劉曙光, 鄧軼涵, 張　菊, 王玉清, 成　芳

(1. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院, 呼和浩特 010051; 2. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院, 呼和浩特 010051;

3. 赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

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PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋粘結(jié)性能研究*

劉曙光1, 鄧軼涵2, 張菊1, 王玉清2, 成芳3

(1. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院, 呼和浩特 010051; 2. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院, 呼和浩特 010051;

3. 赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

摘要：PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋之間的粘結(jié)性能，是二者安全、穩(wěn)定、耐久工作的前提和保證。通過中心拉拔實(shí)驗(yàn)，探討了PVA纖維水泥基復(fù)合材料和鋼筋粘結(jié)滑移研究中影響因素及本構(gòu)關(guān)系問題，測(cè)試得到了粘結(jié)滑移曲線，通過對(duì)加載到破壞全過程的受力分析及基材中纖維的特性分析，在已有模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)振動(dòng)阻尼的理論提出一種新的粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系模型。并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和已有模型比較。新構(gòu)建的粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系能較好地反映PVA纖維水泥基復(fù)合材料和鋼筋的受力全過程，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合?？蔀镻VA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋性能的非線性有限元法分析提供參考和依據(jù)；為有關(guān)規(guī)程的修訂提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：PVA纖維；水泥基復(fù)合材料；鋼筋；粘結(jié)性能；本構(gòu)關(guān)系模型

1引言

聚乙烯醇纖維水泥基復(fù)合材料(polyvinyl alcohol fibers reinforced cementitious composite，簡(jiǎn)稱PVA纖維水泥基復(fù)合材料)具有抗拉強(qiáng)度高、拉應(yīng)變大、高斷裂阻力、和易性良好以及耐久性好的特點(diǎn)[1]。在拉伸加載條件下，PVA纖維水泥基復(fù)合材料表現(xiàn)出少脆性或者說準(zhǔn)韌性行為，同時(shí)表現(xiàn)出多裂縫的應(yīng)變硬化狀態(tài)，并且在破壞之前吸收較大的能量[2]。正是因?yàn)樗哂芯徑饬芽p-破壞的優(yōu)勢(shì)，使這種材料能成功的應(yīng)用到加固及修復(fù)領(lǐng)域，如日本三鷹大壩修復(fù)工程、美國(guó)橋面鋪裝改造工程、韓國(guó)水泥廠修復(fù)工程[3]。因此，PVA纖維水泥基復(fù)合材料以良好的性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注。

近些年，對(duì)PVA纖維水泥基復(fù)合材料的性能研究較為集中，?avdar[4]對(duì)纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在不同溫度下(21，100，450 和650 ℃)的力學(xué)性能進(jìn)行了分析，得出摻入纖維可提高材料高溫力學(xué)性能，其中，摻入PVA 纖維的試件抗彎性能最好。闞黎黎[5]等對(duì)PVA-ECC的自愈合行為進(jìn)行了研究，得出不同程度預(yù)加拉伸應(yīng)變產(chǎn)生裂縫后，ECC試件的殘余應(yīng)變約等于預(yù)加應(yīng)變的50%左右。即使是在高達(dá)2.0%拉伸應(yīng)變破壞下，ECC材料裂縫的最大寬度仍維持在80 μm以下。李俊[6]等利用PVA纖維作為增強(qiáng)材料配置出了極限拉伸應(yīng)變高于3%的SHCC，得出隨著粉煤灰摻量的增加，SHCC極限拉伸應(yīng)變有稍許削弱；自燃養(yǎng)護(hù)有利于SHCC拉伸應(yīng)變的維持。張菊[7]等分析了氯鹽環(huán)境對(duì)PVA纖維水泥基復(fù)合材料的抗凍性能影響，得出了相比淡水環(huán)境，氯鹽環(huán)境中凍融循環(huán)后PVA-ECC 試件表層剝落嚴(yán)重，PVA 纖維明顯外露，試件形狀和尺寸完整程度較差，抗凍性顯著下降。劉曙光、趙曉明[8]等分析了聚乙烯醇纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在長(zhǎng)期浸泡作用下抗硫酸鹽的侵蝕性能，得出PVA纖維的摻入使PVA 纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料在硫酸鈉溶液中的侵蝕速度隨之減緩，但纖維摻量有一個(gè)最佳摻量。

目前，對(duì)基體自身的各種力學(xué)性能已有大量的研究，但與鋼筋共同工作的粘結(jié)性能及本構(gòu)關(guān)系尚不清楚。本文利用中心拉拔試件系統(tǒng)的研究了纖維體積摻量、錨固長(zhǎng)度和相對(duì)保護(hù)層厚度等因素對(duì)粘結(jié)性能的影響，在對(duì)已有的τ-s本構(gòu)關(guān)系模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)振動(dòng)阻尼理論重新定義了連續(xù)曲線模型[9]的殘余段。為PVA纖維增強(qiáng)水泥基和鋼筋的粘結(jié)滑移理論的完善提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2實(shí)驗(yàn)概況

2.1試件設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)PVA纖維體積摻量為0%，0.5%和1.0%試件的水膠比為0.26，而纖維體積摻量為2.0%試件的水膠比為0.28。采用內(nèi)蒙古冀東水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)水泥，Ⅰ級(jí)粉煤灰為內(nèi)蒙古達(dá)旗建材公司生產(chǎn)，細(xì)骨料為70～140目選優(yōu)質(zhì)石英砂，增稠劑是山東生化公司生產(chǎn)，型號(hào)為MK-100000S。高效減水劑采用大連西卡建材公司生產(chǎn)高效減水劑。高效消泡劑為北京金亮博科技有限公司生產(chǎn)的JXPT-1206。PVA纖維采用了日本Kuraray公司生產(chǎn)的K-Ⅱ可樂綸，特性如表1所示。選用包頭鋼鐵有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HRB400級(jí)變形鋼筋。

表1　PVA纖維特性

結(jié)構(gòu)中鋼筋和基材的粘結(jié)作用是局部應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力和應(yīng)變分布復(fù)雜，而且影響因素眾多，很難準(zhǔn)確模擬。由于普通混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能的研究較為成熟，針對(duì)PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋的粘結(jié)性能問題，本實(shí)驗(yàn)直接采用普通混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)方法。

實(shí)驗(yàn)試件形式為國(guó)內(nèi)外普遍采用的中心拉拔試件。采用150 mm×150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件；鋼筋總長(zhǎng)度為400 mm，拉拔端長(zhǎng)度為200 mm，自由端長(zhǎng)度為50 mm。各試件詳細(xì)參數(shù)如表2所示。

表2　試件設(shè)計(jì)

注：試件命名規(guī)則為：F纖維體積摻量-鋼筋直徑-錨固長(zhǎng)度。如F1-16-50表示纖維體積摻量為1%、鋼筋直徑16 mm，試件內(nèi)部錨固長(zhǎng)度50 mm。

試件制作過程中，為了避免試件在受力過程中出現(xiàn)應(yīng)力集中與實(shí)際結(jié)構(gòu)中鋼筋的應(yīng)力狀態(tài)差別大，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，同時(shí)也為了消除端部效應(yīng)，在鋼筋兩端一定長(zhǎng)度內(nèi)用PVC套管將二者隔離。此外，夾具上端設(shè)有穿心球鉸以避免鋼筋偏斜引起的撕裂和偏心受拉，如圖1所示。

2.2加載與測(cè)試

如圖2所示，本實(shí)驗(yàn)特別制作加載裝置，以便放置試件并提供反力、安裝拉壓力傳感器；在鋼筋的自由端和加載端各安裝兩個(gè)位移傳感器，用于量測(cè)加載端和自由端鋼筋相對(duì)于PVA纖維增強(qiáng)水泥基的滑移。實(shí)驗(yàn)使用100 t萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)采用等速位移控制，加載速率1 mm/min。各試件加載結(jié)束的標(biāo)志為鋼筋拔出或基體開裂。

圖1　試件詳圖

圖2　加載架示意圖

本文中，CD段鋼筋受拉拔荷載作用產(chǎn)生非滑移變形(因?yàn)镃D段鋼筋長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng))，在加載端滑移計(jì)算時(shí)應(yīng)該減去加載端lCD段的非滑移變形，具體計(jì)算公式如下：

加載端C點(diǎn)的滑移量

(1)

平均滑移量

(2)

鋼筋的平均粘結(jié)應(yīng)力為

(3)

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及參數(shù)影響分析

3.1PVA纖維體積摻量對(duì)粘結(jié)性能的影響

如圖3所示，直徑為16 mm，錨固長(zhǎng)度為50 mm的試件，不同PVA纖維體積摻量的平均粘結(jié)應(yīng)力-滑移量關(guān)系曲線。

圖3纖維體積摻量對(duì)平均粘結(jié)應(yīng)力和峰值粘結(jié)應(yīng)力的影響

Fig 3 Influence of fiber volume percent on average bond stress and ultimate bond strength

從圖3所示曲線可以看出，隨著PVA纖維體積摻量的提高，峰值粘結(jié)應(yīng)力逐漸增大。纖維體積摻量為1%和2%時(shí)的峰值粘結(jié)應(yīng)力相差不大，約為纖維體積摻量為0時(shí)的3～4倍。這是因?yàn)槔w維與水泥基體共同受力時(shí)，纖維的橋接作用不僅使PVA纖維水泥基復(fù)合材料整體的傳力性能并沒有因微細(xì)裂紋的形成而被顯著削弱，而且還增加了水泥基復(fù)合材料與鋼筋相對(duì)滑動(dòng)的阻力。纖維體積摻量越大，被削弱的程度越小，阻力越大，峰值粘結(jié)應(yīng)力越大。

不同纖維體積摻量的試件在初始滑移段，滑移量與平均粘結(jié)應(yīng)力的關(guān)系均接近90°直線，隨著纖維體積摻量的增加，達(dá)到峰值粘結(jié)應(yīng)力的速度越快，對(duì)應(yīng)的滑移量越小，超過峰值粘結(jié)應(yīng)力時(shí)，下降速度越快。但纖維體積摻量為2%的試件在達(dá)到峰值粘結(jié)應(yīng)力時(shí)維持的時(shí)間較長(zhǎng)，下降段較其它曲線平緩，殘余粘結(jié)應(yīng)力較高。

綜合看來，PVA纖維體積摻量為2%時(shí)，粘結(jié)性能較好。這是因?yàn)镻VA纖維水泥基復(fù)合材料中亂向分布的纖維對(duì)基體產(chǎn)生均勻的短筋骨架的作用，增強(qiáng)基體的整體性；此外，當(dāng)纖維含量較高時(shí)，PVA纖維水泥基復(fù)合材料可大量吸收和耗散由剪切粘結(jié)應(yīng)力在鋼筋滑移過程中做功所產(chǎn)生的能量，使拔出過程連續(xù)平緩，表現(xiàn)出較好的延性特征。

3.2錨固長(zhǎng)度對(duì)粘結(jié)性能的影響

如圖4所示，在纖維體積摻量、鋼筋直徑、保護(hù)層厚度相同的條件下，隨著錨固長(zhǎng)度的增加，平均粘結(jié)應(yīng)力減小。這是因?yàn)檎辰Y(jié)應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度的分布是不均勻的，錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)，試件破壞時(shí)的平均粘結(jié)應(yīng)力τ與實(shí)際最大粘結(jié)應(yīng)力τmax的比值越小，高應(yīng)力區(qū)相對(duì)較窄，導(dǎo)致平均粘結(jié)應(yīng)力較低。錨固長(zhǎng)度較短時(shí)，錨固區(qū)鋼筋積累了抵抗拉力所需的強(qiáng)度，高應(yīng)力區(qū)相對(duì)較寬，平均粘結(jié)應(yīng)力相對(duì)較高[10]。實(shí)驗(yàn)表明，鋼筋的錨固長(zhǎng)度由L=50 mm增加到L=100 mm時(shí)，峰值粘結(jié)應(yīng)力下降43.7%。

圖4　錨固長(zhǎng)度對(duì)平均粘結(jié)應(yīng)力的影響

Fig 4 Influence of anchorage length on average bond stress

3.3相對(duì)保護(hù)層厚度對(duì)粘結(jié)性能的影響

相對(duì)保護(hù)層厚度對(duì)峰值粘結(jié)應(yīng)力和破壞形態(tài)的影響如表3所示，在相對(duì)保護(hù)層厚度由3.25提高到4.19時(shí)，峰值粘結(jié)應(yīng)力有顯著提升，破壞形態(tài)也由剪切-劈裂破壞變?yōu)榧羟衅茐摹?/p>

表3相對(duì)保護(hù)層厚度對(duì)峰值粘結(jié)應(yīng)力和破壞形態(tài)的影響

Table 3 Influence of relative protective thickness on the ultimate bond strength and failure pattern

試件編號(hào)相對(duì)保護(hù)層厚度c/d峰值粘結(jié)應(yīng)力/MPa破壞形態(tài)F1-12-1005.7515.08剪切F1-16-1004.1920.36剪切F1-20-1003.259.60剪切-劈裂

相對(duì)保護(hù)層厚度由4.29增加到5.7時(shí)峰值粘結(jié)應(yīng)力下降，對(duì)破壞形態(tài)影響不大。根據(jù)鋼筋混凝土粘結(jié)理論[11]，對(duì)于螺紋鋼，當(dāng)相對(duì)保護(hù)層厚度c/d(保護(hù)層厚度與鋼筋直徑之比)>5～6時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力不再增大。參考鋼筋混凝土粘結(jié)理論可推斷，鋼筋與PVA纖維水泥基復(fù)合材料的粘結(jié)也存在一個(gè)臨界相對(duì)保護(hù)層厚度(c/d)cr，在4.2到5.75之間，小于(c/d)cr時(shí)，峰值粘結(jié)應(yīng)力隨保護(hù)層厚度的增大而增大，相對(duì)保護(hù)層厚度超過(c/d)cr峰值粘結(jié)應(yīng)力不再增長(zhǎng)。

如圖5所示，在變形鋼筋表面，PVA纖維水泥基復(fù)合材料基體像齒狀一樣嵌入變形鋼筋的橫肋，鋼筋對(duì)基體產(chǎn)生斜向的擠壓力， 斜向擠壓力的徑向分力對(duì)外圍基體產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，猶如一個(gè)承受內(nèi)壓力的管壁。當(dāng)環(huán)向應(yīng)力大于基體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生徑向裂縫，如果c/d較小，即基體的有效握裹層[12]較小，裂縫迅速發(fā)展至試件表面形成劈裂裂縫，基體對(duì)鋼筋的約束作用突然降低，峰值粘結(jié)應(yīng)力下降，如圖5(a)所示。如果c/d較大時(shí)，保護(hù)層的握裹作用得到充分發(fā)揮，將延緩內(nèi)部裂縫的開展速度，提高外圍基體的抗裂能力，最終使肋與肋之間齒狀的PVA纖維水泥基復(fù)合材料部分將被壓碎或剪斷，使鋼筋帶著橫肋之間的材料沿橫肋外徑圓柱面發(fā)生剪切滑動(dòng)，直至破壞形成刮犁式破壞，如圖5(c)所示。圖5(b)為劈裂試件內(nèi)部鋼筋橫肋在拔出過程中對(duì)周邊水泥基產(chǎn)生的刮痕，即發(fā)生的是剪切-劈裂破壞。

圖5破壞形態(tài)

Fig 5 Failure mode

4粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

4.1受力過程分析

實(shí)驗(yàn)所得PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋的典型τ-s曲線如圖6所示。根據(jù)τ-s實(shí)驗(yàn)曲線可以把PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋的受力過程歸納為3個(gè)階段：上升段、下降段和殘余段。

圖6　PVA纖維水泥基復(fù)合材料典型的τ-s關(guān)系曲線

Fig 6 Typical bond stress-slip curve of PVA fibers reinforced cementitious composite

(1) 上升段(OA)。從加載開始到鋼筋加載端開始滑移的階段(在峰值粘結(jié)應(yīng)力的60%左右)，加載端滑移很小，自由端尚未開始滑移，幾乎為零，滑移量與平均粘結(jié)應(yīng)力的關(guān)系接近90°直線，可以認(rèn)為，在這一階段鋼筋與PVA纖維水泥基復(fù)合材料之間處于完全粘結(jié)狀態(tài)，粘結(jié)界面剛剛開始受剪，此階段主要由化學(xué)膠著力抵抗因加載產(chǎn)生的滑移變形。隨著荷載的增加，平均粘結(jié)應(yīng)力不斷增大，當(dāng)達(dá)到峰值粘結(jié)應(yīng)力的60%以后，首先在加載端出現(xiàn)局部脫粘現(xiàn)象，逐漸由加載端沿鋼筋與PVA纖維水泥基復(fù)合材料的粘結(jié)界面向縱向深處發(fā)展，平均粘結(jié)應(yīng)力和滑移量均隨荷載增加。平均粘結(jié)應(yīng)力與荷載成正比，滑移量增加的速度加快，粘結(jié)-滑移表現(xiàn)為非線性關(guān)系。

(2) 下降段(AB)。荷載達(dá)到峰值后，加載端和自由端的滑移值均大幅增加，機(jī)械咬合力開始逐漸喪失，荷載下降，鋼筋開始從加載端拔出。纖維體積摻量低的某些試塊發(fā)生劈裂現(xiàn)象，荷載突然下降，破壞突然，脆性大；纖維體積摻量高的試塊，荷載下降較慢且相對(duì)平緩，鋼筋拔出的速度緩慢，表現(xiàn)出良好的粘結(jié)性能。

(3) 殘余段(BC)。當(dāng)荷載下降到一定程度時(shí)，滑移量大幅增加，平均粘結(jié)應(yīng)力并沒有完全消失，而是進(jìn)入殘余階段。平均粘結(jié)應(yīng)力主要由鋼筋表面與PVA纖維水泥基復(fù)合材料之間的摩阻力組成。由于變形鋼筋肋的存在，使摩擦力在相鄰肋之間少許增加又下降，連續(xù)起來就形成周期性衰減。對(duì)于纖維體積摻量較低的試塊，平均粘結(jié)應(yīng)力在相鄰肋之間增加又下降的過程比較突然，殘余段曲線呈鋸齒形；而對(duì)于纖維體積摻量較高的試塊，平均粘結(jié)應(yīng)力在一個(gè)變形肋之間增加又下降的過程比較平緩，殘余段曲線呈波浪形。

4.2粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型

由 PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋在粘結(jié)-滑移中的受力過程分析可得，已有τ-s本構(gòu)模型基本上是混凝土基體，但由于PVA纖維水泥基復(fù)合材料與混凝土存在著區(qū)別，因此現(xiàn)有的混凝土與鋼筋粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的研究成果，已不適用于PVA纖維水泥基復(fù)合材料。在原有連續(xù)曲線模型[9]的基礎(chǔ)上，根據(jù)振動(dòng)阻尼的理論重新定義了殘余段。得到了能描述粘結(jié)-滑移的全過程、形式比較簡(jiǎn)單、連續(xù)光滑的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型。如圖7所示。

圖7PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋τ-s本構(gòu)關(guān)系模型

Fig 7 Bond-slip constitutive model of PVA reinforced cementitious composite

該模型存在3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)O、A和B處滿足以下條件

PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型的表達(dá)式為

(4)

(5)

(6)

式中，s0，su分別為圖7中A點(diǎn)，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的滑移量，τ0，τu分別為s0，su對(duì)應(yīng)的粘結(jié)應(yīng)力。ω，c1，c2為由實(shí)驗(yàn)曲線擬合確定的參數(shù)。

4.3模型驗(yàn)證與對(duì)比分析

4.3.1模型驗(yàn)證

(4)-(6)中即可得到相應(yīng)試件的τ-s理論曲線。如圖8所示，τ-s實(shí)驗(yàn)曲線與本文建議模型比較吻合，所以式(4)-(6)表示的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合，能夠較好地描述 PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋在拉拔中的受力全過程。

表4　特征值及參數(shù)擬合值

圖8τ-s實(shí)驗(yàn)曲線與模型曲線比較

Fig 8 Comparison betweenτ-stest curves and model curves

4.3.2對(duì)比分析

為了驗(yàn)證本文模型的合理性以及進(jìn)一步分析粘結(jié)滑移的一些基本特性，選擇修正BEP 模型[13]、Zhang 模型[14]進(jìn)行比較。如圖9所示。由圖9上升段、下降段分析可知，本文建議模型與實(shí)驗(yàn)曲線比較吻合，BEP模型、Zhang模型與實(shí)驗(yàn)曲線偏差較大，精確程度較低。由圖9殘余段分析可知，本文建議模型與實(shí)驗(yàn)曲線吻合良好，能準(zhǔn)確的描述PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋的殘余段受力機(jī)理，BEP 模型、Zhang模型認(rèn)為其是水平直線，與實(shí)驗(yàn)曲線不吻合程度較高。

圖9建議τ-s模型與已有模型比較

Fig 9 Comparison between proposedτ-smodel and existed models

多數(shù)已有模型均將上升段中滑移量微小段描述成斜率無窮大的直線，這與本實(shí)驗(yàn)曲線比較吻合，可見PVA纖維水泥基復(fù)合材料與混凝土基體的微小滑移段的粘結(jié)機(jī)理相似，認(rèn)為PVA纖維水泥基復(fù)合材料和鋼筋二者處于完全粘結(jié)狀態(tài)。

5結(jié)論

考慮纖維體積摻量、相對(duì)保護(hù)層厚度及錨固長(zhǎng)度等因素，對(duì)PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋的粘結(jié)-滑移性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可以得到以下主要結(jié)論：

(1)纖維體積摻量越大，峰值粘結(jié)應(yīng)力越大。相同條件下纖維體積摻量為2%時(shí)，粘結(jié)性能最好，峰值粘結(jié)應(yīng)力最大。

(2)存在一個(gè)臨界相對(duì)保護(hù)層厚度(c/d)cr，小于(c/d)cr時(shí)，極限粘結(jié)強(qiáng)度隨保護(hù)層厚度的增大而提高，大于等于(c/d)cr時(shí)，極限粘結(jié)強(qiáng)度將不再增長(zhǎng)。

(3)PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋的粘結(jié)-滑移曲線大致可分為上升段、下降段和殘余段。在殘余段內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度并非恒定不變，而是呈現(xiàn)衰減過程，且隨滑移的增大平均粘結(jié)應(yīng)力無限接近零。

(4)本文建議的粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，分析表明有較好的適用性，可為PVA纖維水泥基復(fù)合材料與鋼筋結(jié)構(gòu)的性能分析、設(shè)計(jì)理論及工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

由于實(shí)驗(yàn)試件有限，沒有考慮位置函數(shù)對(duì)粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的影響，還有待進(jìn)一步研究。

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Research on bond behavior between PVA fiber reinforced cementitious composites and rebar

LIU Shuguang1, DENG Yihan2, ZHANG Ju1, WANG Yuqing2, CHENG Fang3

(1. School of Mining and Technology, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051,China;2. School of Civil Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051,China;3. Chifeng University, Chifeng 024000, China)

Abstract:The bond behavior between PVA fiber reinforced cementitious composites and rebar is precondition and guarantee for the safe, stable and durable work. By centre pull-out test, these specimen were tested to investigate the influencing factors and the constitutive relation problems in the bond-slip study between PVA fiber reinforced cementitious composites and rebar, and the bond-slip curves were obtained for each specimen. By stress analysis of the whole process from loading to failure and characteristics analysis of fiber in elementary materials. Based on the existing bond-slip constitutive models, one new bond-slip constitutive model was proposed according to the theory of vibration damping. The newly built bond-slip constitutive model was compared with the test results and existing bond-slip models. It can well reflect the whole mechanical process between PVA fiber reinforced cementitious composites and rebar, which is well in agreement with the test results. These tests and experiments which not only provide a good reference and basis for non-linear finite element analysis of PVA fiber reinforced cementitious composites and rebar property, but also have provided the bases for respective revision of relevant codes.

Key words:PVA fiber；cementitious composites；steel；bond behavior；constitutive model

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.01.023

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU528.01

作者簡(jiǎn)介：劉曙光(1960-)，男(蒙古族)，內(nèi)蒙古赤峰人，教授，碩士，主要從事纖維混凝土基本理論與研究 。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51168033，51368041)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2012MS0706，2013MS0709)；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究資助項(xiàng)目(NJZY13104)

文章編號(hào)：1001-9731(2016)01-01110-07

收到初稿日期：2015-02-08 收到修改稿日期：2015-09-13 通訊作者：張菊，E-mail: ycw970741@126.com