钢-竹组合构件的粘结与纵向抗剪性能研究结题摘要

钢-竹界面的粘结作用是保证钢-竹组合构件中型钢与竹板整体工作和共同受力的基础。通过本项目研究获得如下结论：(1) 短期荷载作用下钢-竹界面剪切粘结性能良好，复合胶结型界面试件的破坏具有明显的延性特征；外贴竹板正应力试验值与拟合值吻合度高，以此为基础计算剪应力与相对滑移较为可靠；钢-竹界面剪应力与相对滑移分布具有两头大中间小的特征，且界面下端的剪应力和滑移量明显大于界面上端，剪应力最大值约为1.64MPa；钢-竹界面剪切粘结承载力计算值与试验值之间吻合较好，其计算误差小于8%。(2)长期荷载作用后试件界面完整性良好，复合胶结型界面试件的破坏具有显著的延性特征；2组单纯胶结型界面试件在长期荷载作用下承载力发生衰减，衰减系数分别为0.91与0.81；单纯胶结型界面的剪应力与相对滑移分布具有两头大中间小的特征，界面最大剪应力分别为1.41MPa和1.25MPa，与短期荷载试验相比约衰减10%和20%，界面的相对滑移则略有增长；长期荷载作用下复合胶结型界面的承载力、粘结剪应力及相对滑移与短期荷载试验相比不发生显著变化，自攻螺钉可有效提高界面抗剪能力，按80mm间距加设自攻螺钉后界面最大剪应力可达到1.7MPa。(3)反复荷载作用后的单纯胶结型界面剪应力与相对滑移分布呈现两头大中间小的特征，界面最大剪应力约为1.84MPa，与未施加反复荷载的试件相比约衰减5%-10%，界面相对滑移则略有增长，反复荷载加载位移处于非线性阶段时界面承载力约衰减20%。复合胶结型界面试件反复荷载作用后其承载力、粘结剪应力及相对滑移不发生显著变化。钢-竹组合试件在不同冲击速度下，冲击力大小随冲击速度的增加而逐渐上升，冲击速度对冲击力－冲头位移曲线没有太大影响。静态试件的压入试验曲线与动态冲击试验曲线基本重合，在低速冲击试验速度范围内试件没有明显的应变率效应。(4) 增大粘结面宽度和腹板高度、减小剪跨比，能有效提高钢-竹组合工字形梁的纵向抗剪承载力，同时限制挠度发展；复合胶结型组合楼板与单纯胶结型楼板相比，承载力提高，材料的强度得到充分发挥，破坏前具有明显预兆。提出了钢-竹组合梁、板纵向抗剪承载力计算公式及考虑滑移效应的变形分析理论，并进行了有限元分析，组合梁、板在极限荷载作用下的挠度变形、界面滑移及纵向抗剪承载力的理论值、试验值及模拟值之间吻合较好。 2100433B

竹材人造板与冷弯薄壁型钢间通过胶粘剂复合而成的钢-竹组合构件，有利于充分发挥材料的高强度，并可提高薄壁型钢抗失稳屈曲承载能力，同时能够实现建筑结构体系良好的节能环保效果，而钢-竹界面的粘结作用是保证组合构件中型钢与竹板整体工作和共同受力的基础。本项目拟通过系统的试验研究与理论分析，针对钢-竹界面的粘结机理、粘结强度、粘结滑移本构关系以及钢-竹组合构件的纵向剪切受力变形特征、纵向剪力传递机制、纵向受剪承载力设计计算等进行深入探讨。通过本项目的研究，将建立钢-竹界面的粘结强度计算理论和粘结滑移本构关系，合理评价长期荷载、反复荷载以及冲击荷载作用对钢-竹界面粘结性能的影响，揭示钢-竹组合构件的纵向剪力传递机制和影响纵向抗剪强度的各种因素，提出钢-竹组合构件的纵向受剪承载力计算理论与设计方法，从而为钢-竹界面的可靠粘结和钢-竹组合构件的纵向抗剪设计提供理论依据，以促进建筑业的绿色低碳发展。

研究不同受火时间后约束钢筋混凝土梁、柱构件的抗剪性能，揭示受火时间、构件端部约束、荷载比等因素对全过程火灾作用后钢筋混凝土构件抗剪性能的影响特点。建立火灾后约束钢筋混凝土构件抗剪性能的数值分析模型,并开发相应的全过程分析程序。分析总结高温下相邻构件之间的相互作用对高温后钢筋混凝土构件抗剪性能的影响规律，建立火灾后约束钢筋混凝土梁、柱构件残余抗剪承载力的实用计算方法。在考虑高温下内力重分布过程对构件损伤作用的情况下，研究并提出火灾后钢筋混凝土结构内力(含轴力、弯矩和剪力)的简化计算方法。针对高温下结构中构件受到相邻构件的约束会影响其高温后力学性能的特点，本项目可以填补火灾后约束钢筋混凝土构件抗剪性能研究的空白，为火灾后钢筋混凝土结构损伤评定、抗剪加固奠定基础，为相关规范的编制提供科学依据，因而具有重要的理论意义和明确的应用前景。

火灾高温可使钢筋混凝土构件的抗剪性能降低、甚至出现剪切破坏。位于地震区的火灾后混凝土结构若未经加固处理就继续使用，可能埋下抗震防灾的巨大隐患。另外，结构中构件在火灾全过程中的相互约束也可能会对火灾后构件的抗剪性能产生一定的影响。然而，目前有关火灾后钢筋混凝土构件的抗剪性能及高温下构件端部约束对其影响方面的研究工作较少。为此，本项目从试验、理论分析、数值计算三方面对上述问题进行了较系统的研究，主要研究内容和结果：(1) 进行了火灾后钢筋混凝土短柱抗震性能的试验研究和数值计算，建议了四周受火后钢筋混凝土柱抗剪承载力的实用计算公式。研究表明，火灾后短柱的抗剪承载力先随轴压比的增大而增大，但当轴压比增大至界限轴压比后反将降低。火灾后的界限轴压比较未受火时有减小趋势。(2) 进行火灾后钢筋混凝土梁剩余承载性能的试验研究和数值计算，建议了三面受火后钢筋混凝土梁抗剪承载力的实用计算公式。研究表明，楼板翼缘对梁的抗弯承载力具有一定的提高作用，但对抗剪承载力影响不大。(3) 进行了火灾后混凝土短肢剪力墙抗震性能的试验研究和数值计算，建议了四周受火后混凝土短肢剪力墙抗剪承载力的计算公式。研究表明，暗柱和X形暗支撑可提高火灾后短肢剪力墙的刚度和耗能能力，受火前后短肢剪力墙的滞回规则明显不同。(4) 进行了高温下持荷、端部约束对火灾后短柱抗震性能影响的试验研究。结果表明，高温下持荷可使火灾后短柱的抗剪承载力较未持荷时升高0.5%~2.3%，高温下带轴向约束的混凝土短柱火灾后的抗剪承载力为对应的高温下无约束时的89.9%~100.4%。(5) 进行了外包碳纤维布加固火灾后混凝土短柱的抗震性能、混凝土梁的抗剪性能的试验研究。研究表明采用CFRP加固能将火灾后短柱、梁的抗剪承载力分别恢复至未受火试件的11.2%~17.1%、5.3%~34.3%，且考虑楼板翼缘的影响，采用“U形包裹 压条”方式加固混凝土梁可取得较好的加固效果。(6) 利用有限元方法分析了截面含钢率对温度场分布的影响规律，建立了火灾后钢筋混凝土柱剩余压弯承载力的数值分析方法和实用计算公式。基于Park损伤评价模型建议了一种能反映火灾高温对短柱、短肢剪力墙抗震性能损伤加大程度的评价指标。上述研究成果可为火灾后钢筋混凝土结构的损伤评定、抗剪加固奠定基础，为相关规范的编制提供科学依据，具有重要的理论意义和明确的应用前景。 2100433B

FRP材料与混凝土梁的粘结强度低，通常会造成FRP过早剥离破坏而使得加固效果不佳。HB-FRP加固技术作为一种新的粘贴技术，前期研究显示加固梁界面粘结强度比传统的外贴FRP高7.5 倍。不过对于HB-FRP 体系的作用机理还需要更为全面的理解来建立设计模型和指导公式。本项目以HB-FRP抗剪加固梁为研究对象，以常规FRP加固理论为研究基础，以HB-FRP加固体系的界面粘结性能和抗剪加固性能为研究重点，以模型试验和数值模型为研究手段，研究钢扣件间距及个数对HB-FRP的有效粘结长度和粘结强度的影响，探讨抗剪加固时钢扣件竖向分布间距和FRP间距对梁抗剪性能的影响,提出FRP平均应力分布系数计算方法。探明HB-FRP的加固机理，揭示HB-FRP加固后梁的延性、承载能力变化规律，建立HB-FRP加固设计计算方法。研究成果将为HB-FRP加固在工程上的应用提供科学依据，具有重要的理论和工程应用价值。