一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法技术

本发明专利技术公开了一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，包括如下步骤：根据结构设计和混凝土配合比，确定拉拔试验中拉拔钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度和混凝土抗压强度，并进行拉拔试验；根据拉拔试验结果，得到拉拔试验试验参数的选择对粘结应力、钢筋粘结强度及峰值滑移的影响，并建立相应的函数关系式，根据试验结果，计算绘制得到粘结应力随位置变化的曲线，回归得到粘结应力随位置变化的函数关系式；建立超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系的函数表达式。利用本发明专利技术可精准反应钢筋滑移时的粘结应力，预测结果准确，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法


[0001]本专利技术属于超高性能混凝土粘结滑移本构研究
，具体涉及一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法。

技术介绍

[0002]超高性能混凝土是一种具有高强度、高韧性、高耐久和高流动性的纤维增强水泥基复合材料，与钢筋具有超强的粘结性能，可使钢筋的搭接钢筋的粘结长度大幅缩短，使得超高性能混凝土在桥梁工程桥面湿接缝连接、装配式建筑结构中节点连接中广泛应用。钢筋仅需较小的直锚长度即可满足结构的受力要求，减少现场湿作业，提高了施工效率。
[0003]对于混凝土结构来说，钢筋和混凝土共同工作是钢筋混凝土受力性能的重要保障。钢筋与混凝土之间的粘结体现了结构或构件中材料间的协同性能可由两者之间粘结滑移本构关系来表示。混凝土强度、钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度、配箍率等因素均会对钢筋与混凝土的粘结滑移性能产生影响。
[0004]目前在粘结滑移本构关系研究方面存在如下相关技术：
[0005](1)国外学者Bae等基于拉拔试验发现：钢纤维体积分数由0％增加到1％再增大到2％，粘结强度提高幅度降低；Alkaysi等认为UHPC的早期龄期的黏结强度增长较快，在7天龄期时，粘结强度可达到最终强度的75％。
[0006](内容引自：BAEBI,CHOIHK,CHOICS.Bondstress between conventional reinforcement and steel fibre reinforced reactivepowder concrete[J].Construction and Building Materials,2016，112:825
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835)。
[0007](2)国内学者邓宗才等通过54个中心拉拔、6个立方体偏心拉拔、6个棱柱体中心拉拔和6个板式中心拉拔锚固试块系统研究了钢筋埋长、钢筋的保护层厚度、钢筋直径、RPC强度和钢纤维体积掺量等因素对RPC黏结性能的影响规律，建立计算临界钢筋的粘结长度的公式，拟合极限黏结应力与钢筋的保护层厚度、相对埋长之间的关系式(内容引自：邓宗才，袁常兴.高强钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究[J].土木工程学报，2014，47(3)：超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法69
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78)。
[0008](3)高丹盈等基于内贴应变片的钢筋与钢纤维混凝土局部黏结试块的拉拔试验，研究钢筋与不同强度钢纤维混凝土的黏结性能，提出了三段式粘结滑移本构模型(内容引自：高丹盈，陈刚，Hadi Muhammad Najib Sadraddin，等.钢筋与钢纤维混凝土的黏结
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滑移性能及其关系模型[J].建筑结构学报，2015，36(07)：132
‑
139)。
[0009](4)安明喆等研究了变形钢筋直径和钢筋的粘结长度对活性粉末混凝土(RPC)黏结性能的影响，提出变形钢筋与RPC的粘结滑移本构模型，但是本构模型只有上升段，并不能反应钢筋拔出过程中粘结滑移全曲线(内容引自：安明喆，张盟.变形钢筋与活性粉末混凝土的黏结性能试验研究[J].中国铁道科学，2007，28(2)：50
‑
54)。
[0010](5)贾方方通过梁式试验和拉拔试验，提出了四折线段的钢筋与活性粉末混凝土的本构模型，指出本构模型中的特征参数与钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度等相关，但
是并未给出具体的计算公式(内容引自：贾方方.钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究[D].北京：北京交通大学，2013)。
[0011](6)机械锚固也是提高钢筋
‑
混凝土粘结滑移性能的重要方式之一。刘立新等进行了端头加焊接对称短钢筋和端头加锚板两种机械锚固方式的HRB500热轧带肋钢筋与混凝土试件的拔出试验。研究表明，配有横向钢筋的机械锚固试块破坏时开裂荷载与极限荷载相差较大，表现出一定延性，机械锚固的提高效果明显。汪洪等通过对具有弯钩、镦头、贴焊锚筋和焊锚板四种机械锚固形式的两批试块进行拉拔试验，研究分析了锚头和普通段的作用、受力破坏机理以及可靠度分析和基本钢筋的粘结长度。
[0012]综上所述，随着超高性能混凝土的推广应用，越来越多的学者投入到超高性能混凝土力学性能研究中。超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系是研究超高性能混凝土结构承载力和抗震性能的基本理论依据，也是结构有限元数值计算的基础。
[0013]目前已有的对超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系的研究结果主要存在以下问题：
[0014](1)本构关系不完整，只有曲线的上升段。
[0015](2)只考虑了平均粘结应力与滑移的关系，并不能准确反应锚固段内钢筋的粘结分布应力情况。
[0016](3)粘结滑移本构模型曲线形状参数未给出具体的计算公式，导致模型曲线不准确，实用性较差。
[0017](4)只考虑钢筋直锚的粘结滑移性能，对墩粗锚固钢筋未有涉及。

技术实现思路

[0018](一)要解决的技术问题
[0019]基于此，本专利技术提出了一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，该超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法旨在解决现有技术中的对超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系的研究结果存在无法精准反应钢筋滑移时的粘结应力，实用性较差的技术问题。
[0020](二)技术方案
[0021]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，包括如下步骤：
[0022]步骤1：根据结构设计和混凝土配合比，确定拉拔试验中拉拔钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度和混凝土试件的混凝土抗压强度，并进行拉拔试验；
[0023]步骤2：根据拉拔试验结果，得到钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度和混凝土试件的混凝土抗压强度对粘结强度的影响，建立钢筋粘结强度的函数关系式；
[0024]步骤3：根据拉拔试验结果，得到钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度和混凝土试件的混凝土抗压强度对峰值滑移的影响，建立钢筋峰值滑移的函数关系式；
[0025]步骤4：根据拉拔试验结果，得到试验粘结滑移曲线，根据试验粘结滑移曲线，回归得到包含上升段和下降段的平均粘结应力
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滑移曲线和函数关系式确定钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度对曲线上升段和下降段的影响程度；
[0026]步骤5:根据拉拔试验结果，得到试验粘结段内钢筋应变数据，计算绘制得到粘结
应力随位置变化的曲线，回归得到粘结应力随位置变化的函数关系式ψ(x)；
[0027]步骤6:建立超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系τ(S)，＝函数表达式为：
[0028]优选的，步骤4中，得到粘结滑移曲线的方法如下：在拉拔试验中，采集钢筋拉拔荷载与钢筋滑移量的试验数据，然后将试验直接得到的钢筋拉拔荷载换算成钢筋平均粘结应力，并以横坐标为滑移量，以纵坐标为平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据结构设计和混凝土配合比，确定拉拔试验中拉拔钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度和混凝土试件的混凝土抗压强度，并进行拉拔试验；步骤2：根据拉拔试验结果，得到钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度、钢筋端头形式和混凝土试件的混凝土抗压强度对粘结强度的影响，建立钢筋粘结强度的函数关系式；步骤3：根据拉拔试验结果，得到钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度、钢筋端头形式和混凝土试件的混凝土抗压强度对峰值滑移的影响，建立钢筋峰值滑移的函数关系式；步骤4：根据拉拔试验结果，得到试验粘结滑移曲线，根据试验粘结滑移曲线，回归得到包含上升段和下降段的平均粘结应力
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滑移曲线和函数关系式确定钢筋的粘结长度、钢筋的保护层厚度对曲线上升段和下降段的影响程度；步骤5:根据拉拔试验结果，得到试验粘结段内钢筋应变数据，计算绘制得到粘结应力随位置变化的曲线，回归得到粘结应力随位置变化的函数关系式ψ(x)；步骤6:建立超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系τ(S)，＝函数表达式为：2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，其特征在于，步骤4中，得到粘结滑移曲线的方法如下：在拉拔试验中，采集钢筋拉拔荷载与钢筋滑移量的试验数据，然后将试验直接得到的钢筋拉拔荷载换算成钢筋平均粘结应力，并以横坐标为滑移量，以纵坐标为平均粘结应力，绘制得到的曲线即为粘结滑移曲线。3.根据权利要求2所述的超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，其特征在于，将试验直接得到的钢筋拉拔荷载换算成钢筋平均粘结应力的计算公式如下：其中：为平均粘结应力；F为钢筋拉拔荷载；d为拉拔钢筋的直径；L为钢筋的粘结长度；π为圆周率。4.根据权利要求3所述的超高性能混凝土与钢筋的粘结滑移本构关系计算方法，其特征在于，利用拉拔试验加载装置完成所述拉拔试验，所述拉拔试验加载装置包括所述拉拔钢筋，所述拉拔钢筋的长度方向相对的两侧对称设有钢筋上部槽和钢筋下部槽，所述钢筋上部槽内粘接有下应变片，所述钢筋下部槽内粘接有上应变片，所述上应变片的数量为多个，且多个所述上应变片等距设置，所述下应变片的数量为多个，且多个所述下应变片等距设置，所述上应变片和下应变片在所述拉拔钢筋的长度方向上交错设置，采用环氧树脂分别浇灌于所述钢筋上部槽和钢筋下部槽内，所述拉拔试验加载装置还包括分别套设于所述拉拔钢筋上的两个塑料管，两个所述塑料管间隔设置，所述拉拔钢筋和塑料管外浇筑有所述混凝土试件，两个所述塑料管之间的拉拔钢筋为所述粘结段，所述粘结段直接与所述混凝土试件粘结，所述拉拔钢筋的上部设有夹具，所述夹具的两端分别夹持一个用于测量所述钢筋滑移量的位移计，所述混凝土试件设于整体为框架结构的反力架上，所述混凝土试件的底部设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新星，周泉，李水生，姚延化，
申请(专利权)人：湖南中建五局绿色市政工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：