鋼-竹組合構(gòu)件的粘結(jié)與縱向抗剪性能研究

鋼-竹界面的粘結(jié)作用是保證鋼-竹組合構(gòu)件中型鋼與竹板整體工作和共同受力的基礎(chǔ)。通過本項(xiàng)目研究獲得如下結(jié)論：(1) 短期荷載作用下鋼-竹界面剪切粘結(jié)性能良好，復(fù)合膠結(jié)型界面試件的破壞具有明顯的延性特征；外貼竹板正應(yīng)力試驗(yàn)值與擬合值吻合度高，以此為基礎(chǔ)計(jì)算剪應(yīng)力與相對(duì)滑移較為可靠；鋼-竹界面剪應(yīng)力與相對(duì)滑移分布具有兩頭大中間小的特征，且界面下端的剪應(yīng)力和滑移量明顯大于界面上端，剪應(yīng)力最大值約為1.64MPa；鋼-竹界面剪切粘結(jié)承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值之間吻合較好，其計(jì)算誤差小于8%。(2)長期荷載作用后試件界面完整性良好，復(fù)合膠結(jié)型界面試件的破壞具有顯著的延性特征；2組單純膠結(jié)型界面試件在長期荷載作用下承載力發(fā)生衰減，衰減系數(shù)分別為0.91與0.81；單純膠結(jié)型界面的剪應(yīng)力與相對(duì)滑移分布具有兩頭大中間小的特征，界面最大剪應(yīng)力分別為1.41MPa和1.25MPa，與短期荷載試驗(yàn)相比約衰減10%和20%，界面的相對(duì)滑移則略有增長；長期荷載作用下復(fù)合膠結(jié)型界面的承載力、粘結(jié)剪應(yīng)力及相對(duì)滑移與短期荷載試驗(yàn)相比不發(fā)生顯著變化，自攻螺釘可有效提高界面抗剪能力，按80mm間距加設(shè)自攻螺釘后界面最大剪應(yīng)力可達(dá)到1.7MPa。(3)反復(fù)荷載作用后的單純膠結(jié)型界面剪應(yīng)力與相對(duì)滑移分布呈現(xiàn)兩頭大中間小的特征，界面最大剪應(yīng)力約為1.84MPa，與未施加反復(fù)荷載的試件相比約衰減5%-10%，界面相對(duì)滑移則略有增長，反復(fù)荷載加載位移處于非線性階段時(shí)界面承載力約衰減20%。復(fù)合膠結(jié)型界面試件反復(fù)荷載作用后其承載力、粘結(jié)剪應(yīng)力及相對(duì)滑移不發(fā)生顯著變化。鋼-竹組合試件在不同沖擊速度下，沖擊力大小隨沖擊速度的增加而逐漸上升，沖擊速度對(duì)沖擊力－沖頭位移曲線沒有太大影響。靜態(tài)試件的壓入試驗(yàn)曲線與動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)曲線基本重合，在低速?zèng)_擊試驗(yàn)速度范圍內(nèi)試件沒有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)。(4) 增大粘結(jié)面寬度和腹板高度、減小剪跨比，能有效提高鋼-竹組合工字形梁的縱向抗剪承載力，同時(shí)限制撓度發(fā)展；復(fù)合膠結(jié)型組合樓板與單純膠結(jié)型樓板相比，承載力提高，材料的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，破壞前具有明顯預(yù)兆。提出了鋼-竹組合梁、板縱向抗剪承載力計(jì)算公式及考慮滑移效應(yīng)的變形分析理論，并進(jìn)行了有限元分析，組合梁、板在極限荷載作用下的撓度變形、界面滑移及縱向抗剪承載力的理論值、試驗(yàn)值及模擬值之間吻合較好。 2100433B

竹材人造板與冷彎薄壁型鋼間通過膠粘劑復(fù)合而成的鋼-竹組合構(gòu)件，有利于充分發(fā)揮材料的高強(qiáng)度，并可提高薄壁型鋼抗失穩(wěn)屈曲承載能力，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)體系良好的節(jié)能環(huán)保效果，而鋼-竹界面的粘結(jié)作用是保證組合構(gòu)件中型鋼與竹板整體工作和共同受力的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目擬通過系統(tǒng)的試驗(yàn)研究與理論分析，針對(duì)鋼-竹界面的粘結(jié)機(jī)理、粘結(jié)強(qiáng)度、粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系以及鋼-竹組合構(gòu)件的縱向剪切受力變形特征、縱向剪力傳遞機(jī)制、縱向受剪承載力設(shè)計(jì)計(jì)算等進(jìn)行深入探討。通過本項(xiàng)目的研究，將建立鋼-竹界面的粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算理論和粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，合理評(píng)價(jià)長期荷載、反復(fù)荷載以及沖擊荷載作用對(duì)鋼-竹界面粘結(jié)性能的影響，揭示鋼-竹組合構(gòu)件的縱向剪力傳遞機(jī)制和影響縱向抗剪強(qiáng)度的各種因素，提出鋼-竹組合構(gòu)件的縱向受剪承載力計(jì)算理論與設(shè)計(jì)方法，從而為鋼-竹界面的可靠粘結(jié)和鋼-竹組合構(gòu)件的縱向抗剪設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，以促進(jìn)建筑業(yè)的綠色低碳發(fā)展。

研究不同受火時(shí)間后約束鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件的抗剪性能，揭示受火時(shí)間、構(gòu)件端部約束、荷載比等因素對(duì)全過程火災(zāi)作用后鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的影響特點(diǎn)。建立火災(zāi)后約束鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的數(shù)值分析模型,并開發(fā)相應(yīng)的全過程分析程序。分析總結(jié)高溫下相鄰構(gòu)件之間的相互作用對(duì)高溫后鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的影響規(guī)律，建立火災(zāi)后約束鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件殘余抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算方法。在考慮高溫下內(nèi)力重分布過程對(duì)構(gòu)件損傷作用的情況下，研究并提出火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力(含軸力、彎矩和剪力)的簡化計(jì)算方法。針對(duì)高溫下結(jié)構(gòu)中構(gòu)件受到相鄰構(gòu)件的約束會(huì)影響其高溫后力學(xué)性能的特點(diǎn)，本項(xiàng)目可以填補(bǔ)火災(zāi)后約束鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能研究的空白，為火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷評(píng)定、抗剪加固奠定基礎(chǔ)，為相關(guān)規(guī)范的編制提供科學(xué)依據(jù)，因而具有重要的理論意義和明確的應(yīng)用前景。

火災(zāi)高溫可使鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪性能降低、甚至出現(xiàn)剪切破壞。位于地震區(qū)的火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)若未經(jīng)加固處理就繼續(xù)使用，可能埋下抗震防災(zāi)的巨大隱患。另外，結(jié)構(gòu)中構(gòu)件在火災(zāi)全過程中的相互約束也可能會(huì)對(duì)火災(zāi)后構(gòu)件的抗剪性能產(chǎn)生一定的影響。然而，目前有關(guān)火災(zāi)后鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪性能及高溫下構(gòu)件端部約束對(duì)其影響方面的研究工作較少。為此，本項(xiàng)目從試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值計(jì)算三方面對(duì)上述問題進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)果：(1) 進(jìn)行了火災(zāi)后鋼筋混凝土短柱抗震性能的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，建議了四周受火后鋼筋混凝土柱抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算公式。研究表明，火災(zāi)后短柱的抗剪承載力先隨軸壓比的增大而增大，但當(dāng)軸壓比增大至界限軸壓比后反將降低?；馂?zāi)后的界限軸壓比較未受火時(shí)有減小趨勢。(2) 進(jìn)行火災(zāi)后鋼筋混凝土梁剩余承載性能的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，建議了三面受火后鋼筋混凝土梁抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算公式。研究表明，樓板翼緣對(duì)梁的抗彎承載力具有一定的提高作用，但對(duì)抗剪承載力影響不大。(3) 進(jìn)行了火災(zāi)后混凝土短肢剪力墻抗震性能的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，建議了四周受火后混凝土短肢剪力墻抗剪承載力的計(jì)算公式。研究表明，暗柱和X形暗支撐可提高火災(zāi)后短肢剪力墻的剛度和耗能能力，受火前后短肢剪力墻的滯回規(guī)則明顯不同。(4) 進(jìn)行了高溫下持荷、端部約束對(duì)火災(zāi)后短柱抗震性能影響的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，高溫下持荷可使火災(zāi)后短柱的抗剪承載力較未持荷時(shí)升高0.5%~2.3%，高溫下帶軸向約束的混凝土短柱火災(zāi)后的抗剪承載力為對(duì)應(yīng)的高溫下無約束時(shí)的89.9%~100.4%。(5) 進(jìn)行了外包碳纖維布加固火災(zāi)后混凝土短柱的抗震性能、混凝土梁的抗剪性能的試驗(yàn)研究。研究表明采用CFRP加固能將火災(zāi)后短柱、梁的抗剪承載力分別恢復(fù)至未受火試件的11.2%~17.1%、5.3%~34.3%，且考慮樓板翼緣的影響，采用“U形包裹 壓條”方式加固混凝土梁可取得較好的加固效果。(6) 利用有限元方法分析了截面含鋼率對(duì)溫度場分布的影響規(guī)律，建立了火災(zāi)后鋼筋混凝土柱剩余壓彎承載力的數(shù)值分析方法和實(shí)用計(jì)算公式。基于Park損傷評(píng)價(jià)模型建議了一種能反映火災(zāi)高溫對(duì)短柱、短肢剪力墻抗震性能損傷加大程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。上述研究成果可為火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)定、抗剪加固奠定基礎(chǔ)，為相關(guān)規(guī)范的編制提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論意義和明確的應(yīng)用前景。 2100433B

FRP材料與混凝土梁的粘結(jié)強(qiáng)度低，通常會(huì)造成FRP過早剝離破壞而使得加固效果不佳。HB-FRP加固技術(shù)作為一種新的粘貼技術(shù)，前期研究顯示加固梁界面粘結(jié)強(qiáng)度比傳統(tǒng)的外貼FRP高7.5 倍。不過對(duì)于HB-FRP 體系的作用機(jī)理還需要更為全面的理解來建立設(shè)計(jì)模型和指導(dǎo)公式。本項(xiàng)目以HB-FRP抗剪加固梁為研究對(duì)象，以常規(guī)FRP加固理論為研究基礎(chǔ)，以HB-FRP加固體系的界面粘結(jié)性能和抗剪加固性能為研究重點(diǎn)，以模型試驗(yàn)和數(shù)值模型為研究手段，研究鋼扣件間距及個(gè)數(shù)對(duì)HB-FRP的有效粘結(jié)長度和粘結(jié)強(qiáng)度的影響，探討抗剪加固時(shí)鋼扣件豎向分布間距和FRP間距對(duì)梁抗剪性能的影響,提出FRP平均應(yīng)力分布系數(shù)計(jì)算方法。探明HB-FRP的加固機(jī)理，揭示HB-FRP加固后梁的延性、承載能力變化規(guī)律，建立HB-FRP加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法。研究成果將為HB-FRP加固在工程上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。