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型钢混凝土粘结滑移基本理论及应用研究

杨勇  
【摘要】: 本文分析探讨了型钢混凝土中型钢与混凝土之间的粘结滑移机理,并通过型钢混凝土推出试验(Push-out Test)研究了型钢混凝土粘结强度、粘结应力-滑移相互关系(粘结滑移本构关系),以解决型钢混凝土结构中的粘结锚固问题和有限元分析中的粘结滑移模拟问题。通过ANSYS~(?)程序对推出试验进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比分析,然后对型钢混凝土梁进行了ANSYS~(?)程序有限元分析,最终形成了一套型钢混凝土构件ANSYS~(?)程序有限元分析的建模、计算和分析方法,并根据本文的粘结滑移基本性能研究提出了型钢混凝土粘结锚固可靠度分析方法和锚固设计建议。 首先通过对国内外有关钢筋混凝土、型钢混凝土粘结滑移性能研究成果的综合分析。在前期试验方法研究中,设计发明了一种实用新型的内置式钢-混凝土电子滑移传感器(专利授权号:ZL-02-2-61883.3),基本上实现了型钢与混凝土连接面上内部滑移的测量,解决了型钢混凝土粘结滑移试验研究的一个关键难题;采用组合H型钢的方法测量了型钢翼缘、型钢腹板应变,较好地实现了型钢混凝土粘结应力的测试。内部滑移和粘结应力的测试方法为型钢混凝土粘结滑移性能的试验研究提供了保证。 设计了16个型钢混凝土标准推出试件,以考察混凝土强度、型钢的混凝土保护层厚度、型钢埋置长度及横向配箍率四个主要锚固条件与粘结强度的相互关系和型钢混凝土粘结滑移本构关系;设计了4个对比试件,以考察型钢翼缘内侧、外侧和腹板与混凝土粘结性能的区别。在20个试件中均连续布置了内置式钢-混凝土电子滑移传感器量测内部滑移沿型钢埋置长度的纵向分布规律,在每个试件的型钢翼缘和腹板连续布置电阻应变片量测型钢翼缘和腹板应变沿型钢埋置长度的纵向分布规律,试验结果表明测量效果较理想。 为探讨型钢混凝土粘结滑移的机理,对型钢混凝土推出试件的试验全过程进行了详细观察。对推出试件的开裂、裂缝开展顺序和裂缝开展形态进行了详细的观察和描述。在试验完成后打开破坏试件,对推出试件的内部破坏情况进行了仔细观察。结合试验测量结果,全面分析了推出试件的P-S曲线及其特征。对试件的荷载上升段和下降段的型钢应变测量结果和内部滑移测量结果进行了整理和归纳,并对4个对比试验结果进行了分析和处理。 根据20个型钢混凝土推出试件的试验结果,对推出试验的荷载-加载端滑移 摘要一②一 曲线进行分析,得出了型钢混凝土初始滑移粘结强度、极限粘结强度和水平残余 粘结强度三个特征强度试验统计结果。据此分析了四个主要锚固条件与三个型钢 混凝土特征强度的相互关系。通过统计回归得到了考虑多因素的型钢混凝土粘结 强度计算公式,并与试验结果进行了比较、误差估计和评估分析,结果表明统计 计算值与试验结果比较接近;对国外有关型钢混凝土粘结强度的试验研究及成果 进行了比较分析,采用本章所建立的粘结强度计算公式对已有的试验研究进行了 计算,并与试验结果进行了比较分析;根据建立的粘结强度计算公式,介绍了型 钢混凝土粘结锚固可靠度分析原理和方法。 根据试验实测的荷载一加载端滑移曲线,对平均粘结强度一加载端滑移关系进 行了数学描述。根据型钢应变的试验量测结果,得到等效型钢应变,通过统计回 归,牙!」用力的平衡方程,得到推出试验中型钢混凝土粘结应力的大小及其分布规 律;根据钢一混凝土电子滑移传感器的滑移量测结果,分析了沿型钢埋置长度的内 部滑移分布规律,并对试验量测的特征滑移值进行了统计回归;根据粘结应力和 内部滑移测量结果,得出沿型钢埋置长度方向上各截面的局部粘结应力一滑移关系 曲线,建立了局部粘结滑移本构模型叹x)一s仁,,…,C,…c。,F(x),G(x)},模型所 包含的两个位置函数F(x)和G(x)较全面地反映了粘结滑移本构关系沿埋置长度 的变化。 对在ANSYS必程序中实现钢筋混凝土结构的非线性有限元分析方法和原理 进行了详尽的介绍。以三根钢筋混凝土简支梁作为算例进行了ANSYS.计算分 析,对ANSYS.中钢筋混凝土有限元分析的从前处理到后处理的全过程进行了介 绍、调试和验证,并对ANSYS.程序的分析结果作了评价分析。ANSYS。程序的 调试、验证结果表明,ANSYS必程序能够较方便地用于对混凝土结构进行非线性 有限元分析,而且建模方便,计算结果与理论结果吻合较好。 利用ANSYS。程序对型钢混凝土推出试件进行三维有限元模拟,与试验结果 进行对比,对所建立的局部粘结滑移本构模型:(x)·s低,…,ci,…c。,F(x),G(x)} 进行了验证和修正。通过对推出试验的ANSYS。程序数值模拟,对ANSYS,程序 计算得到的粘结滑移基本变量进行了全面分析;对影响型钢混凝土粘结性能的四 个主要因素与粘结强度的相互关系进行了验证,为粘结锚固可靠度设计提供依据。 利用ANSYS.程序对6根实腹式型钢混凝土梁分别按考虑型钢与混凝土之间 的粘结滑移和不考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移两种情况进行了分折计算,并 均与试验结果进行了分析比较.计算结果表明,考虑型钢混凝土滑移和不考虑型 钢混凝土两种情况的承载能力计算结?


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