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再生混凝土是将废弃混凝土经过破碎、分级、清洗,按一定比例与级配混合形成再生骨料部分或者全部代替砂石等天然骨料配制而成的新混凝土。但是,再生骨料的先天缺陷导致再生骨料混凝土的多方面性能比同条件的普通混凝土差。如何将再生混凝土应用于现代的要求更高的建筑中,这是摆在科研工作者面前的一个重要课题。
型钢混凝土组合结构是指将型钢或格构式骨架埋入混凝土而形成的一种结构。它不仅强度、刚度明显增加,而且延性也大大提高,是一种抗震性能良好的结构形式。它能充分发挥型钢与混凝土两种材料的长处,即使在混凝土强度等级相对较低情况下也能发挥其优点。因此,将再生混凝土应用于组合结构,这种做法是可以实现的,开展型钢再生混凝土组合结构的研究工作非常有必要。
粘结滑移破坏机理研究是型钢混凝土组合结构的基本理论问题,是确保型钢与混凝土两者之间能否组合在一起协同工作的关键。研究确定粘结滑移性能、建立粘结滑移本构关系,对确定型钢混凝土组合结构的强度、刚度计算公式、混凝土保护层厚度、剪抗栓钉布置以及构件的裂缝宽度等具有重要理论意义,同时也是计算机数值模拟分析所必需解决的关键问题。在本课题组前期对再生混凝土基本力学性能研究基础上,本文通过29个试件(考虑再生骨料取代率、型钢粘结部位、混凝土保护层厚度、横向配箍率、抗剪栓钉直径、抗剪栓钉设置位置与数量、混凝土强度等级)的推出试验对型钢再生混凝土粘结滑移性能进行了研究。
本文首先对国内外有关再生混凝土、型钢混凝土粘结滑移性能研究方法和研究成果进行了分析,用以指导本文的工作。在试验手段上:本文摒弃传统的粘结滑移试验要在型钢上开槽才能粘贴电阻应变片的方法,直接在型钢表面粘贴电阻应变片并加以处理,试验数据表明该方法是可行的;首次采用位移控制的加载制度,所获得的数据(荷载-位移、荷载-应变)相比由力控制的加载更能准确反映粘结滑移破坏的全过程,并解决了传统的由力控制的加载很难获取试件达到峰值荷载后的下降段数据的问题。在试验研究成果方面:本文通过试验揭示了型钢再生混凝土粘结失效破坏机理,获取了其受力全过程应力-滑移曲线;分析了再生骨料取代率、型钢与混凝土的粘结部位、混凝土保护层厚度、截面配箍率、栓钉设置位置及栓钉直径、混凝土强度等级七个变化参数对型钢再生混凝土粘结滑移性能的影响;获取了型钢不同部位与混凝土的粘结强度,得到了型钢翼缘内侧粘结强度最大,型钢翼缘外侧粘结强度次之,型钢腹板粘结强度最小的重要结论,为采取合理构造措施提供了试验支撑;揭示了混凝土保护层厚度对粘结强度的影响,并分析得出混凝土保护层厚度不应小于50mm的结论,为相关规范的制定提供理论和试验依据;获取了型钢与再生混凝土的粘结强度在1.6~2.0MPa的重要结论,为确定型钢合理的锚固长度提供理论依据;建立了粘结应力分布计算公式以及粘结滑移本构关系,为实现计算机精细化模拟提供了重要支撑;提出了型钢再生混凝土粘结滑移破坏过程的三个阶段和两个极限状态的基本概念;初步探讨了型钢再生混凝土的粘结破坏机理及化学胶结力和摩擦力在型钢再生混凝土粘结力中所占比重的求解思路。