钢筋混凝土梁钢筋-砼界面粘结性能与裂纹发展关系研究

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本文通过对钢筋混凝土梁中受拉主筋包裹塑料薄膜或涂刷界面粘结材料等措施,以此来分析钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土界面粘结性能对裂纹发展规律的影响,为钢筋混凝土梁裂纹控制提供一种方法。论文采用试验研究和有限元计算相结合的分析方法。首先采用断裂力学原理来验证钢筋的阻裂机理,为后续试验及有限元分析提供理论依据;其次通过界面粘结试验定量了解钢筋与混凝土界面不同的粘结性能;再次结合试验研究,观测钢筋混凝土梁开裂荷载、极限承载力、裂纹高度、裂纹宽度及裂纹条数等的变化;最后利用ANSYS进行有限元模拟,验证界面不同粘结性能对裂纹的影响。经过分析,得出以下主要结论:①钢筋与混凝土之间界面粘结失效,将影响钢筋混凝土的抗裂性能和承载性能。随着钢筋与混凝土界面粘结性能的提高,梁的开裂荷载和极限承载力都有所提高,同时梁的抗弯刚度相应提高。②钢筋与混凝土界面粘结性能越好,梁裂纹高度、裂纹宽度增长越缓慢,梁对裂纹的控制力增强,裂纹高度发展经历的荷载级差越大。同时裂纹间距和宽度由“疏而宽”转变为“密而窄”。③通过对同等荷载下裂纹强度因子分析表明,钢筋与混凝土界面粘结性能越好,钢筋产生的反向裂纹强度因子越大,验证了由此带来的钢筋阻裂机理。④钢筋与混凝土粘结性能越好,钢筋与混凝土界面剥离长度越小,剥离速度越慢,有效的阻止裂纹的宽度的扩展。⑤在一定剥离长度范围内,随着界面剥离长度的增加,其裂纹应力强度因子迅速增加。之后,随着剥离长度的增长,裂纹应力强度因子趋于稳定。⑥通过有限元分析,随着钢筋与混凝土界面粘结性能的提高,钢筋的阻裂增强效果越明显,相对较小的裂纹高度下就有较优的止裂效果。⑦有限元简化后的平面力学模型分析结果与试验结果较接近,该方法可行。三维有限元分析方法对裂纹发展规律的描述与试验基本一致。
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