钢--混凝土组合结构环氧树脂砂浆界面破坏研究

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对于钢-混凝土组合结构而言,钢材与混凝土两种材料之间的连接状况决定着组合结构整体的力学性能,且界面之间的力学行为极其复杂。与传统的靠栓钉等金属连接件连接的方式相比,通过“胶粘”方式连接的钢-混凝土组合结构具有减少应力集中现象、粘结力分布更均匀、受力更合理、理论分析简便等优点。本文通过试验分析、理论推导和数值计算等方式对以环氧树脂砂浆粘结的钢-混凝土组合结构的力学性能进行了研究。
  对六个“8”字型环氧树脂砂浆试块进行了拉伸试验,对其抗拉强度进行了评价。采用高速摄像和传统的数据采集方法对以环氧树脂砂浆粘结的钢-混凝土组合结构的界面性能进行了推出试验。通过用不同强度等级的混凝土组成的6个组合结构推出试件的试验结果,以破坏模式、极限承载能力、抗剪强度、延性指数等为研究参数,分析不同强度等级的混凝土对组合结构整体力学性能的影响。利用数字图像相关技术(DIC)分析了不同荷载下界面破坏过程中混凝土表面的应变分布,揭示了界面的非均匀破坏过程和破坏机理。基于弹性力学的理论方法推导了“胶粘”钢-混凝土组合结构中混凝土表面沿高度方向的应变分布,并与应变片量测结果进行对比和分析,验证了理论公式的有效性。
  利用ANSYS有限元软件,通过考虑或忽略粘结层的影响,采用粘结、耦合、弹簧等不同的界面连接方式建立了四个模型,分析了四种不同界面粘结方式下,钢-混凝土组合结构中混凝土的破坏形态、荷载-位移曲线、应变以及切应力分布的联系和区别,验证了考虑界面之间粘结-滑移影响时模型的有效性。
  基于有限质点法理论,借助于等效平面桁架模型手段,采用平面单元模拟混凝土和钢材两种材料,以及采用杆单元模拟砂浆粘结层材料,通过“耦合”方式建立了“胶粘”钢-混凝土组合结构模型。以荷载大小、混凝土弹性模量以及网格划分的密度为研究参数,分析了这些参数对组合结构的破坏过程、应力分布以及荷载-位移曲线等研究对象的影响。
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