早龄期商品混凝土粘结性能及相关结构构件力学性能时变性研究

The time-varying characteristic of bonding mechanical performance of early age concrete and related structural elements is the key factor for the structure safety during construction. However, there are few studies on this. The project plans to adopt testing, numerical and theoretical analyses to study the time -varying characteristic of both bonding strength of early age commercial concrete and mechanical performance of structural elements subjected to bending and compression. The regularity of time-varying characteristic of bonding strength of early age commercial concrete is studied by cubic pull-out specimen. Moreover, bond-slip constitutive time-varying model with/without lateral pressures and relational model between compressive strength and bonding strength are proposed based on the measurement of bond-slip curve and analyses of impact on early age concrete bonding strength as well as failure mode which are caused by temperature, concrete strength and the diameter of the rebar. Based on fracture mechanics and concrete strength theory, the time-varying model of bonding strength is established when splitting and pull-out failure occurs between the early age concrete and rebar. The time-varying characteristic effect of force transmission and failure mode of reinforced concrete elements subjected to bending and compression in early age is studied by beam and cylinder specimens. Finally, the computing time-varying model of bearing capacity of normal section of reinforced concrete in early age is established based on numerical and theoretical method. This study can provide precious test and theoretical reference for the analyses of structural safety during construction period of reinforced concrete structure.

早龄期混凝土粘结性能时变性及相关构件力学性能时变性是影响施工阶段结构安全的重要因素，目前针对此方面研究较少。本项目拟采用试验、数值和理论分析相结合的方法研究早龄期商品混凝土粘结时变性及相关弯、压构件力学性能时变性。采用混凝土立方体拉拔试件研究早龄期商品混凝土粘结强度时变性规律，测读粘结滑移曲线，分析温度、混凝土强度及钢筋直径对早龄期混凝土粘结强度及破坏形态的影响，提出有/无侧压作用早龄期混凝土粘结滑移本构时变模型，建立抗压强度与粘结强度关系模型。基于断裂力学和混凝土强度理论，建立早龄期混凝土与钢筋发生劈裂或拔出粘结破坏时粘结强度时变模型。通过梁式和柱式试件研究粘结时变性对早龄期受弯和受压钢筋混凝土构件传力机理和破坏模型的影响，采用数值和理论分析方法建立早龄期钢筋混凝土构件正截面承载能力计算时变模型。本研究成果可为钢筋混凝土结构施工期间的结构安全计算分析提供宝贵的试验和理论参考。

钢筋混凝土结构在施工过程中，经常会遇到气温骤降的工况。此时气候条件若没有达到冬期施工标准，未采取相应的施工方案，结构便会面临强度不足、裂缝过多等潜在危险，使得结构强度低于预期设计值，存在严重的安全隐患。在钢筋混凝土结构中，钢筋与混凝土之间可靠的粘结作用是确保结构承载能力的基础，而早龄期又是混凝土强度发展的重要时期。因此，探究冬期施工临界温度下钢筋与早龄期混凝土的粘结性能对实际工程而言具有重要意义。本项目通过无侧压、单侧压及双侧压条件下拉拔试验研究了0℃与5℃养护温度下不同直径的变形钢筋与早龄期混凝土的粘结性能，主要内容如下：. 通过立方体中心拔出试件研究了三种直径变形钢筋的试件在低温（0℃，5℃）养护条件下的粘结性能。其中12mm、16mm直径变形钢筋试件的试验龄期为1，3，7，14，28天；22mm变形直径钢筋在0℃条件下的试验龄期为1，3，7，14，28天；5℃养护条件下的试验龄期为1，2，3，4，5，6，7，14，21，28天。0℃养护条件下22mm直径钢筋试件考虑单侧向压力的影响。通过试验得到了不同养护温度下的粘结强度、峰值粘结应力对应的滑移以及残余粘结强度。在此基础上通过对试验结果进行分析，得到了低温养护对粘结性能的影响，并提出相应的拟合公式。结果表明，试件相对保护层厚度c⁄D的大小是影响试件破坏形式的主要因素，温度、单双轴侧向压力与养护时间对试件破坏形式的影响较小。无论是在无侧向压力还是单双轴侧向压力条件下低温养护都会抑制粘结强度的发展，并且温度越低、养护时间越短，这种作用就越显著。28天龄期时，0℃养护试件的混凝土强度已经趋近于标准养护试件，而粘结强度与标准养护试件相比仍有较大差距，说明当温度降低至0℃时，低温养护对粘结强度的影响要大于对混凝土强度的影响。相同龄期时，峰值粘结应力对应的滑移值会随着养护温度的降低而增大。通过中心拔出试验得到不同养护温度下变形钢筋与早龄期混凝土的粘结滑移曲线。在此基础上进行统计分析，发现不同破坏形式的粘结滑移曲线的形状参数差距较大，而温度与混凝土强度对粘结滑移曲线的形状参数影响较小。因此本项目将粘结滑移曲线形状参数分为拔出破坏与劈裂破坏两种破坏形式进行拟合，提出了适用于低温养护环境下的粘结滑移本构关系模型。