．1 钢筋混凝土有限元模型

4．1．2 影响钢筋混凝土粘结性能的主要因素

4．2 钢筋混凝土拉拔过程数值模拟

4．2．1 钢筋混凝土多相模型的建立

4．2．2 钢筋混凝土拉拔失效过程模拟及结果分析

4．3 钢筋混凝土粘结特性改变对其宏观性能的影响

4．3．1 钢筋直径与钢筋混凝土宏观行为的关系

4．3．2 钢筋形状与钢筋混凝土宏观行为的关系

4．3．3 粘结强度与钢筋混凝土宏观行为的关系

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究成果及结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢