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基于双剪试验的铝合金板—混凝土界面粘结滑移性能研究

刘光伟  
【摘要】:目前,我国土木工程领域用于建筑行业中常用的加固材料有FRP和钢材。但是这两种材料均有其局限性,FRP是一种脆性材料,其破坏没有任何征兆,钢材很容易发生锈蚀。结构用铝合金与钢材相比具有耐腐蚀、密度小、易于成型等优点,与FRP相比具有较好的延性。所以本文对铝合金-混凝土界面的粘结滑移性能进行了试验研究,对其作为加固材料的可行性进行了论证,主要研究内容和结论如下:1、为了达到试验目的,设计了双剪试验加载装置;为了实现两个混凝土试块的精确对中及铝合金板粘贴时的准确定位,设计了定位模具;为了最大程度的避免在试验过程中出现受拉偏心现象,设计了万向转铰装置。2、进行了45个构件的双面剪切试验,分析了混凝土强度等级、铝合金板粘结长度、铝合金板与混凝土宽度比、铝合金表面粗糙度对界面粘结性能的影响,研究不同参数影响下界面的粘结破坏机理、破坏模式及界面剥离承载力,得到不同试件铝板表面沿粘结长度方向的应变分布规律、粘结剪应力演化规律及在加载端处的荷载-滑移演化规律。研究结果表明,界面的受力过程是界面应力逐步从加载端向自由端传递的过程,且从应力传递区域来看,各试件均存在一个有效粘结长度值,超过该值应力即不再进行传递;粘结长度越短、粘结宽度越小、混凝土强度等级越低的试件界面应力传递速度越快;铝板表面处理对试件应变分布、承载力的提高并没有实质影响;提高混凝土强度等级、增加粘结宽度,可以增加界面粘结刚度;粘结长度对界面粘结刚度没有太大影响,但可以增加试件的延性;对于表面粗糙度不同的试件,N类表面粘结刚度最大,G类次之,B类最小。3、通过对比铝合金-混凝土界面的粘结滑移试验曲线与现有的FRP粘结滑移本构模型(Nakaba模型),发现Nakaba粘结滑移模型在曲线上升段可以有效的预测铝合金板-混凝土界面的粘结滑移行为,然而在曲线下降段都有不同程度的偏差。最后,建立了考虑铝合金板与混凝土粘结宽度比的修正Nakaba模型,并给出了两个重要控制参数?_(max)、s_0的表达式,发现与不同粘结宽度下的粘结滑移试验曲线吻合较好。


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