朱俊濤，張 凱，王新玲，李 可

(1. 鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，鄭州 450001；2. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410075)

由于荷載長(zhǎng)期作用、超載使用及環(huán)境腐蝕等原因，當(dāng)前許多混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件均出現(xiàn)不同程度的損傷。為此，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)鋼筋混凝土(Reinforced concrete, 簡(jiǎn)稱RC)構(gòu)件修復(fù)及性能提升開展了深入研究。但修復(fù)后的RC 構(gòu)件仍普遍存在耐久性不足、經(jīng)濟(jì)性較差等問題，故仍需從材料層面對(duì)RC 構(gòu)件加固方法進(jìn)行更為深入的研究。國內(nèi)外研究表明，工程用水泥基復(fù)合材料(Engineered cementitious composite，簡(jiǎn)稱ECC)具有優(yōu)異的應(yīng)變硬化和裂縫分散性能[1-3]。但其作為水泥基材料，仍存在強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。高強(qiáng)鋼絞線網(wǎng)(High-strength steel wire mesh，簡(jiǎn)稱HSSWM)具有抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)[4-5]，可將其用于增強(qiáng)ECC 形成新型復(fù)合材料。研究表明：高強(qiáng)鋼絞線網(wǎng)增強(qiáng)ECC(縮寫為HSSWM-ECC)這一新型復(fù)合材料可充分發(fā)揮ECC 和高強(qiáng)鋼絞線兩者優(yōu)異的力學(xué)性能，進(jìn)而用于RC 結(jié)構(gòu)加固[6-8]。

HSSWM-ECC 與混凝土的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型是該復(fù)合材料與混凝土界面黏結(jié)性能的綜合反映。構(gòu)建HSSWM-ECC 與混凝土間的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型，是對(duì)其用于加固RC 構(gòu)件受力分析、設(shè)計(jì)計(jì)算，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)纖維復(fù)合材料與混凝土[9-13]、鋼絞線網(wǎng)/聚合物砂漿[14-16]與混凝土及水泥基復(fù)合材料與混凝土[17-20]的界面黏結(jié)性能進(jìn)行相關(guān)研究。而HSSWM-ECC 與其它加固材料在力學(xué)性能等方面存在差異，已有界面黏結(jié)滑移關(guān)系模型是否適用于HSSWM-ECC 與混凝土尚未可知。因此，本文基于梁鉸式試驗(yàn)，對(duì)HSSWMECC 與混凝土界面黏結(jié)滑移性能進(jìn)行試驗(yàn)研究與理論分析。探討不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其界面黏結(jié)性能的影響規(guī)律，構(gòu)建其界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型，為HSSWM-ECC 用于RC 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

為探究HSSWM-ECC 與混凝土的界面黏結(jié)性能，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了界面黏結(jié)性能的梁式試驗(yàn)。試驗(yàn)選用直徑為2.4 mm 的鋼絞線，以混凝土抗壓強(qiáng)度(C30、C40 和C50)、界面黏結(jié)長(zhǎng)度(120 mm、180 mm 和240 mm)、界面黏結(jié)寬度(60 mm、75 mm和90 mm)和界面處理方式(刻槽、高壓水沖和鑿毛)為參數(shù)(見表1)，設(shè)計(jì)制作了9 組27 個(gè)試件，其詳細(xì)尺寸如圖1 所示。其中，le和we分別為界面黏結(jié)長(zhǎng)度和寬度。本次試驗(yàn)用混凝土及ECC 配合比見表2 和表3 所示。

表1 試件參數(shù)及界面粗糙度Table 1 The parameters of specimens and interfacial roughness

表2 混凝土配合比Table 2 Mix proportion of concrete

表3 水泥基材料(ECC)配合比Table 3 Mix proportion of ECC

圖1 界面試驗(yàn)試件示意圖 /mmFig. 1 The schematics of interfacial test specimens

試件制作時(shí)，首先澆筑基層混凝土，待混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)其底面進(jìn)行界面處理，基于灌砂法確定各試件界面粗糙度，其粗糙度值見表1。然后，固定縱向鋼絞線并綁扎橫向鋼絞線。其中，橫向鋼絞線布置于內(nèi)側(cè)，即靠近混凝土一側(cè)。此外，為保證鋼絞線網(wǎng)與基層混凝土可靠連接，用角鋼將鋼絞線固定，其固定及連接方式如圖2 所示。鋼絞線網(wǎng)綁扎完成后，將模板固定于混凝土試塊表面，并填涂結(jié)構(gòu)膠以避免漏漿。最后，將試件置于養(yǎng)護(hù)室內(nèi)靜置48 h 后澆筑ECC，并將澆筑好的試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d。

圖2 高強(qiáng)鋼絞線網(wǎng)固定及綁扎方式Fig. 2 The method of fixing and binding the steel wire meshes

澆筑混凝土及ECC 時(shí)分別預(yù)留伴隨試塊。C30、C40、C50 的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值分別為35.31 MPa、46.03 MPa 和56.17 MPa。ECC預(yù)留試塊(抗壓試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，抗拉試件尺寸為280 mm×40 mm×15 mm)的抗壓強(qiáng)度為38.43 MPa，開裂強(qiáng)度為1.83 MPa，極限抗拉強(qiáng)度為3.07 MPa，極限拉應(yīng)變?yōu)?.96%。高強(qiáng)鋼絞線實(shí)測(cè)面積為2.85 mm2，彈性模量為112.01 GPa，極限抗拉強(qiáng)度為1587.72 MPa，極限拉應(yīng)變?yōu)?.19%。

1.2 測(cè)點(diǎn)布置及加載方案

試驗(yàn)在鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行，界面黏結(jié)的梁鉸式加載裝置如圖3 所示。其中，試件左側(cè)為黏結(jié)非測(cè)量端，為防止該側(cè)發(fā)生界面剝離，使用角鋼將黏結(jié)非測(cè)量端固定；右側(cè)為黏結(jié)測(cè)量端，界面黏結(jié)受力特征參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)均基于該側(cè)確定。試驗(yàn)選用100 kN 液壓千斤頂進(jìn)行加載，采用荷載控制加載方法進(jìn)行加載，加載速率為10 N/s。當(dāng)加載至承載力開始急劇下降、界面發(fā)生剝離或鋼絞線受拉斷裂即停止加載，即試件發(fā)生破壞。編號(hào)為A2-I 和C1-I 的試件，其應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在加載端1/2Le范圍內(nèi)分布較密(4 個(gè)測(cè)點(diǎn))，剩余長(zhǎng)度分布較疏(2 個(gè)測(cè)點(diǎn))，測(cè)點(diǎn)布置方案如圖4 所示。其余試件，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)均位于兩根橫向鋼絞線之間。其中，靠近界面?zhèn)菶CC 表面應(yīng)變片粘貼較密(橫向鋼絞線間布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn))；ECC 外側(cè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)減半。

圖3 界面黏結(jié)試驗(yàn)加載裝置Fig. 3 The interfacial bonding test loading setup

圖4 測(cè)點(diǎn)布置方案Fig. 4 The arrangement of measuring points

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將反映界面黏結(jié)性能的主要指標(biāo)及其破壞模式列于表4。其中，le為界面黏結(jié)長(zhǎng)度，τe,n為M=Mmax時(shí)的名義剪應(yīng)力值。對(duì)于A2-I-2 試件，由于其剝離破壞發(fā)生于黏結(jié)非測(cè)量端，其各指標(biāo)特征值取極限荷載對(duì)應(yīng)的黏結(jié)測(cè)量端參數(shù)計(jì)算量。此外，對(duì)于發(fā)生鋼絞線斷裂破壞和混凝土拉剪破壞的試件，其名義峰值剪應(yīng)力和峰值滑移為極限荷載對(duì)應(yīng)的計(jì)算量。

表4 HSSWM-ECC 與混凝土的界面黏結(jié)性能Table 4 The interfacial bonding performance between HSSWM-ECC and concrete

由表4 和圖5 可知，隨著混凝土抗壓強(qiáng)度增大，HSSWM-ECC 與混凝土界面極限承載力隨之增大，表明材料間的界面黏結(jié)性能與結(jié)合材料的力學(xué)性能具有較大相關(guān)性。此外，黏結(jié)界面極限承載力隨黏結(jié)界面寬度的增減變化較小，但名義峰值剪應(yīng)力變化較大；同時(shí)，在一定黏結(jié)長(zhǎng)度范圍內(nèi)，增加黏結(jié)長(zhǎng)度可提高界面極限承載力，但當(dāng)黏結(jié)長(zhǎng)度大于某一值后，隨著黏結(jié)長(zhǎng)度的增加，界面承載力無明顯提高。這說明界面剪應(yīng)力并非均勻分布，且材料間的界面黏結(jié)性能與黏結(jié)界面幾何特性有較大關(guān)系。另外，不同界面處理方式下，各組試件的極限承載力及其破壞模式并非一致。上述現(xiàn)象表明界面處理方式對(duì)界面黏結(jié)性能亦有較大影響。

圖5 界面黏結(jié)性能與不同影響參數(shù)關(guān)系曲線Fig. 5 The Phenetic relationships between the bonding performance and the various influencing factors

2.2 界面破壞特征

由表4 試驗(yàn)結(jié)果可知，各試件的界面黏結(jié)破壞模式主要有三種：層間剝離破壞、鋼絞線受拉斷裂破壞及混凝土拉剪破壞，如圖6 所示。

圖6 試件破壞模式Fig. 6 The failure modes of specimens

層間剝離破壞：此類破壞模式多發(fā)生于人工鑿毛界面處理方式的試件。究其原因：鑿毛試件的界面粗糙度較低，導(dǎo)致其界面承載力低，由此加固層率先出現(xiàn)剝離破壞。當(dāng)黏結(jié)長(zhǎng)度小于180 mm時(shí)，試件發(fā)生脆性的一次剝離破壞；當(dāng)黏結(jié)長(zhǎng)度大于240 mm 時(shí)，試件發(fā)生剝離破壞時(shí)將表現(xiàn)出一定的延性破壞特征。此外，試件發(fā)生剝離時(shí)，HSSWM-ECC 表面附著有1 mm～3 mm 厚的砂漿。

鋼絞線斷裂破壞：該類破壞模式多發(fā)生于界面處理方式為高壓水沖及刻槽的試件。此類試件，在較高應(yīng)力水平下，界面仍保持可靠黏結(jié)，但鋼絞線正應(yīng)力逐漸達(dá)到其抗拉強(qiáng)度而發(fā)生受拉斷裂破壞。破壞原因：對(duì)于界面粗糙度較大的試件，界面承載力較高，故在較高荷載水平下，鋼絞線率先發(fā)生受拉斷裂破壞。

混凝土拉剪破壞：此類破壞模式多發(fā)生于界面處理方式為刻槽的試件。試件發(fā)生拉剪破壞前，HSSWM-ECC 與混凝土始終保持可靠黏結(jié)。破壞原因：刻槽導(dǎo)致基體混凝土沿開槽方向產(chǎn)生損傷面，因而在較高應(yīng)力水平下，基體混凝土沿?fù)p傷面發(fā)生脆性拉剪破壞。

3 HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移模型

3.1 界面黏結(jié)-滑移基本理論

在黏結(jié)性能試驗(yàn)試件的黏結(jié)測(cè)量端，取一微元段進(jìn)行分析，如圖7 所示。則由平衡條件可得：

圖7 界面試驗(yàn)試件微段受力圖Fig. 7 Micro-segment force diagram of interfacial test specimen

式(6)～式(8)中，假設(shè)應(yīng)力沿加固層材料表面均勻分布，則基于試驗(yàn)結(jié)果，確定加固層及混凝土表面應(yīng)變分布規(guī)律，如圖8 所示。

圖8 界面試驗(yàn)試件應(yīng)變分布規(guī)律圖Fig. 8 Strain distribution diagram of interfacial test specimen

試驗(yàn)結(jié)果表明：加固層自由端處在發(fā)生剝離破壞前始終無相對(duì)滑移產(chǎn)生，即發(fā)生剝離破壞前自由端滑移為0。則距自由端x處滑移量S可采用式(9)計(jì)算：

式中，εex、εcx分別為換算所得界面處距自由端為x的加固層和混凝土的應(yīng)變。

3.2 界面黏結(jié)機(jī)理分析

HSSWM-ECC 與混凝土間微觀黏結(jié)受力機(jī)理，對(duì)加固層與基層混凝土共同工作的宏觀力學(xué)性能有較大影響。因此，探明HSSWM-ECC 與混凝土界面間的黏結(jié)力學(xué)行為，需要對(duì)其界面間的黏結(jié)受力機(jī)理進(jìn)行分析。結(jié)合HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果及界面破壞特征分析，HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)力由以下四部分組成：化學(xué)吸附力、機(jī)械咬合力、范德華力和摩擦力。

化學(xué)吸附力：由澆筑ECC 與基體混凝土所產(chǎn)生，僅存在于界面未產(chǎn)生相對(duì)滑移前。界面一旦產(chǎn)生相對(duì)滑移，即喪失化學(xué)吸附作用；其值受ECC 和基體混凝土水泥的力學(xué)性能及黏結(jié)面積影響較大?；瘜W(xué)吸附力主要來源有：1) ECC 中的膠凝材料與混凝土水化產(chǎn)物反應(yīng)后產(chǎn)生的吸附作用；2) ECC 中的膠凝材料與混凝土中未水化部分反應(yīng)后產(chǎn)生的吸附作用；3) ECC 與基體混凝土中的膠凝材料與界面劑反應(yīng)后產(chǎn)生的吸附作用。

機(jī)械咬合力：在荷載作用下，ECC 與相鄰槽內(nèi)混凝土產(chǎn)生咬合齒，使ECC 與其槽間混凝土產(chǎn)生機(jī)械咬合作用。由于混凝土極限抗拉強(qiáng)度低于ECC，故HSSWM-ECC 與混凝土界面間的機(jī)械咬合力受混凝土抗拉強(qiáng)度和界面粗糙程度影響較大。

摩阻力：由于混凝土及ECC 黏結(jié)界面較為粗糙，當(dāng)試件產(chǎn)生相對(duì)滑移后，界面處將產(chǎn)生摩擦力。界面摩擦力受界面粗糙程度和混凝土抗拉強(qiáng)度影響較大。

范德華力：HSSWM-ECC 與混凝土界面處范德華力來源于水泥水化后產(chǎn)生的晶體與晶體間的相互作用及水化產(chǎn)生的晶體與混凝土中的集料、骨料間的分子相互作用，其作用對(duì)界面錨固貢獻(xiàn)較小。范德華力主要包括誘導(dǎo)力、色散力和取向力(電子力)等，其中，對(duì)于水泥類材料，色散力和取向力占比較大。

3.3 界面黏結(jié)-滑移受力過程分析

圖9 為本次試驗(yàn)所得HSSWM-ECC 與混凝土間的典型界面黏結(jié)-滑移曲線。由圖9 可知，HSSWMECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移曲線可歸納為兩個(gè)階段：上升段和下降段。此外，當(dāng)界面荷載水平較高時(shí)，加載端黏結(jié)界面區(qū)將產(chǎn)生微裂縫并不斷發(fā)展至自由端，裂縫的出現(xiàn)將導(dǎo)致ECC 表面應(yīng)變片讀數(shù)出現(xiàn)較大突變，而基于差分法所得的黏結(jié)-滑移曲線與實(shí)際情況的吻合程度將顯著降低。故本文僅針對(duì)應(yīng)變片讀數(shù)發(fā)生突變前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖9 HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移曲線Fig. 9 The interfacial bond-slip curves between HSSWMECC and concrete

1)非線性上升段：加載初期，界面應(yīng)力水平較低，HSSWM-ECC 加固層與基層混凝土界面區(qū)尚無微裂縫出現(xiàn)，即界面處無損傷產(chǎn)生，黏結(jié)界面處于彈性工作狀態(tài)。此時(shí)，界面處剪應(yīng)力主要由化學(xué)吸附力和范德華力承擔(dān)。隨著荷載增加，HSSWM-ECC 與混凝土界面逐漸產(chǎn)生裂縫，HSSWM-ECC 加固層與混凝土間產(chǎn)生相對(duì)滑移，界面黏結(jié)-滑移曲線逐漸呈現(xiàn)非線性。至此，界面處化學(xué)吸附力完全消失，界面剪應(yīng)力主要由機(jī)械咬合力承擔(dān)。且隨著滑移量的增加，HSSWM-ECC與相鄰槽內(nèi)混凝土咬合齒的楔塊效應(yīng)，使得加固層與基層間的黏結(jié)應(yīng)力出現(xiàn)較大幅度提高；但由于界面區(qū)周圍裂縫的不斷發(fā)展，黏結(jié)應(yīng)力增長(zhǎng)速率隨應(yīng)力水平的升高而逐漸趨緩。

2)下降段：當(dāng)界面相對(duì)滑移達(dá)到峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移量后，曲線進(jìn)入下降段。此階段，界面區(qū)裂縫不斷發(fā)展并逐步貫通，界面出現(xiàn)損傷且損傷程度隨滑移量的增大不斷增加。下降段初期界面剪應(yīng)力由機(jī)械咬合力和摩擦力承擔(dān)。隨著外荷載的增大，HSSWM 肋間混凝土不斷被剪斷，機(jī)械咬合效應(yīng)逐漸喪失，界面剪應(yīng)力逐漸由摩擦力承擔(dān)。最終，當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載時(shí)，界面發(fā)生剝離破壞。

3.4 界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型分析

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)不同加固材料與混凝土間的界面黏結(jié)性能開展了大量研究，并給出多種不同界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型[10,12,13]；但有關(guān)HSSWM-ECC 與混凝土間的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型的研究還未見報(bào)道，而HSSWM-ECC 與其它加固材料在表觀形態(tài)和力學(xué)性能等方面差異較大；已有界面黏結(jié)-滑移模型是否可用于描述HSSWMECC 與混凝土間的界面黏結(jié)-滑移受力特征尚不可知。

基于梁鉸式界面黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果，參考已有研究成果，建立HSSWM-ECC 與混凝土間的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型，如圖10 所示。由圖10 可知，HSSWM-ECC 與混凝土間的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型可分為兩個(gè)階段：非線性上升段和下降段。其中，A點(diǎn)為非線性上升段和下降段間的關(guān)鍵點(diǎn)，OA段為曲線非線性上升段，AB段為曲線下降段。

圖10 HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移模型Fig. 10 The interfacial bond-slip model between HSSWMECC and concrete

對(duì)于HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型，為保證曲線物理意義明確且與實(shí)際受力特征吻合良好，模型曲線應(yīng)滿足以下控制條件：

1)當(dāng)S= 0 時(shí)，界面黏結(jié)應(yīng)力τ= 0；

2)當(dāng)S=Su時(shí)，界面黏結(jié)應(yīng)力τ=τu；

3.5 界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型參數(shù)分析

研究結(jié)果表明：混凝土抗壓強(qiáng)度、界面黏結(jié)寬度和界面處理方式對(duì)界面黏結(jié)-滑移模型曲線中關(guān)鍵點(diǎn)的各參數(shù)特征值影響較大。故主要考慮混凝土抗壓強(qiáng)度fcu、界面黏結(jié)寬度we和界面處理方式等因素，引入加固層寬度影響系數(shù)βw和界面處理方式影響系數(shù)βa。選取編號(hào)為A1-I、A2-I、B1-I和C1-I 的試件作為擬合組，其余試件作為驗(yàn)證組對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析。

式中：βa為界面處理方式影響系數(shù)，其取值方法同式(11)；為保證參數(shù)計(jì)算表達(dá)式左右兩側(cè)量綱一致，故引入帶量綱的參數(shù)fcu1和l1，其中，fcu1=35 MPa，l1=1 mm。

對(duì)于曲線下降段，主要控制參數(shù)有系數(shù)α，其值受界面破壞能Ge影響較大。在荷載水平較高時(shí)，試件測(cè)點(diǎn)處應(yīng)變片讀數(shù)出現(xiàn)較大突變，計(jì)算所得黏結(jié)-滑移曲線出現(xiàn)突變，無法獲得黏結(jié)-滑移全過程曲線，故無法基于試驗(yàn)結(jié)果確定有效界面破壞能Ge特征值。為準(zhǔn)確確定界面破壞能特征值，基于界面黏結(jié)-滑移基本理論(圖7 和圖8)，提出微段分析方法，即將HSSWM-ECC 與混凝土錨固段以le/8(le為錨固長(zhǎng)度)為微段長(zhǎng)度將其分為8 段，通過代入不同的Ge，反復(fù)迭代并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析。當(dāng)界面峰值剪切力試驗(yàn)值與理論計(jì)算值誤差小于5%時(shí)，迭代終止，并認(rèn)為此時(shí)Ge的值即為界面破壞能參數(shù)特征值。計(jì)算過程中，由于各微段長(zhǎng)度較小，認(rèn)為同一微段內(nèi)界面相對(duì)滑移量一致，因而該微段內(nèi)HSSWM-ECC 與混凝土的黏結(jié)應(yīng)力亦相同，其值可通過式(10)求得。迭代步驟如下所示：

1)以自由端為開始端，認(rèn)為距離自由端最近的微段即為第一微段。定義第一微段平均滑移量為Sfre，則基于式(10)可求得該微段內(nèi)界面平均黏結(jié)應(yīng)力τ1。

2)第一微段界面黏結(jié)力為：T(1)=τ1l1we，其中，l1為微段長(zhǎng)度，we為界面黏結(jié)寬度；

3)第一微段HSSWM-ECC 所受拉力為：P(1)=T(1)；

4)第一微段內(nèi)ECC 拉伸應(yīng)變?yōu)椋害舉1=P(1)/EeAe，混凝土壓縮應(yīng)變?yōu)椋害舠1=P(1)/EcAc，其中，Ee、Ae、Ec、Ac分別為ECC 及混凝土的彈性模量和橫截面積；

表5 迭代分析計(jì)算結(jié)果Table 5 Iterative calculation results

4 界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型驗(yàn)證分析

4.1 模型參數(shù)分析

基于式(11)～式(13)確定各試件黏結(jié)-滑移關(guān)系曲線的關(guān)鍵點(diǎn)特征參數(shù)計(jì)算值，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，以驗(yàn)證所給參數(shù)表達(dá)式的適用性。表6 為驗(yàn)證組試件的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果。由表6 可知：τu和Su基于參數(shù)擬合表達(dá)式所得的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比值的均值分別為0.963 和1.04，標(biāo)準(zhǔn)差為0.037 和0.094，變異系數(shù)為0.038 和0.091。其中，峰值黏結(jié)應(yīng)力擬合結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，但其對(duì)應(yīng)滑移量離散程度較大。分析原因：試件在進(jìn)行界面處理時(shí)，各試件界面粗糙度略有差異，進(jìn)而導(dǎo)致試件力學(xué)性能不盡相同，故不同試件峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)滑移量較為離散。綜上所述，所給參數(shù)表達(dá)式可用于表征HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型特征參數(shù)，且具有良好適用性。

4.2 模型驗(yàn)證

基于本文建立的HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型及模型參數(shù)計(jì)算表達(dá)式，對(duì)驗(yàn)證組試件進(jìn)行驗(yàn)證分析；模型計(jì)算所得荷載-端部滑移曲線與試驗(yàn)荷載-端部滑移曲線，如圖11 和圖12 所示。

圖12 驗(yàn)證組試件荷載-端部滑移對(duì)比曲線Fig. 12 The comparison of load-end slip curves of specimens in verification group

圖11 為驗(yàn)證組試件界面黏結(jié)-滑移試驗(yàn)曲線與模型關(guān)系曲線對(duì)比圖。從圖11 中可以看出：模型計(jì)算曲線與試驗(yàn)曲線整體吻合較好，但部分試件模型曲線與試驗(yàn)曲線略有差異。分析原因：對(duì)于錨固長(zhǎng)度較長(zhǎng)的試件(C2-I)，由于養(yǎng)護(hù)期內(nèi)該組試件收縮量大于其他試件，初始缺陷較高，導(dǎo)致模型曲線與試驗(yàn)曲線存在一定差異。此外，各組試件在加載后期界面相對(duì)滑移較大的情況下，加固層槽間混凝土大部分被剪碎，界面黏結(jié)應(yīng)力主要由摩擦力承擔(dān)，且各試件界面粗糙度并非完全一致，故導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。

圖11 驗(yàn)證組試件界面黏結(jié)-滑移對(duì)比曲線Fig. 11 The comparison of interfacial bond-slip curves of specimens in verification group

圖12 為驗(yàn)證組試件基于所提界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型經(jīng)微段分析迭代計(jì)算所得荷載-加載端滑移曲線與試驗(yàn)曲線對(duì)比圖。由圖12 可知，基于所提模型及其參數(shù)表達(dá)式計(jì)算所得曲線與試驗(yàn)曲線整體趨勢(shì)基本吻合；各試件剝離承載力及其對(duì)應(yīng)加載端滑移計(jì)算值與試驗(yàn)值整體誤差較小。但部分試件荷載-端部滑移曲線與試驗(yàn)曲線出現(xiàn)一定偏差。偏差原因分析：試件制作時(shí)不同錨固深度處界面粗糙度并非一致，而存在一定差異。迭代分析計(jì)算中，假定不同錨固深度處界面粗糙度特征值均為固定值，故基于界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型計(jì)算所得荷載-端部滑移曲線與試驗(yàn)曲線略有差異。同時(shí)，受施工工藝影響，ECC 澆筑時(shí)纖維分散并非均勻，并導(dǎo)致不同試件HSSWM-ECC 力學(xué)性能略有差異，進(jìn)而致使進(jìn)試驗(yàn)誤差增大。綜上所述，文中所提出的HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型與試驗(yàn)結(jié)果整體吻合良好，可用于描述其界面黏結(jié)-滑移力學(xué)行為；且給出的微段分析法可用于錨固段內(nèi)各點(diǎn)局部黏結(jié)-滑移關(guān)系計(jì)算。理論分析結(jié)果可為HSSWM-ECC 加固RC 構(gòu)件剝離承載力計(jì)算提供理論依據(jù)。

5 結(jié)論

通過9 組27 個(gè)梁鉸式試件界面黏結(jié)性能試驗(yàn)，探究了混凝土抗壓強(qiáng)度、界面黏結(jié)長(zhǎng)度、界面黏結(jié)寬度和界面處理方式等參數(shù)對(duì)HSSWMECC 與混凝土間的界面黏結(jié)性能的影響及規(guī)律，并對(duì)其界面黏結(jié)-滑移關(guān)系進(jìn)行理論分析，得出以下主要結(jié)論：

(1) HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)破壞模式主要有三種，分別為：界面剝離破壞、鋼絞線受拉斷裂破壞和混凝土拉剪破壞。

(2) HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移試驗(yàn)曲線呈現(xiàn)兩明顯受力階段，即：非線性上升段和下降段。

(3) HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移曲線關(guān)鍵點(diǎn)特征參數(shù)有峰值黏結(jié)應(yīng)力τu、峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)滑移量Su和界面破壞能Ge等。各參數(shù)特征值均隨著混凝土抗壓強(qiáng)度提高、界面黏結(jié)寬度降低而增大。

(4)基于試驗(yàn)結(jié)果，采用微段分析方法，建立了HSSWM-ECC 與混凝土界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型。經(jīng)模型特征參數(shù)計(jì)算及與相關(guān)模型對(duì)比分析，本文所建立的界面黏結(jié)-滑移關(guān)系模型可較好表征HSSWM-ECC 與混凝土界面的黏結(jié)-滑移受力過程。