钢筋混凝土叠合板件及其结合面抗剪性能的试验研究

摘要

预制装配整体式混凝土结构(又称叠合结构)因其兼具现浇整体式和预制装配式两种结构的优点而在实际工程中得到广泛应用，而叠合厚板在预制装配整体式混凝土结构中也较为常见，如装配整体式混凝土综合管廊、地下通道等地下箱型结构的板件经常出现叠合厚板。对于这类厚板结构，存在斜截面剪切破坏控制设计的可能，但目前对叠合梁抗剪性能研究较多，而对叠合厚板抗剪性能的研究还很欠缺，因此，有必要对叠合板斜截面抗剪性能进行研究。　　混凝土叠合面(结合面)在工程结构中普遍存在，除叠合结构中必然存在以外，施工冷缝处理、后浇带浇筑以及增大截面法加固时均存在叠合面粘结问题，叠合面的可靠粘结是保证叠合结构能否共同整体受力的关键。目前，衡量新旧混凝土结合面抗剪性能的指标通常采用较小尺寸试件进行确定，所得结果能否可靠适用于实际工程中的大尺寸结合面值得重新审视。实际上，工程结构中大尺寸结合面区域存在更多缺陷及更明显的应力分布不均匀现象，导致结合面的抗剪性能会存在尺寸效应，但针对叠合面(结合面)抗剪性能尺寸效应的研究还鲜见文献报道。因此，为明确实际工程中新旧混凝土结合面真实的抗剪性能，有必要对其尺寸效应进行研究。　　基于此，本文分别对新旧混凝土结合面抗剪性能的尺寸效应以及钢筋混凝土叠合厚板斜截面抗剪性能进行了试验研究和理论分析，以期为叠合厚板及结合面抗剪性能和尺寸效应的明确提供一定的依据。　　1.新旧混凝土结合面抗剪性能尺寸效应的试验研究　　(1)以结合面不同处理方式(凿毛和凿毛+植筋)和结合面尺寸(高度分别为100、200、330和400mm，宽度均为200mm)为试验参数，对2组共16个Z字型新旧混凝土结合试件进行了抗剪试验。结果表明：直剪作用下，凿毛试件破坏具有明显脆性特征，植筋试件破坏具有延性特征；极限荷载下，凿毛试件滑移量不超过0.2mm，植筋试件滑移量约为凿毛试件的2倍；凿毛试件和植筋试件结合面的抗剪性能均表现出明显的尺寸效应，主要表现为随着结合面尺寸的增大，试件抗剪强度和剪切刚度减小，结合面滑移量增大。　　(2)凿毛试件剪应力-滑移曲线近似呈线性关系，植筋试件的剪应力-滑移滑移全过程曲线分为四阶段，基于试件的剪应力-滑移曲线，采用了四折线较好的刻画了凿毛和植筋处理时结合面的粘结-滑移本构模型。　　(3)基于试验结果和理论分析，提出了表征结合面抗剪性能各特征参数尺寸效应律的计算式，可供工程结构设计和分析时参考。基于尺寸效应率计算式的推导，得到凿毛试件的临界极限强度和弹性抗剪刚度分别为结合面高度100mm试件的51%和32%；植筋试件的临界开裂强度、极限强度和弹性抗剪刚度分别为结合面高度100mm试件的65%、76%和41%。结合面高度大于1000mm后，描述凿毛和植筋两类试件结合面抗剪性能特征参数的尺寸效应均趋于稳定。　　2.钢筋混凝土叠合厚板抗剪性能试验研究　　(1)通过对4块钢筋单层叠合厚板和3块双层叠合厚板进行载荷试验，研究剪跨比、叠合层数等参数对叠合面及斜截面抗剪性能的影响，对比分析不同剪跨比下叠合厚板的开裂荷载、裂缝发展规律、荷载-挠度关系、叠合面滑移情况及抗剪承载能力等。结果表明：叠合厚板均由临界斜裂缝上升到板顶加载点附件而产生剪压破坏，其抗剪承载力以及临界斜裂缝倾角均随着剪跨比的增大而减小，剪跨比越大，临界斜裂缝宽度增长越快，由混凝土应变花测试得到的主压应变倾角可以较好地反映斜裂缝倾角的变化规律。　　(2)试件破坏时，单层叠合厚板均出现明显的叠合面水平滑移裂缝，使上、下层混凝土发生明显错动，双层叠合厚板均未出现叠合面滑移裂缝。　　(3)当剪跨比为1.13时，双层叠合厚板抗剪承载力为单层叠合厚板的1.22倍，剪跨比为1.29时，双层叠合厚板抗剪承载力为单层叠合厚板的1.24倍，单层叠合试件斜截面抗剪承载力较双层叠合试件降低了20%左右。将试验结果与国内外规范的计算值进行比较分析，结果表明：欧美规范计算结果较我国规范更偏于保守，叠合厚板的抗剪承载能力按深受弯构件公式计算时，所得结果比按一般受弯构件公式计算的更接近于试验值。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 新旧混凝土结合面抗剪性能

1.2.2 混凝土材料及结构性能的尺寸效应

1.2.3 叠合式结构受力性能

1.3 本文主要工作及研究内容

第 2 章 新旧混凝土结合面抗剪性能试验研究

2.1 引言

2.2 试验目的

2.3 试验概况

2.3.1 试验方案选择

2.3.2 试件设计与制作

2.3.3 原材料及配合比

2.3.4 试验装置及加载程序

2.4 主要试验结果及分析

2.4.1 试验现象与破坏特征

2.4.2 主要试验结果

2.4.3 剪应力-滑移曲线

2.4.4 剪应力-应变曲线

2.5 本章小结

第 3 章 结合面抗剪性能的尺寸效应分析

3.1 引言

3.2 结合面粘结-滑移本构

3.3 有限元数值分析

3.3.1 材料本构关系

3.3.2 模型建立

3.3.3 计算结果

3.4 抗剪性能的尺寸效应

3.4.1 抗剪强度

3.4.2 结合面滑移

3.4.3 剪切刚度

3.5 尺寸效应律公式

3.5.1 抗剪强度

3.5.2 结合面滑移

3.5.3 剪切刚度

3.6 临界尺寸及临界强度

3.7 本章小结

第 4 章 钢筋混凝土叠合厚板抗剪性能试验研究

4.1 引言

4.2 试验目的

4.3 试验概况

4.3.1 试件尺寸设计

4.3.2 试件材料

4.3.3 试验装置及加载程序

4.4 主要试验结果及分析

4.4.1 试件破坏形态

4.4.2 荷载-跨中挠度曲线

4.4.3 裂缝分析

4.4.4 混凝土应变

4.4.5 叠合面滑移

4.5 斜截面承载力试验结果与各国规范计算结果比较

4.5.1 混凝土结构规范（GB50010-2010）

4.5.2 美国 ACI 规范（ACI318-2019）

4.5.3 公路桥涵规范（JTG3362-2018）

4.5.4 欧洲规范（EN1992-1-1 2004）

4.5.5 试验结果与国内外典型规范计算结果比较

4.6 本章小结

结论与展望

本文结论

有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间发表的学术论文