粘結(jié)界面細(xì)觀損傷演化及其對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能退化作用機(jī)理.pdf

1、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋和混凝土兩種具有不同物理性質(zhì)的材料主要依靠兩者之間的粘結(jié)應(yīng)力才能共同工作。鋼筋與混凝土粘結(jié)界面的滑移破壞是引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能下降和失效的主要原因。因此，鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移性能是許多學(xué)者一直致力于研究的熱點(diǎn)課題。在當(dāng)前對鋼筋與混凝土界面區(qū)粘結(jié)性能的研究方法中，如拉拔試驗(yàn)和用聯(lián)接單元模擬界面粘結(jié)滑移的數(shù)值方法，大都缺乏對粘結(jié)界面中細(xì)觀損傷演化過程的考慮。本文克服傳統(tǒng)研究方法的不足，建立了鋼筋混凝土粘結(jié)界面細(xì)觀

2、模擬方法，并在此基礎(chǔ)之上，耦合了網(wǎng)格自適應(yīng)加密算法，發(fā)展了考慮粘結(jié)界面細(xì)觀損傷的鋼混結(jié)構(gòu)一致多尺度模擬方法。利用所發(fā)展的算法模擬了鋼筋混凝土試件拉拔過程，分析了該試件在拉拔過程中的鋼筋與混凝土粘結(jié)界面性能退化與細(xì)觀損傷演化行為，并研究了不同因素對鋼筋混凝土拉拔過程中的細(xì)觀損傷演化及粘結(jié)性能退化行為的影響，總結(jié)了粘結(jié)性能退化的細(xì)觀損傷機(jī)理。最后，利用所發(fā)展的算法模擬了四點(diǎn)彎曲鋼筋混凝土梁的損傷演化過程，分析了梁損傷與失效過程中的宏觀力學(xué)性

3、能變化與細(xì)觀損傷演化行為，研究了梁鋼混界面中的細(xì)觀損傷對梁的宏觀力學(xué)性能的影響。本文完成的主要工作及其研究結(jié)論有:
　　建立了一種鋼筋混凝土粘結(jié)界面細(xì)觀模擬方法，將鋼筋混凝土材料視為由砂漿、粗骨料與鋼筋構(gòu)成的三相非均勻材料，采用隨機(jī)投放骨料方法模擬粗骨料在砂漿中的分布;采用內(nèi)部可視為均質(zhì)的細(xì)觀單元尺寸，粗骨料與砂漿采用彈性損傷本構(gòu)關(guān)系，將細(xì)觀單元的損傷類型分為拉伸型損傷與壓剪型損傷，分別采用最大拉應(yīng)變準(zhǔn)則與莫爾庫倫準(zhǔn)則作為損傷閾值

4、的判斷條件;采用位移增量法進(jìn)行模擬，用細(xì)觀單元的損傷累積與符合實(shí)際的細(xì)觀結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)粘結(jié)界面數(shù)值模擬中聯(lián)接單元的復(fù)雜本構(gòu)關(guān)系。運(yùn)用網(wǎng)格自適應(yīng)加密方法在上述鋼筋混凝土粘結(jié)界面細(xì)觀模擬方法的基礎(chǔ)之上，發(fā)展了考慮粘結(jié)界面細(xì)觀損傷的鋼混結(jié)構(gòu)一致多尺度模擬方法。
　　對鋼筋混凝土拉拔試件失效過程進(jìn)行模擬，將模擬得到的拉拔力與自由端滑移曲線與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了所發(fā)展的鋼筋混凝土粘結(jié)界面細(xì)觀模擬方法的可行性與有效性。將拉拔試件的失效過程分

5、為三個(gè)階段:界面中無失效單元的粘結(jié)性能系數(shù)平穩(wěn)段;界面拉伸型損傷區(qū)沿鋼筋軸向擴(kuò)展至界面區(qū)一半的粘結(jié)性能系數(shù)大幅下降段;界面損傷區(qū)出現(xiàn)軸向擴(kuò)展不貫通現(xiàn)象的粘結(jié)性能系數(shù)小幅下降端。
　　用控制變量法分別模擬在不同客觀因素下的，如鋼筋混凝土粘結(jié)界面的初始細(xì)觀損傷程度、砂漿彈性模量、粗骨料彈性模量、界面所受圍壓和鋼筋在模擬時(shí)是否考慮螺紋，鋼筋混凝土試件的拉拔失效過程。結(jié)果表明，初始細(xì)觀損傷程度的增大與粗骨料彈性模量的增大會小幅減小鋼筋混凝

6、土粘結(jié)界面的粘結(jié)性能;砂漿彈性模量的增大會小幅增大鋼筋混凝土粘結(jié)面的粘結(jié)性能;螺紋鋼筋與界面受到圍壓會大幅增大鋼筋混凝土粘結(jié)界面的粘結(jié)性能。鋼筋混凝土粘結(jié)界面中拉伸型損傷區(qū)沿鋼筋軸向貫通擴(kuò)展的速度減小會小幅提高它的粘結(jié)性能;鋼筋混凝土粘結(jié)界面中局部出現(xiàn)壓剪應(yīng)力區(qū)，抑制拉伸型損傷區(qū)的貫通，會大幅提高它的粘結(jié)性能。
　　通過對四點(diǎn)彎曲鋼筋混凝土梁的失效過程的模擬，表明考慮粘結(jié)界面細(xì)觀損傷的鋼混結(jié)構(gòu)一致多尺度方法能合理的模擬梁的損傷與失