【摘 要】
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为解决混凝土过早剥落导致型钢与混凝土粘结退化,造成承载力、抗震性能、耐腐蚀性和耐火性的大幅度降低等问题,本文采用具有应变硬化、多缝开裂和超高韧性的UHTCC代替混凝土与型钢组合的型钢UHTCC组合结构。型钢UHTCC粘结滑移性能决定组合结构的受力性能、破坏形态、承载能力和耐久性等,而已有的型钢混凝土粘结滑移性能不适用于型钢UHTCC。综上,本文结合试验、理论和数值模拟的研究方法来研究型钢UHTCC
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为解决混凝土过早剥落导致型钢与混凝土粘结退化,造成承载力、抗震性能、耐腐蚀性和耐火性的大幅度降低等问题,本文采用具有应变硬化、多缝开裂和超高韧性的UHTCC代替混凝土与型钢组合的型钢UHTCC组合结构。型钢UHTCC粘结滑移性能决定组合结构的受力性能、破坏形态、承载能力和耐久性等,而已有的型钢混凝土粘结滑移性能不适用于型钢UHTCC。综上,本文结合试验、理论和数值模拟的研究方法来研究型钢UHTCC粘结滑移性能,具体研究内容及主要结论如下:1)以包裹材料、横向配箍率、保护层厚度、锚固长度和型钢强度为试验变量,开展了23个试件的推出试验,分析了裂缝发展、破坏形态、荷载-滑移曲线、粘结滑移机理和型钢应变沿锚固长度分布规律。结果发现:裂缝发展可分为4个阶段;破坏形态可分为粘结破坏和劈裂破坏两大类;型钢UHTCC破坏形态不受横向配箍率的影响,都为粘结破坏;而随横向配箍率的增长,型钢混凝土破坏形态由粘结劈裂破坏转变为粘结破坏;随保护层厚度的增大,破坏形态由粘结劈裂破坏转变为粘结破坏;随锚固长度的增大,破坏形态由粘结破坏转变为粘结劈裂破坏;而型钢强度对破坏形态无明显影响;2)对23个推出试件进行粘结滑移性能分析,研究5个试验变量对粘结应力-滑移曲线、特征粘结强度、特征粘结应力、弹性粘结抗剪刚度、粘结韧性、粘结耗能和粘结损伤的影响;结果表明:横向配箍率对已配箍筋的型钢UHTCC粘结滑移性能无明显影响,仅对型钢混凝土峰值后粘结滑移性能有所提升,且无配箍或小配箍的型钢UHTCC粘结滑移性能明显优于横向配箍率为0.50%的型钢混凝土;整体上,型钢UHTCC粘结滑移性能随保护层厚度、锚固长度和型钢强度的增长呈不同程度的上升趋势;3)基于灰色关联理论,建立考虑试验变量影响效果的特征粘结强度和滑移的计算式,通过对比本文和其他学者试验数据验证了公式有效性;并引入其他学者的计算式,发现本文公式预估效果最好;最后提出型钢UHTCC粘结-滑移本构模型,且对比发现:当上升段采用Model A1或Model A3,下降段采用Model B3能更好地模拟试验曲线;4)采用有限元分析软件ABAQUS建立了18个型钢UHTCC推出试件模型,采用本文提出的型钢UHTCC粘结-滑移本构模型和非线性弹簧Spring2模拟型钢与UHTCC之间的接触。分析结果表明:数值模拟结果与试验结果基本吻合,整体趋势大致相同。在此基础上,对型钢UHTCC组合短柱进行有限元模拟,分析结果表明:数值模拟结果与试验骨架曲线基本一致,吻合度良好。
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