粘结滑移对钢筋混凝土结构力学性能影响研究现状及进展.pdf

2023年4月江西建材综述粘结滑移对钢筋混凝土结构力学性能影响研究现状及进展缪钱燕安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232000摘要：文中对粘结滑移本构模型的发展历史及背景进行了简单描述。主要从粘结滑移结构的理论关系、本构关系以及实验方法等方面对国内科研状况逐一加以了概述，并对钢筋混凝土粘结滑移本构关系及其相关的科研发展情况进行了总结，对问题作出了评价与建议，为今后对钢筋混凝土粘结滑移相关的问题深入研究提供了思路。关键词：钢筋混凝土结构；粘结滑移；本构关系；试验方法中图分类号：TU37文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 0 0 5-0 2Research Status and Progress of the Influence of Bond Slip on theMechanical Properties of Reinforced Concrete StructuresMiao QianyanSchool of Civil Engineering and Architecture,Anhui University of Technology,Huainan,Anhui 232000Abstract:The article provides a brief description of the development history and background of the bond slip constitutive model.This articleprovides an overview of the domestic scientific research status from the theoretical relationship,constitutive relationship,and experimentalmethods of bond slip structures.It also summarizes the research development of the bond slip constitutive relationship of reinforced concreteand its related issues,and provides evaluations and suggestions for the problems.This lays a foundation for further research on the bond sliprelated issues of reinforced concrete in the future.Key words:Reinforced concrete structure;Bond slip;Constitutive relationship;Test method0引言钢筋混凝土结构是目前较为常见的结构形式。在其结构中，钢筋和混凝土间的粘结滑动作用对构件的力学性能影响更加突出。研究发现，对于带肋钢筋，已知三个主要方面有助于钢筋和混凝土之间的粘合。一是钢筋与混凝土之间的化学粘附；二是钢筋肋和混凝土之间的相互机械作用；三是摩擦阻力1-2 。为了验证粘结滑移机制，众多学者进行了许多实验和数值模拟的研究。在早期的研究中，主要目的是表征由于开裂混凝土不可忽略的贡献而产生的抗拉刚度效应。目前，在钢筋混凝土理论中引人非线性断裂力学之后，已经采用了更先进的分析方法，并且提出了可以将拉伸刚化效应纳入钢筋混凝土的本构模型中。国内外专家对钢筋混凝土粘结滑移采用不同试验方法进行了深人研究，提出了钢筋混凝土粘结滑移本构关系，并用有限元模型软件进行模拟。本文总结了钢筋混凝土的粘结滑移问题研究方向的趋势，以期为进一步完善钢筋混凝土基础理论体系提供参考。粘结滑移的定义对于平面钢筋混凝土构件，如面板、剪力墙和梁，所施加的荷载主要通过平面内应力来承载。这种情况下，在研究开裂后作者简介：缪钱燕（2 0 0 0-），女，江苏南通人，本科，主要研究方向为混凝土损伤本构模型。钢筋混凝土构件的荷载和成形特性时，受拉刚化效应变得很重要，分析中需要使用包含该效应的模型。通常通过假设相对标距长度上的平均混凝土拉应力垂直于相邻平行裂缝的方向来处理拉伸刚化效应，而附加应力由钢筋承担。Hyo等 3 基于钢筋和混凝土的多项式应变分布函数对开裂后阶段的拉伸硬化效应进行了量化，并将其贡献体现到钢筋中。根据应变分布，局部滑移w（x）可被定义为钢筋和混凝土之间的总位移差，该总位移差在裂缝面距离和节段中心之间的长度上测量。W(x)(c,(x)-&.(x)dx(1)式中：x为裂纹宽度（mm），（x）和（x）分别是钢筋和混凝土沿着钢筋锚固长度方向x点处的应变。基于力平衡和方程（1），可以获得粘结滑移微分方程（2）。dw(x)(1+np)Zf;(x)=0(2)dx2E,As式中：n=E/E，含钢率r=A/A;Z。为钢筋周长（mm）；J为钢筋界面的粘结应力（N/mm）;E,和A,分别为钢筋的杨氏模量（N/mm）和截面积（mm）；E。为混凝土的杨氏模量（N/mm），为钢筋的配筋率。Chang-Koon4 通过粘结滑移微分方程求解拉伸硬化系数，进一步求解混凝土的平均应力-应变关系来表示拉伸硬化效应。2粘结滑移本构关系GB500102010混凝土结构试设计规范是钢筋混凝土构件常用的粘结滑移关系 51,公式如下。2023年4月综述江西建材线性段t=k,s 0sSer(3a)劈裂段t=ter+k,(s-Ser）Se r s SSa(3b)下降段t=ta+k,(s-su）a s S,.(3d)卸载段t=tan+k,(s-Sun)(3e)式中：t是混凝土与热轧带肋钢筋之间的粘结应力（N/mm）；s 为混凝土与热轧带肋钢筋之间的相对滑移（mm）；k,为线性段斜率te/ser;kz为劈裂段斜率（tu-ter）/（s u-Se r）;k,为下降段斜率（t,-tu）/（s,-s u）;t a n 为卸载点的粘结应力（N/mm）；Sun为卸载点的相对滑移（mm）。为了更好地表达钢筋和混凝土之间的粘结滑移关系，Goodman等 6 1（196 8）在钢筋元件和混凝土元件之间插人界面元件。假设每个界面元件有两对重复的节点，其中一个连接到钢筋，而另一个连接到混凝土。钢筋轴向重复节点的位移差被视为粘结滑移Sb。CEB-FIP模型规范1990（MC-90），推荐的非线性粘结应力一滑移关系如下。0.4sbS1(4a)SiS,S2(4b)Tb=S2S,S3(4c）TS;sb(4d)式中：S,为粘结滑移（mm）,SI、S,和s;分别是峰值粘结应力时的粘结滑移、峰值粘结应力结束时的粘结滑移和残余粘结应力开始时的粘结滑移（mm），t b、t,和t,分别是粘结应力、峰值粘结应力和残余粘结应力（N/mm）。为避免刚度无限大，初始粘结刚度k,取2 0 0 N/mm。Renata S.B.7 提出了一种考虑裂缝间混凝土抗拉承载力的拉伸硬化模型。在该模型中，混凝土的拉伸应力-应变曲线在开裂后的范围内呈现指数衰减，该范围由取决于配筋率和钢-混凝土模量比的参数定义。该参数是以CEB拉伸硬化模型为基础推导出来的。F.J.Ma【8 开发了一种新的离散裂纹分析有限元方法，在界面单元的刚度矩阵方程的公式中，考虑了残余粘结滑移。R.Cerionil9提出了钢筋混凝土结构的三维模型，该模型考虑了沿着裂缝产生的所有界面现象，如骨料桥接和联锁、拉伸硬化和销钉作用。3试验方法研究在各种钢筋混凝土构件中，拉拔试验、梁式试验和轴拉试验是目前研究钢筋混凝土粘结滑移关系的最普遍的试验方法。S.Alih101把钢筋混凝土简支梁作为研究对象，预先估计简支梁的应力分布情况，放置应变仪在相应的位置（交替放置在两个钢筋之间，减少表面干扰）应变计的读数来显示梁样品的拉伸硬化行为。D.L.Linerol1对钢筋混凝土板分别进行了拉伸和剪切试验，适当地表示粘结滑移和销钉效应。Shimal121等对的钢筋混凝土试件进行拉拔试验，发现钢筋在沿预埋杆的某一位置屈服后，该位置的应变立即上升到应变硬化开始的位置。后屈服范围内的粘结应力远低于弹性范围内的粘结应力。屈服后范围内的粘结-滑移关系取决于钢筋的屈服强度、应变硬化开始时的应变和应变硬化范围内的刚度等应力-应变特性。4结论本文分别从粘结滑移的机理、粘结滑移本构关系和试验研究等方面对前人所建立的钢筋混凝土粘结滑移本构关系进行了总结。（1）拉拔试验、梁式试验和轴拉试验是目前研究钢筋混凝土粘结滑移的重要实验方法。虽然目前由多种试验方法可以测出钢筋混凝土粘结滑移，但大部分的实验研究都还在静态的或拟静态阶段。对于具有一定抗震要求的建筑结构，还没有准确的试验依据。（2）针对钢筋混凝土粘结滑移关系，国内外专家进行了大量试验研究和有限元模型验证，但提出的粘结滑移本构关系模型只能在一定环境条件下应用，具有一定的局限性。（3）通过考虑混凝土的侧向膨胀的影响，以及钢筋销栓影响等各种因素，逐步完善钢筋混凝土的粘结滑移本构模型。参考文献1 Chen,HJ(Chen,HJ);Huang,CH(Huang,CH);Kao,ZY(Kao,ZY).Experimental investigation on steel-concrete bond in lightweightand normal weight concrete J.STRUCTURAL ENGINEERINGAND MECHANICS,2004,17(2):141-152.2 AntolinoGallego.AmadeoBenavent-Climent 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