钢筋混凝土粘结滑移本构关系简议.pdf

黄河 ： 钢筋混 凝土粘 结滑 移本构 关系简议 4 9 钢筋 混凝土粘 结滑移本构 关 系简 议 黄河 ( 同济大学土木工程学院 上海2 0 0 0 9 2 ) 【 摘要】 钢筋混凝土的粘结滑移本构关系一直是钢筋混凝土粘结性能研究的重点。然而由于影响因素多 和试验手段不同导致实验数据分散， 难以得到真正通用而又易于应用的粘结滑移本构关系。本文主要从试验方 法和本构关系两方面对国内外研究现状进行简述。 【 关键词】 粘结滑移； 试验方法； 本构关系 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 4 9 0 3 钢筋混凝土结构主要利用混凝土抗压， 利用钢筋 抗拉， 使两种材料各尽其能、 相得益彰 ， 组成性能良好 的结构构件。钢筋与混凝土之间 良好的粘结滑移性 能是两种材料协同工作 的基础。钢筋混凝 土粘结 滑移本构关系一直 以来都是钢筋混凝土粘结性能研 究的重点， 又是钢筋混凝土结构有限元分析的基本条 件之一 ， 直接影响计算结果的准确性。 1 粘结滑移试 验方 法 国内外学者对钢筋混凝土粘结滑移本构关 系的 研究一般建立在试验基础上 ， 他们做了大量的试验， 可以归纳为以下几类： 拉拔试验、 梁式试验和轴拉试 验和钢筋内贴片试验 。 筋被拔出或者屈服。拉拔试验具有试件制作简单、 易 于进行等特点， 被学者广泛应用。 图1 拉拔试验示 意图 ( 1 ) 拉拔试验。试件一般设为棱柱体 ， 钢筋埋 ( 2 ) 梁式试验。拉拔试验只能反映单纯受拉的 设在棱柱体中， 如图 1 所示。试验时 ， 在外露钢筋端施 状态， 而大部分钢筋锚固区受力都较为复杂， 一般同 加拉力 ， 试件则支撑在垫板上， 不断增加拉力直至钢 时作用有拉力、 弯矩和剪力 ， 梁式试件可以更好地模 O O o oo OO O O Oo Oo Oo OO Oo 0 00 O0 00 00 O0 O0 0 0 00 O0 00 O00 0 00 00 O 0 O0 O0 0 00 00 O0 O0 00 0 O0O 0 0 O0 O0 O0 O0 O 0 O0 O 0 00 O0 O0 o o ao o 0 0 值如表4所示。 由表4可知， 试件的抗剪承载力计算值和试验值 吻合度较高， 且加固后试件的抗剪承载力较未加固墙 体有明显提高， 说明钢筋网水泥砂浆面层加固法对历 史风貌建筑这种砂浆强度很低的墙体也十分有效。 3结语 钢筋网水泥砂浆面层用于低标号砂浆砖砌体墙 加固效果明显， 它可以与砖墙体较好的结合 ， 改善墙 体的受力性能和延性 ， 提高墙体的强度和刚度。由试 验结果可知， 对于单面钢筋网水泥砂浆加固， 对墙体 的开裂荷载影响不大 ， 但低强度砂浆砖砌体采用钢筋 网水泥砂浆抹面加固后 ， 墙体的抗剪承载力和延性都 得到了较大的改善， 是低标号砂浆的历史风貌建筑墙 体加固保护的有效方法之一。 参考文献 1 李明。 王志浩钢筋网水泥砂浆加固低强度砂浆砖砌体的试 验研究 J 建筑结构， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 3 4 3 6 2 M J a b a r o v ， e t a 1 ， S t r e n t h e n i n g o f d a m a g e d m a s o n r y b y r e i n f o r c e d m o r t a r l a y e r s J V U ， WC E E ， I s t a n b u l ， 1 9 8 0 ， ( 4 ) ： 7 3 8 0 3 G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1 ， 砌体结构设计规范 s 4 贺正全 砖混结构墙体裂缝加固试验研究 D 西安： 西安建 筑科技大学 ， 2 0 0 3 5 黄忠邦， 刘瑞金 砖房抗震加固中若干问题的分析和探讨 J 工业建筑， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 3 6 4 o 6 张建阳砖混结构抗震加 固实用计算方法 J 福建建筑 ， 2 0 1 0， 1 4 9 ( 1 1 ) ： 4 85 8 7 陈华冠， 刘锐 砌体结构房屋抗震加固设计方法探讨 J 华 南地震 ， 2 0 0 3， 2 3 ( 1 )： 8 79 2 收稿日期 2 0 1 2 0 1 - 0 5 作者简介】 李茂夔( 1 9 8 7 一) ， 男， 贵阳人， 硕士 从事结构抗 震分析研究。 5 0 低温建筑技术 2 0 1 2年第5期( 总第 1 6 7期) 拟钢筋锚 固区在复杂受力状态下的粘结锚 固状况。 梁式试件可分为全梁式和半梁式两类， 一般用于模拟 梁剪跨区内的斜裂缝及正裂缝处的粘结锚固状态。 J I 一 叫 = ! = = 0 t t 童 0 ,It 0 。 ： _- 0 图2 梁式试验示意图 ( 3 ) 轴拉试验 轴拉试验主要用于测量钢筋混 凝土构件裂缝间的粘结应力和相对滑移， 可以模拟钢 筋混凝土梁在纯弯段主裂缝间的粘结性能。试验时。 在钢筋的两端施加拉力， 钢筋与混凝土间的粘结应力 及滑移会随拉力的增大而增大。 图3 轴拉试验示 意图 ( 4 ) 钢筋 内贴片试验。一般的拉拔试验或梁式 试验， 得到的粘结滑移关系是平均粘结应力与平均应 变的关系， 事实上粘结应力与钢筋和混凝土间的滑移 是随锚固长度而变化的。国内外研究者通过采用在 钢筋内开槽， 布置电阻应变片的方法测量得到粘结应 力沿锚固长度的分布规律 ， 并 由加载端滑移和 自由端 滑移推算出内滑移分布， 以致得到粘结滑移关系沿锚 固长度变化的规律， 采用位置函数来反映这种规律， 使得钢筋混凝土粘结滑移本构关系更为精确。 2 钢筋混凝土粘结 一滑移本构关系 目前对钢筋混凝土粘结本构关系的研究 以试验 为主， 已有 的试验研究考虑的主要因素有： 混凝土保 护层厚度与钢筋直径的比值、 混凝土的抗压强度、 抗 拉强度、 钢筋的直径、 表面形状以及混凝土受约束的 程度等。由于影响因素过多， 使得钢筋与混凝土间的 传力机理相当复杂， 试验得到的曲线差异较大 ， 以致 不同学者得出的结果差别较大。 图4 钢筋 内贴片试验示意图 众多学者提 出的粘结滑移本构关系主要分为与 所研究位置点无关和有关两大类， 与所研究点位置无 关的本构关系的表达式， 目前又可分为两类， 一类是 采用单一的表达式表示 ， 另一类是采用分段描述的表 达式。现就目前的研究成果予以归纳总结 】 。 ( 1 ) L u t z H 根据特制单肋钢筋的拔出试验得到 粘结滑移关系式为： Jr=0 7 5 X 1 0 s ( 1 ) 式中， Jr 为粘结应力， l b ； s 为相对滑移量， i n 。 ( 2 ) H o u d e 和 Mi r z a 根据 6 2个变形钢筋模拟 缝间粘结强度的试验结果和 6 个模拟锚固粘结强度的 梁端试验结果得出经验公式： r = 5 2 9 X 1 0 s一2 5 2 X 1 0 s + 5 8 7 X 1 0 s 一 厂 一 5 4 7 1 0 6 s 南 ( 2 ) 式中， r为粘结应力， MP a ； s 为相对滑移量， mm 为混凝土抗压强度， MP a 。 ( 3 ) N i l s o n 6 通过对拉伸试件试验分析。 拟合得 到粘结滑移关系经验表达式为： r = 9 7 8 X 1 0 s一5 7 2 X 1 0 s + 8 3 5 X 1 0 s ( 3 ) ( 4 ) 狄生林通过对梁式试件剪跨区内测点的 试验数据整理分析 ， 拟合 出钢筋混凝土粘结滑移关系 表达式为： r = 6 5 9 X 1 0 s一2 1 3 X 1 0 s +0 2 2 X 1 0 s ( 4 ) ( 5 ) 清华大学滕智明 考虑粘结滑移关系沿锚 固长度变化的情况 ， 提出以下公式 ： r= ( 6 1 5 s一 6 9 3 s +3 1 4 X l 0 3 s 一 o 4 7 81 0 4 s 厂= _ 厂 ( ) ( 5 ) 式中 为混凝土劈拉强度， N ra m ； ( ) 为位置 函数 。 ( 6 ) K a n k a m 根据两端对拉试件的试验结果 ， 得到对于不同钢筋种类的粘结滑移关系式分别为： 对于光面钢筋 ： r=( 4 1 70 ) 。 ( 6 ) 对于冷加工钢筋： r= ( 5 50 5 x ) s 。 。 ( 7 ) 对于热轧钢筋： r=( 3 50 3 x ) s ( 8 ) 式中， r为粘结应力， N ram ； 为距离加载端距 离， m m。 以上学者所得到的钢筋混凝土粘结滑移关系式 采用的都是单一表达式， 其形式简单、 易于应用， 然而 这样的表达形式无法反映众多粘结锚固影响因素， 所 以它们都有其适用范围。 ( 7 ) 徐有邻n “ 采用分段 函数来描述钢筋混 黄河： 钢筋混凝土粘结滑移本构关系简议 5 1 凝土粘结滑移本构关系。 他根据拉拔试验的结果将变 形钢筋与混凝土间粘结受力的过程分为五个阶段( 微 滑移段 、 滑移段、 劈裂段、 下降段、 残余段) ， 典型的荷 载 滑移曲线如图5所示。 s I& & S S 图5 典型荷载一 滑移 曲线 图 5中曲线上的转折点为粘结滑移本构关系表达 式重要的控制点， 通过测量并定义这些控制点 ， 使得 最后得到的粘结滑移本构关系的分段 函数表达式综 合考虑了众多粘结锚固影响因素， 此外还采用位置函 数来考虑不同锚固深度对表达式的影响， 其建立的钢 筋混凝土粘结滑移本构关系为： r=tp ( s ) 咖 ( ) ( 9 ) ( ) ： f + ( x 1 ) s in ( )筋 端 锚 固 ( 1 0 ) L 1 5 s i n ( Z ) 缝间粘结 式 中， tp ( s )为控制点描述 的粘结滑移分段表达 式 ； 咖( )为位置函数。 图6 粘结一 滑移关系对 比图 上述部分结果列于图 6中， 由图 6也看出由于影 响粘结的因素较多， 不同学者的结果有所差别， 说明 对于粘结滑移的本构关系仍未有较为统一的认识。 影 响钢筋混凝土粘结 滑移 的 因素 很多 ， 很 难得 到 真正通用又易于应用的粘结滑移本构关系表达式 ， 对 应于较为特殊的情况， 需要进行单独的试验研究。近 几年， 一些研究者已经开始这样做 了， 肖建庄等 通 过拉拔试验的方法获得不同再生粗骨料取代率下再 生混凝土与不同类型钢筋之间的粘结滑移曲线， 基于 试验结果分析了不同再生粗骨料取代率和钢筋类型 对再生混凝土与钢筋之间粘结强度的影响， 并提出了 再生混凝土与钢筋问的粘结滑移本构关系的表达式； 李杰 、 高向玲等u 进行了高性能混凝土的粘结性能的 试验研究及理论分析， 根据研究结果提出了高性能混 凝土粘结滑移本构关系； 关于型钢混凝土中型钢与混 凝土的粘结滑移关系， 国 内外学者仍 以试验研究 为 主， 并通过试验数据拟合出强度计算公式和粘结滑移 关系式， 试验表明剪力粘结件、 混凝土强度、 横 向配箍 率、 型钢埋置长度等都会影响型钢混凝土的粘结 。 3结语 ( 1 ) 由于影响钢筋混凝 土粘结滑移 的因素较 多， 且不 同学者采用的试验方法有所 区别 ， 造成试验 结果的离散性比较大， 通过试验结果拟合 出的强度计 算公式和本构关系也多有不同， 这也是 目前不能准确 模拟实际构件中粘结滑移的原因。 ( 2 ) 对于一些较为特殊的问题 ， 需要进行单独 的研究 ， 本文对再生混凝土、 高性能混凝土及型钢混 凝土的粘结滑移关系研究现状也进行了简单阐述。 参考文献 1 顾祥林 混凝土结构基本原理 M 上海： 同济大学出版 社 。 2 0 0 4 2 杜锋， 肖建庄， 高向玲 钢筋与混凝土问粘结试验方法研究 J 结构工程师， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 2 ) ： 9 3 9 8 3 陈建平， 徐勋倩， 包华 钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状 J 南通工学院学报， 2 0 0 4 ， 3 ( 4 ) ： 5 l 一 5 7 4 L e r o y A L u t z ， P e t e r G e r g e l y M e c h a n i c s o f b o n d a n d s l i p o f d e f o r m e d b a r s i n c o n c r e t e J A C I J ， 1 9 6 7 ， ( I 1 ) ： 7 1 1 - 7 2 1 5 S a eed M M i r m， J u l e s H o u d S t u d y o f b 0 n d s t r e s s s l i p re l a t i o n s h i p s re i d o M c o n c re t e J A C l J ， 1 9 7 9 ， ( 1 ) ： 1 9 4 6 6 N i s o n S M B o n d s t r e s s s l ip re l a t i o n s h i p i n I e i n f 0 I c e d c o n c re t e z D e p t o f S t r u c t u re E n g i n e e ri n g ， C o me l l U n i v ， I t h a c a ， N Y 1 9 71 Re p Nn 3 4 5 7 狄生林钢筋混凝土梁的非线性有限元分析 J 南京工学院 学报 ， 1 9 8 4 ， 1 4 ( 2 ) 8 王传志， 滕智明 钢筋混凝土结构原理 M 北京： 中国建筑 工业出版社 。 1 9 8 5 9 C l a r l e s K ， K ank a m R e l a t i o n s h i p s o f bon d s t re s s ， s t e e l s t r e s s 。 and s l i pi n rei n f o r c e d c o n c re t e J A S C E S L， 1 9 9 7 ， ( 1 ) ： 7 9 8 5 1 0 徐有邻变形钢筋 一 混凝土粘结锚固性能的试验研究 D 北京 ： 清华大学 ， 1 9 9 0 1 1 徐有邻， 沈文都， 汪洪钢筋混凝土粘结锚固性能的试验研究 J 建筑结构学报。 1 9 9 4 ， 1 5 ( 3 ) ： 2 6 3 7 1 2 肖建庄， 李丕胜， 秦薇 再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能 J 同济大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 ) ： l 3 1 9 1 3 高向玲高性能混凝土与钢筋粘结性能的试验研究及数值模 拟 D 上海： 同济大学 ， 2 0 0 3 1 4 刘加荣， 胡夏闵， 薛伟 型钢混凝土粘结滑移研究综述 J 钢 结 构 ， 2 0 0 8 ， 2 3 ( 8 )： 2 63 3 收稿 日 期 2 0 1 2 0 2 1 0 作者简介 黄河( 1 9 8 7一 ) ， 男， 浙江临海人， 硕士， 从事混 凝土耐久性研究 。