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500MPa高强钢筋正在被越来越广泛地应用到实际工程中。目前,国际上大部分规范给出的锚固长度设计公式均来自较低强度钢筋的试验结果。澳大利亚提出了新的锚固长度设计公式拟取代现行规范AS3600-2001中的公式,却引起较大争议,而我国将500MPa钢筋纳入设计规范仍在讨论中。在此背景下,本文对500MPa钢筋进行了一系列的粘结锚固特性试验研究。
本文首先对两国钢筋的材性性能进行了试验,比较了两国钢筋的材性差异:将中国规范GB1499.2-2007和澳洲规范AS/NZS4671:2001对500MPa钢筋的相关规定做对比分析。在此基础上,分别对两国相应500MPa钢筋进行材性试验,并对试验结果进行分析和研究,得出相关结论。
在材性试验的基础上,对111个拔出试件和129个推出试件进行了单调加载下的试验研究,用分辨率为2微米的激光位移计得到了精确的粘结滑移值和完整的粘结滑移曲线,分析了混凝土强度、钢筋直径(8mm、12mm、16mm、20mm、24mm、28mm、32mm和36mm)、保护层厚度、埋入长度、配箍率等主要锚固条件对500MPa钢筋受拉和受压粘结锚固性能的影响,并将主要锚固条件对受拉和受压钢筋粘结锚固性能的影响进行了对比研究,用统计回归方法分别推导出500MPa钢筋在混凝土中的受拉和受压粘结强度计算公式。另外,本文还将推出试验结果和拔出试验结果进行了对比。
在拔出试验和推出试验结果的基础之上,对500MPa钢筋的受拉和受压粘结滑移关系进行了分析和研究。首先对前人的粘结滑移研究成果进行了对比,接着对拔出试验结果和推出试验结果进行了数值统计分析,在对试验曲线结果优化的基础之上,分别提出了500MPa钢筋的受拉粘结滑移关系公式和受压粘结滑移关系公式,并和试验结果进行了对比。
本文还对18根梁式试件进行了单调加载下的试验研究,用分辨率为2微米的激光位移计得到了精确的粘结滑移值和完整的粘结滑移曲线,观察了钢筋在受拉和受剪等多种因素影响下的粘结锚固受力破坏全过程,探讨了不同直径(12mm、16mm、20mm、24mm、28mm和32mm)的500MPa钢筋与混凝土在接近于工程实际状况下的粘结锚固性能。试验研究发现,梁中锚固钢筋的受力同样可分为五个阶段:弹性阶段、局部滑移段、滑移上升段、滑移下降段和残余段。但是,由于梁中钢筋的受力状况比较复杂使得梁中钢筋的粘结滑移曲线和小构件的粘结滑移曲线有一定的差别,尤其是残余段,梁中钢筋的粘结滑移曲线呈波浪状。另外,本文还将梁式试验结果同拔出试验结果进行了对比分析。
在梁式试验结果的基础上,对多国规范(AS3600-2001、proposed revision ofAS3600-2009、GB50010-2002、ACI318-05、ACI Committee408、AASHTO LRFDBridge Design Specifications2004、the CEB-FIP Model Code1990和Eurocode2)规定的锚固长度设计公式进行了对比研究,将其计算值和梁式试验计算结果进行对比来评价各锚固长度设计公式。接着又选取不同工况(主要考虑了钢筋间距、钢筋直径、混凝土强度和混凝土保护层厚度)用各规范公式对梁中和板中的设计锚固长度进行了计算分析,并绘出曲线进行比较研究,得出相关结论,为规范的修订提供参考。
最后,对论文的研究成果进行了总结并对以后的研究进行了展望。