混凝土受弯构件裂缝间粘结疲劳性能试验研究

摘要

钢筋与混凝土之间的粘结问题，一直是混凝土结构基本理论的一个重要问题。目前，单调荷载下钢筋与混凝土之间粘结性能的研究较为充分，但由于混凝土结构疲劳本身就是一个复杂的过程，涉及的因素很多，导致疲劳荷载下的情况研究较少，而裂缝间钢筋与混凝土之间的粘结疲劳性能研究更少。本文针对目前研究很少的混凝土受弯构件裂缝间钢筋与混凝土之间的粘结疲劳性能进行了试验研究。
　　 本文进行了6根普通钢筋混凝土梁的单调荷载和疲劳荷载试验。单调荷载试验结果表明：随着荷载的增大，两预留孔槽间的粘结应力分布曲线峰值逐渐内移：当荷载足够大时，靠近两预留孔槽的端部区域粘结界面首先发生破坏。疲劳荷载试验结果表明：端部界面相对滑移量在循环加载的初始阶段增长迅速，随着循环次数的增加，增长速度放绥，逐渐趋于稳定，也即分为两个阶段：快速增长阶段和稳定增长阶段；从第一次循环加载过程中可看出，当完全卸载时，存在一定的残余钢筋应力和反向的残余粘结应力，且荷载上限水平越高，对应的残余应力一般越大：粘结应力分布曲线在循环加载初始阶段退化严重，随着循环次数的增加退化速度变缓，逐渐趋于稳定；另外，相同的荷载循环次数下，荷载上限水平越高，粘结应力分布曲线退化越严重；当荷载循环次数足够多时，两端预留孔槽处以及后来出现裂缝位置的附近区域的粘结界面首先发生疲劳破坏。
　　 从微观受力角度，本文分别对单调荷载和重复荷载下混凝土受弯构件裂缝间的粘结机理进行初步研究。本文认为钢筋与混凝土之间的粘结界面是一种新的材料，其性能取决于钢筋和混凝土，但更受控于混凝土，因此，在疲劳荷载作用下，这种材料也应符合疲劳变形三阶段的发展规律。另外，对影响粘结多种指标的分布趋势及退化趋势进行了定性分析和推理，并以此得出裂缝间钢筋应力、粘结应力、残余钢筋应力和残余粘结应力的分布趋势和退化趋势。
　　 从材料疲劳损伤的角度，并结合现有损伤理论关于疲劳的知识，建立了基于本文试验结果，且考虑应力上限水平的裂缝间粘结疲劳损伤演化方程。另外，考虑裂缝间钢筋与混凝土的粘结滑移关系，建立含有疲劳损伤变量的粘结滑移本构关系式，为以后对承受疲劳荷载作用的混凝土结构进行精确的数值模拟提供理论依据。