钢筋与混凝土粘结本构关系的数值模拟
钢筋与超高韧性水泥基复合材料粘结性能在ABAQUS中的模拟
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混凝土中钢筋与混凝土的黏结力研究
混凝土中钢筋与混凝土的黏结力研究一、研究背景混凝土结构是现代建筑中最常见的结构形式之一，而钢筋混凝土则是其中最为常用的结构形式之一。
钢筋混凝土结构的力学性能主要由混凝土和钢筋的黏结力确定。
因此，研究混凝土中钢筋与混凝土的黏结力对于深入理解钢筋混凝土结构的力学性能具有重要的意义。
二、研究现状目前，国内外学者对混凝土中钢筋与混凝土的黏结力进行了大量的研究。
在试验方面，常用的方法包括钢筋拉拔试验、剪切试验和双向剪试验等。
同时，也有一些学者通过数值模拟等方法对混凝土中钢筋与混凝土的黏结力进行了研究。
三、影响因素1. 钢筋表面形态：一般来说，钢筋表面越光滑，与混凝土的黏结力就越小。
钢筋表面的锈蚀、氧化等因素也会对黏结力产生不良影响。
2. 混凝土强度：混凝土的强度越高，与钢筋的黏结力就越大。
同时，混凝土的水灰比也会对黏结力产生影响。
3. 钢筋直径：钢筋直径越大，与混凝土的黏结力就越大。
这是因为钢筋直径的增大会增加其表面积，从而增加与混凝土的接触面积。
4. 拉伸速度：试验中的拉伸速度也会对黏结力产生影响。
通常来说，拉伸速度越快，与混凝土的黏结力就越小。
四、研究方法1. 钢筋拉拔试验：该方法是目前最常用的方法之一。
试验时，将钢筋固定在试验机上，然后以一定的速度向上拉拔钢筋，测量拉伸过程中钢筋的应力-应变曲线，从而计算出钢筋与混凝土的黏结力。
2. 剪切试验：该方法是通过施加横向力对试件进行剪切，从而破坏试件并测量黏结力。
3. 双向剪试验：该方法是将试件分别施加垂直和水平方向的力，从而破坏试件并测量黏结力。
4. 数值模拟：该方法通过建立混凝土和钢筋的数学模型，分析其力学性能，从而得出黏结力。
五、研究结论1. 钢筋与混凝土的黏结力随着钢筋直径的增大而增大，随着钢筋表面积减少而减小。
2. 混凝土强度与钢筋与混凝土的黏结力呈正相关关系。
3. 拉伸速度对黏结力有一定的影响，拉伸速度越快，黏结力越小。
4. 数值模拟的方法可以较好地预测混凝土中钢筋与混凝土的黏结力。
基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟
基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟一、本文概述Overview of this article本文旨在探讨基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟。
文章将对钢筋混凝土框架结构进行简要介绍，阐述其在实际工程中的应用及其重要性。
接着，将详细介绍ABAQUS软件及其在结构数值模拟中的优势，特别是梁单元在模拟钢筋混凝土框架中的应用。
This article aims to explore the numerical simulation of reinforced concrete frame structures based on ABAQUS beam elements. The article will provide a brief introduction to reinforced concrete frame structures, explaining their application and importance in practical engineering. Next, we will provide a detailed introduction to ABAQUS software and its advantages in structural numerical simulation, especially the application of beam elements in simulating reinforced concrete frames.文章将重点分析使用ABAQUS软件建立钢筋混凝土框架结构的数值模型的过程，包括材料属性的定义、边界条件的设置、荷载的施加以及网格的划分等。
还将探讨如何对模拟结果进行分析和评估，以便更好地理解和预测钢筋混凝土框架结构的性能。
The article will focus on analyzing the process of establishing a numerical model of reinforced concrete frame structures using ABAQUS software, including the definition of material properties, setting of boundary conditions, application of loads, and meshing. We will also explore how to analyze and evaluate simulation results in order to better understand and predict the performance of reinforced concrete frame structures.通过本文的研究，旨在为工程师和研究者提供一种有效的数值模拟方法，以便在设计和优化钢筋混凝土框架结构时，能够更准确地预测其受力性能和变形行为。
钢筋和混凝土之间的粘结强度关系
钢筋和混凝土是建筑结构中常用的材料，它们之间的粘结强度关系对于结构的安全性和稳定性具有重要影响。
本文将就钢筋和混凝土之间的粘结强度关系展开讨论，以便读者更全面地了解这一重要的建筑工程知识。
一、介绍钢筋和混凝土1. 钢筋：钢筋是一种常用的建筑结构材料，其主要成分是碳素钢。
由于碳素钢具有良好的延展性和抗拉强度，因此在混凝土结构中被广泛应用于受拉区域，以增强混凝土的抗拉能力。
2. 混凝土：混凝土是一种由水泥、砂子和骨料按一定比例混合而成的建筑材料。
由于混凝土具有良好的抗压性能和耐久性，因此被广泛用于建筑结构的受压区域。
二、钢筋和混凝土之间的粘结强度3. 粘结机理：钢筋和混凝土之间的粘结强度取决于两者之间的粘结机理。
一般来说，粘结强度的形成是由于混凝土在钢筋表面形成的钝化氧化膜和钢筋表面形成的粘结胶结体共同作用的结果。
4. 影响粘结强度的因素：影响钢筋和混凝土粘结强度的主要因素包括混凝土质量、浇筑工艺、钢筋表面性质等。
混凝土的质量直接影响着混凝土内部的气孔和裂缝情况，进而影响着与钢筋的粘结质量。
5. 表面处理对粘结强度的影响：钢筋的表面处理对其与混凝土之间的粘结强度有着重要的影响。
一般来说，通过对钢筋进行喷丸清理或涂覆防锈剂等处理可以提高钢筋与混凝土之间的粘结强度。
三、提高钢筋和混凝土之间的粘结强度的方法6. 加强混凝土浇筑质量：提高混凝土的密实性和抗渗性，减少混凝土内部的气孔和裂缝对于提高粘结强度至关重要。
7. 优化钢筋表面处理工艺：采用合适的表面处理工艺可以提高钢筋表面的粗糙度和附着力，进而提高钢筋与混凝土之间的粘结强度。
8. 合理设计钢筋与混凝土的搭接方式：钢筋与混凝土的搭接方式直接影响着两者之间的粘结强度，合理设计搭接方式可以有效提高粘结强度。
9. 采用适当的粘结剂材料：在实际工程中，可以根据需要采用适当的粘结剂材料来提高钢筋与混凝土之间的粘结强度。
四、结论在建筑结构中，钢筋和混凝土之间的粘结强度关系直接关系到结构的安全性和稳定性。
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式1钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式钢筋混凝土是建筑结构中广泛使用的材料之一。
在结构设计与分析过程中，了解钢筋混凝土的本构关系和有限元模式是十分重要的。
本文将从理论和实践两个层面介绍钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式。
一、理论基础1.1 本构关系本构关系是描述材料应力和应变之间关系的数学模型。
对于钢筋混凝土结构来说，其本构关系可以分为弹性和塑性两个阶段。
如图1所示，该曲线表现了材料的应变和应力之间的关系。
在开始阶段，钢筋混凝土材料表现出弹性行为，即在一定范围内，应变和应力呈线性关系，在这个范围内，应力的变化只取决于外力的变化。
当荷载增加时，材料进入塑性阶段，即出现残余变形，弹性不再适用。
此时，应变和应力的关系呈现非线性态势，应力会逐渐增大，直至材料失效。
图1 钢筋混凝土的本构关系曲线1.2 有限元分析有限元分析是一种近似解微分方程的数值分析方法。
该方法将问题分解成一个有限数量的小区域，在每个小区域内建立数学模型，通过连接小区域，组成总体的数学模型。
对于钢筋混凝土结构的有限元分析，可以采用三维有限元模型或二维\轴对称有限元模型等。
二、实践操作2.1 有限元模型的建立在进行有限元分析前，需要建立合适的有限元模型。
在钢筋混凝土结构的有限元分析中，通常采用ABAQUS、ANSYS软件进行模拟。
有限元模型的建立需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件等，在模型建立的过程中需要进行模型分析和后处理，如应力监测、应变监测、变形量分析等。
2.2 本构关系的采用在建立有限元模型时需要设置材料弹性模量、泊松比、破坏应力等本构关系参数，这些参数可以通过试验数据和经验公式进行估算。
同时，基于实际结构的材料本身的特性和结构内力状态等影响因素，还需要考虑材料的非线性效应，包括弹塑性分析和的动力分析等。
三、应用现状在实际的建筑结构设计和分析中，钢筋混凝土结构的有限元分析被广泛采用，可以帮助工程师更加准确地预测材料的行为，并定位结构的破坏点及应急防御措施。
混凝土与钢筋之间的黏结性能研究
混凝土与钢筋之间的黏结性能研究一、研究背景混凝土是建筑工程中常用的材料，而钢筋则是混凝土加强和增加承载能力的重要材料。
混凝土与钢筋之间的黏结性能直接影响着混凝土结构的安全性和耐久性。
因此，研究混凝土与钢筋之间的黏结性能是非常重要的。
二、研究内容1.黏结强度的研究黏结强度是评价混凝土与钢筋之间黏结性能的主要指标之一。
通过黏结强度的研究，可以了解混凝土与钢筋之间的结合情况，为混凝土结构的抗震、抗风等性能提供依据。
黏结强度的测试方法有拉拔试验法、剪切试验法和剥离试验法等。
2.黏结性能与混凝土性质的关系混凝土的性质对混凝土与钢筋之间的黏结性能有着重要的影响。
研究混凝土的成分、强度、含水率、孔隙度等因素与黏结性能之间的关系，可以为优化混凝土配合比、提高混凝土的质量和性能提供依据。
3.黏结性能与钢筋表面处理的关系钢筋表面处理是影响混凝土与钢筋之间黏结性能的另一个重要因素。
常见的钢筋表面处理方法有酸洗、机械处理和喷涂等。
研究不同的钢筋表面处理方法对黏结性能的影响，可以为选择合适的钢筋表面处理方法提供依据。
4.黏结性能与环境因素的关系环境因素如温度、湿度、荷载等也会影响混凝土与钢筋之间的黏结性能。
研究环境因素对黏结性能的影响，可以为混凝土结构在不同环境下的安全性和耐久性提供依据。
三、研究方法1.拉拔试验法拉拔试验法是常用的测试混凝土与钢筋之间黏结强度的方法。
该方法通过施加拉力，测试混凝土与钢筋之间的黏结强度。
测试时，将钢筋固定在试验机上，然后将混凝土样品制成圆柱形，将其套在钢筋上，施加拉力，记录其破坏荷载和破坏形态。
通过拉拔试验法，可以了解混凝土与钢筋之间的结合情况和黏结强度。
2.剪切试验法剪切试验法是测试混凝土与钢筋之间剪切强度的方法。
该方法通过施加切力，测试混凝土与钢筋之间的黏结强度。
测试时，将钢筋固定在试验机上，然后将混凝土样品制成长方形，将其夹在两个夹具之间，施加切力，记录其破坏荷载和破坏形态。
通过剪切试验法，可以了解混凝土与钢筋之间的剪切强度和黏结性能。
零长度截面单元模拟钢筋与混凝土的粘结滑移
零长度截面单元模拟钢筋与混凝土的粘结滑移1.引言1.1 概述在这篇文章中，我们将探讨零长度截面单元模拟钢筋与混凝土的粘结滑移问题。
钢筋与混凝土的粘结滑移是指在混凝土结构中，钢筋与混凝土之间由于内力作用而产生的相对滑动现象。
这种相对滑动对混凝土结构的力学性能和耐久性能都具有重要影响。
钢筋与混凝土的粘结滑移行为是一个复杂而关键的问题，直接关系到混凝土结构的承载性能和变形性能。
通过模拟钢筋与混凝土的粘结滑移，我们可以更好地理解混凝土结构在不同加载条件下的力学行为，并为混凝土结构的设计与优化提供科学依据。
在过去的研究中，人们通过实验和数值模拟等手段对钢筋与混凝土的粘结滑移进行了广泛研究。
然而，由于实验条件的限制和复杂性，以及数值模拟的难度，这一问题仍然存在许多未解之谜。
而零长度截面单元模拟方法是一种相对简单且有效的模拟方法，可以较好地模拟钢筋与混凝土的粘结滑移行为。
本文的目的是通过零长度截面单元模拟方法，研究钢筋与混凝土的粘结滑移行为。
通过对粘结滑移的研究，我们可以深入了解钢筋和混凝土之间的相互作用机制，并探讨不同因素对粘结滑移的影响，从而为混凝土结构的安全性能和可靠性提供理论支持。
在接下来的章节中，我们将首先介绍零长度截面单元模拟方法的基本原理和应用范围。
然后，我们将重点讨论钢筋与混凝土粘结滑移的影响因素和模拟方法。
最后，我们将总结本文的研究结果，并讨论其在实际工程中的应用意义。
通过本文的研究，我们希望可以为混凝土结构的设计与施工提供参考，并为改进和优化现有的混凝土结构提供理论依据，从而提高混凝土结构的力学性能和耐久性能。
1.2 文章结构文章结构部分应包括以下内容：本文分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分包括概述、文章结构和目的。
概述部分将介绍本文的主题和背景。
本文主要研究零长度截面单元模拟钢筋与混凝土的粘结滑移现象，这在钢筋混凝土结构的设计和分析中具有重要意义。
文章结构部分将概述整个文章的组织结构。
混凝土与钢筋之间的粘结性能研究
混凝土与钢筋之间的粘结性能研究一、前言混凝土和钢筋是混凝土结构中最基本的两个材料，它们之间的粘结性能对于保证混凝土结构的力学性能及使用寿命有着至关重要的作用。
本文旨在对混凝土与钢筋之间的粘结性能进行研究，以期为混凝土结构的设计和施工提供有益的参考。
二、混凝土与钢筋之间的粘结机理混凝土与钢筋之间的粘结机理主要有两种：机械锚固和化学锚固。
机械锚固是指混凝土通过摩擦力和钢筋表面的凹凸不平相互作用，使钢筋得到固定的一种方式；化学锚固是指在混凝土中添加一种粘结剂，使其与钢筋表面发生化学反应，从而形成一层致密的化学粘结层，提高钢筋与混凝土之间的粘结强度。
三、影响混凝土与钢筋之间粘结性能的因素1.混凝土强度：混凝土的强度对其与钢筋之间的粘结性能有着直接的影响。
一般来说，混凝土的强度越高，其与钢筋之间的粘结强度越大。
2.钢筋表面形状：钢筋表面的粗糙程度也是影响混凝土与钢筋之间粘结性能的重要因素。
表面粗糙的钢筋可以增加混凝土与钢筋之间的摩擦力，从而提高粘结强度。
3.混凝土与钢筋之间的锚固长度：锚固长度是指混凝土中能够有效固定钢筋的长度。
锚固长度越大，粘结强度也越高。
4.混凝土的配合比：混凝土的配合比也会影响其与钢筋之间的粘结性能。
过多的水泥会导致混凝土的收缩，从而削弱钢筋与混凝土之间的粘结强度。
5.养护条件：养护条件也是影响混凝土与钢筋之间粘结性能的因素之一。
充分的养护可以保证混凝土的强度和密实性，提高其与钢筋之间的粘结强度。
四、混凝土与钢筋之间的粘结性能测试方法1.拉拔试验：拉拔试验是一种常用的测试混凝土与钢筋之间粘结性能的方法。
该方法通过施加拉力来破坏混凝土与钢筋之间的粘结，从而得出粘结强度。
2.剪切试验：剪切试验是一种通过施加剪力来测试混凝土与钢筋之间粘结性能的方法。
该方法可以更真实地模拟混凝土结构中发生的受力状态，因此被广泛应用。
3.梁试验：梁试验是一种通过制作混凝土梁来测试其与钢筋之间粘结性能的方法。
该方法可以模拟实际的混凝土结构受力状态，因此能够更全面地评估混凝土与钢筋之间的粘结性能。
钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟
密级：公开钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟Crack Analysis and NumericalSimulation on ReinforcedConcrete Beams摘要钢筋混凝土梁是一种重要的结构工程构件。
在对钢筋混凝土力学性能的研究中，随着有限元方法的不断完善以及计算机技术的迅猛发展，钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟技术也越来越受到人们的重视。
本文在借鉴前人研究成果的基础上，对钢筋混凝土梁进行了非线性有限元分析，重点对钢筋混凝土梁的裂缝行为进行了分析。
本文在对混凝土的本构关系、破坏准则、开裂机理以及混凝土与钢筋的粘结滑移机理进行分析、比较与综合的基础上，提出了一系列合理化的方法并利用计算机编程技术开发出了一种面向对象的钢筋混凝土梁非线性有限元分析软件。
在软件设计中，本文利用面向对象的方法，结合Visual C++.NET编程工具，将钢筋混凝土梁有限元的核心概念抽象成结点类、单元基类、荷载类、稀疏矩阵类、有限元分析主类以及混凝土三角形单元类、8结点等参单元类、钢筋类、粘结单元类等。
通过对这些类的实现，编制了较为完整的钢筋混凝士非线性有限元计算分析软件。
本文软件实现了比较完善的前处理功能。
同时也顺利的实现了部分后处理功能，包括结构计算模型图、结构剖分网格图、加载过程中的任意荷载步下结构变形图、混凝土单元与钢筋单元及粘结单元主应力迹线图、单元状态图、裂缝分布图，以及后处理数据的输出等。
最后，通过算例证明了本文所采用的理论、方法的合理性以及所开发软件的良好使用性能。
关键词：钢筋混凝土梁，裂缝分析，数值模拟，有限元分析，软件开发AbstractReinforced concrete beam is a type of important structure unit. During mechanics character of reinforced concrete being studied, the technology research of crack analysis and numerical simulation on reinforced concrete beams has been attracted scholars’ mo re and more attention with the improvement of finite element method and the rapid development of computer technology. On the base of the precursors’ accomplishments, reinforced concrete beams have been analyzed by nonlinear finite element analysis methods in this thesis, the emphases of which is the analysis on reinforced concrete beams’ cracking behavior.Constitutive relations, failure criteria and cracking mechanism of concrete and the cohesion and slippage between concrete and steel bar have been analyzed, compared and synthesized. Then serial reasonable methods have been put forward and an object-oriented reinforced concrete beams’ nonlinear finite element analysis software has been developed by the technology of computer programming in this thesis.In the course of developing the software, object-oriented method has been employed and Visual C++.NET programming tools have been used. And the core concepts of reinforced concrete beam finite element are abstracted into node class, element class, load class, sparse matrix class, finite element method analysis main class and concrete triangular element class, 8 nodes isoparametric element class, steel bar element class, join element class etc in this thesis. By these classes being realized, reinforced concrete nonlinear finite element computing software has been developed.The perfect pre-processing functions have been implemented in this software. At the same time, the post-processing functions including structure module map, discrete structure mesh map, and structure displacement map, main concrete element, steel bar element and join element stress trace map, element state map, cracking distribution map of any load step, and post-processing’s data output and so on have been fulfilled in this software.At last, the theories and methods which have been adopted in this thesis are reasonable and this developed software has good serviceability according to the result of computing examples.Keywords: reinforced concrete beams, crack analysis, numerical simulation, finite element analysis, software development目录第一章绪论 (1)1.1 钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟的研究意义 (1)1.2 研究现状及发展趋势 (3)1.2.1 钢筋混凝土有限元分析技术 (3)1.2.2 数值模拟的编程及软件开发技术 (5)1.3 本论文的主要工作 (7)第二章钢筋混凝土梁的裂缝分析理论 (9)2.1 微观裂缝与宏观裂缝 (9)2.2 分析的裂缝 (10)2.3 在荷载作用下混凝土裂缝的发展过程 (10)2.4 钢筋混凝土梁的裂缝机理 (12)2.5 裂缝模型 (13)2.5.1 分离式裂缝模型 (13)2.5.2 片状裂缝模型 (14)2.5.3 本文裂缝模型的处理模式 (16)2.6 单元开裂、压碎后释放应力的计算和分配 (17)2.6.1 混凝土单元开裂 (17)2.6.1.1 单向开裂 (17)2.6.1.2 双向开裂及裂缝闭合 (18)2.6.1.3 混凝土单元被压碎 (20)2.6.3 钢筋单元屈服 (20)2.6.4 粘结单元的应力达到峰值 (21)2.6.5 释放力的分配原则 (21)2.7 混凝土裂缝分析的数值过程 (21)2.8 本章小结 (24)第三章裂缝模拟的有限元分析理论 (25)3.1 钢筋混凝土梁有限元模型 (25)3.1.1 整体式模型 (25)3.1.2 组合式模型 (26)3.1.3 分离式模型 (27)3.1.4 采用的有限元模型 (28)3.2 采用的平面单元 (28)3.2.1 混凝土单元 (28)3.2.2 钢筋单元 (28)3.2.3 粘结单元 (29)3.3 材料本构关系 (30)3.3.1 钢筋本构关系 (30)3.3.2 混凝土本构关系 (31)3.3.2.1 混凝土本构关系模型 (31)3.3.2.2 混凝土本构曲线 (33)3.3.3 钢筋与混凝土间的粘结和滑移 (37)3.3.3.1 模拟粘结力联结单元的取值 (37)3.3.3.2 模拟粘结力联结单元的取值 (38)3.4 混凝土的破坏准则 (38)3.5 本章小结 (39)第四章软件的设计与实现 (41)4.1 开发环境与编程语言 (41)4.1.1 Visual 开发环境 (41)4.1.2 Visual C++.NET编程语言 (41)4.1.2.1 Visual C++.NET简介 (41)4.1.2.2 MFC简介 (42)4.2 面向对象编程简介 (42)4.2.1 什么是面向对象编程 (42)4.2.1.1 面向对象方法的由来 (42)4.2.1.2 面向对象编程语言的三个特性 (43)4.2.1.3 类和对象的基本概念 (45)4.3 钢筋混凝土梁结构对象分析和设计 (47)4.3.1 结点类 (47)4.3.2 单元类 (48)4.3.3 荷载类与荷载组类 (49)4.3.4 材料类 (50)4.3.5 有限元分析主类 (51)4.3.6 平衡方程求解 (51)4.3.7 重要函数流程图 (51)4.4 建立基于Windows的面向对象的数值模拟软件 (56)4.4.1 建立Windows 应用程序框架 (56)4.4.2 建立各种消息映射 (56)4.4.3 数值模拟软件的实现 (57)4.4.3.1 数值模拟前处理 (57)4.4.3.2 数值模拟有限元分析 (59)4.4.3.3 数值模拟后处理 (60)4.5 本章小结 (61)第五章可视化技术在本软件中的应用 (62)5.1 科学计算可视化技术简述 (62)5.2 二维有限元网格的自动剖分 (63)5.3 屏幕图像显示与绘制 (64)5.4 图像的放大、缩小与移动 (66)5.5 颜色与应力的关系 (66)5.5.1 颜色模型 (66)5.5.2 颜色与应力关系 (68)5.5.3 本文彩色主应力迹线的方法 (68)5.6 本章小结 (69)第六章实例分析 (70)6.1 连续深梁 (70)6.2 深梁弯曲破坏 (73)6.3 本章小结 (77)第七章结论与展望 (78)7.1 结论 (78)7.2 展望 (79)参考文献 (80)致谢 (84)个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 (85)第一章绪论1.1 钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟的研究意义自从波特兰水泥问世以来，混凝土和钢筋混凝土这一重要的工程材料，得到了极其广泛的应用和发展。
钢筋混凝土结构材料—钢筋与混凝土之间的黏结
保护层越厚，钢筋的净间距越大，粘结强度 越高。
5）横向钢筋与侧向压力的影响。
横向钢筋的约束或侧向压力的作用能够提高 粘结强度。
粘结强度较低。粘结破坏形态为剪切破 坏（钢筋从混凝土中被拔出），破坏面 是钢筋和混凝土之间的接触面。 措施：端部做弯钩和保证足够的锚固长度。
2. 粘结力的组成
❖ 带肋钢筋
胶结力和摩擦力仍然存在，但主要是机械 咬合力，粘结强度较高。
变形钢筋横肋处的挤压力和内部裂缝
2. 粘结力的组成
带肋钢筋粘结破坏形态： ➢ 剪切型粘结破坏(保护层较厚或有环向 箍筋约束）；
加荷端钢筋：
s
F As
,s
s
Es
加荷端混凝土： c 0, c 0
1. 粘结应力与粘结强度
❖ 传力过程
应变差产生粘结应力τ，τ将钢筋拉力逐步向 混凝土传递，钢筋的应力应变减小，而混凝土 的应力应变增加，直到距试件端面长度l 处εs=εc， τ=0。
1. 粘结应力与粘结强度
2）粘结强度
拔出试验中粘结失效（钢筋被拔出，或者混凝 土被劈裂）时的最大平均应力称为粘结强度。 平均粘结应力的计算式：
F dl
式中: F—拉拔力； d—钢筋直径； l—钢筋埋置深度。
1. 粘结应力与粘结强度
3）粘结应力分布
2. 粘结力的组成
1）粘结作用的组成
❖钢筋与混凝土之间的化学胶着力。 ❖混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 ❖钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的 机械咬合力。
2. 粘结力的组成
❖组成
➢劈裂型粘结破坏（保护层厚度较小， 或未配环向箍筋）。
2. 粘结力的组成
光圆钢筋和变形钢筋的粘结 机理的主要区别？
混凝土与钢筋之间黏结性能的试验研究
混凝土与钢筋之间黏结性能的试验研究一、研究背景混凝土与钢筋之间的黏结性能是混凝土结构中的重要性能之一，它关系到混凝土结构的力学性能和耐久性能，直接影响着混凝土结构的安全性能和使用寿命。
因此，对混凝土与钢筋之间黏结性能的研究具有重要的理论意义和实践价值。
二、研究目的本研究旨在通过试验研究混凝土与钢筋之间的黏结性能，探究其影响因素，并提出相应的改进措施，为混凝土结构的设计、施工和使用提供依据。
三、试验方法本研究采用拉拔试验法，测试混凝土与钢筋之间的黏结强度。
具体步骤如下：1.准备试件：选取规格为100mm×100mm×100mm的混凝土试块和直径为10mm的钢筋，将钢筋嵌入混凝土试块中心位置，并将其露出部分用胶粘固定。
2.试验装置：将试件放置在拉拔试验机上，固定住试件和拉力计，使试件和拉力计成为一个整体。
3.试验过程：以恒定速度施加拉力，记录拉力和变形值，直至试件破坏。
4.数据处理：根据拉力和变形值计算黏结强度，并进行统计分析。
四、试验结果1.混凝土强度对黏结强度的影响本试验采用了不同强度等级的混凝土试件，结果表明，混凝土强度越高，黏结强度越大。
这是由于强度较高的混凝土在受拉时更难破坏，能够更好地保护钢筋，从而提高了黏结强度。
2.钢筋直径对黏结强度的影响本试验选取了不同直径的钢筋进行测试，结果表明，钢筋直径越大，黏结强度越大。
这是由于钢筋直径越大，接触混凝土面积越大，黏结面积也随之增加，从而提高了黏结强度。
3.钢筋表面形态对黏结强度的影响本试验选取了不同表面形态的钢筋进行测试，结果表明，钢筋表面形态对黏结强度有一定的影响。
表面光洁的钢筋黏结强度较低，而表面粗糙的钢筋黏结强度较高。
这是由于表面粗糙的钢筋能够更好地与混凝土接触，形成更多的黏结面积，从而提高了黏结强度。
五、改进措施1.采用高强度混凝土由于混凝土强度对黏结强度有直接影响，因此采用高强度混凝土是提高黏结强度的有效措施之一。
钢筋与混凝土的粘结就计算.doc
钢筋与混凝土的粘结就计算.doc范本一：一：钢筋与混凝土的粘结力计算1.1 引言钢筋与混凝土的粘结力是混凝土结构的重要参数之一，影响着结构的承载力和耐久性。
本文档旨在介绍钢筋与混凝土粘结力计算的相关内容。
1.2 粘结力计算的基本原理钢筋与混凝土的粘结力是由表面摩擦力和化学粘结力两部分组成。
表面摩擦力由钢筋和混凝土的粗糙接触面积和表面摩擦系数决定；化学粘结力则是指钢筋的锈蚀与氧化物与混凝土间的发挥作用产生的粘结力。
1.3 粘结力计算公式根据相关研究和实验数据，钢筋与混凝土的粘结力可以通过以下公式计算：粘结力 = 表面摩擦力 + 化学粘结力1.3.1 表面摩擦力的计算表面摩擦力 = 钢筋与混凝土的粗糙接触面积 × 表面摩擦系数1.3.2 化学粘结力的计算化学粘结力 = 钢筋的锈蚀与氧化物与混凝土间的发挥作用产生的粘结力1.4 粘结强度的影响因素钢筋与混凝土的粘结力受到以下因素的影响：1.4.1 温度1.4.2 钢筋直径1.4.3 表面处理方式1.4.4 温度变化1.4.5 湿度1.4.6 混凝土强度1.4.7 钢筋锈蚀程度二：附件本文档涉及的附件包括：粘结力计算示例、粘结力实验数据表等。
三：法律名词及注释1. 粘结力：指钢筋与混凝土之间的粘结强度。
2. 表面摩擦力：由钢筋与混凝土的粗糙接触面积和表面摩擦系数决定的粘结力。
3. 化学粘结力：指钢筋的锈蚀与氧化物与混凝土间的发挥作用产生的粘结力。
范本二：一：钢筋与混凝土的粘结力计算1.1 概述钢筋与混凝土的粘结力是混凝土结构设计和施工中重要的参数之一，直接影响结构的承载性能和耐久性。
本文档旨在提供钢筋与混凝土粘结力计算的详细步骤和方法。
1.2 粘结力计算理论基础钢筋与混凝土的粘结力主要由表面摩擦力和化学粘结力两部分组成。
表面摩擦力取决于钢筋和混凝土的接触面积和表面摩擦系数，而化学粘结力则是由钢筋的锈蚀产生的。
1.3 粘结力计算公式根据研究和实验数据，钢筋与混凝土的粘结力可通过以下公式计算：粘结力 = 表面摩擦力 + 化学粘结力1.3.1 表面摩擦力的计算表面摩擦力 = 钢筋与混凝土的接触面积 × 表面摩擦系数1.3.2 化学粘结力的计算化学粘结力 = 钢筋锈蚀产生的粘结力1.4 粘结力影响因素钢筋与混凝土的粘结力受以下因素的影响：1.4.1 温度1.4.2 钢筋直径1.4.3 表面处理方式1.4.4 温度变化1.4.5 湿度1.4.6 混凝土强度1.4.7 钢筋锈蚀程度二：附件本文档涉及的附件包括：粘结力计算实例、相关实验数据表等。
钢筋混凝土柱抗震性能的数值模拟研究
钢筋混凝土柱抗震性能的数值模拟研究一、研究背景和意义钢筋混凝土柱作为结构体系中承受纵向荷载和扭转荷载的主要构件，其抗震性能的研究具有重要的理论和应用价值。
在地震作用下，钢筋混凝土柱可能出现轴心受压破坏、弯矩破坏和剪力破坏等多种破坏形式，因此，钢筋混凝土柱的抗震性能研究能够为工程实践提供重要的参考依据。
数值模拟技术是研究钢筋混凝土柱抗震性能的主要手段之一，其能够在实验数据较少或难以获取的情况下，通过建立数值模型对柱的力学性能进行预测和分析，为优化结构设计和加强抗震能力提供支持。
二、数值模拟方法数值模拟方法是利用计算机对结构进行建模、计算和分析的一种方法，其基本思想是将结构分解为有限个小单元，通过建立数学模型对单元的力学行为进行描述和计算，从而得出结构的力学性能。
在钢筋混凝土柱抗震性能的数值模拟中，常用的方法有有限元方法、非线性动力分析方法和基于等效静力分析的方法。
1. 有限元方法有限元方法是一种广泛应用的数值模拟方法，其基本思想是将结构划分为有限个小单元，对每个小单元建立数学模型，通过求解小单元的力学方程，得出结构的全局响应。
在钢筋混凝土柱的有限元模拟中，需要考虑材料的非线性性、几何非线性和边界条件等因素，对于柱的破坏形态和受力性能的预测具有较高的精度。
2. 非线性动力分析方法非线性动力分析方法是利用地震波作用下结构的动力响应来评估其抗震性能的一种方法，其基本思想是将结构的动力行为和非线性材料行为综合考虑，通过求解结构的动力方程，得出结构的响应特征。
该方法在钢筋混凝土柱的抗震性能研究中，能够考虑结构的动力响应和材料的非线性特性，对于柱的破坏模式和受力性能的预测具有较高的准确性。
3. 基于等效静力分析的方法基于等效静力分析的方法是一种简化的数值模拟方法，其基本思想是将地震作用下的动力响应转化为等效静力作用下的静力响应，通过求解结构的静力方程，得出结构的受力性能。
该方法在钢筋混凝土柱的抗震性能研究中，能够简化计算过程，提高计算效率，但对于柱的破坏模式和受力性能的预测具有一定的误差。
高强混凝土与钢筋粘结-滑移的数值模拟
直 径 屈 服强 屈服 应 极 限强 极 限应 弹 性 模 ／ ｍｍ 度 ／ ａ 变 ／ ｃ。 度 ／ ａ 变 ／ｃ 量 ／ ａ ＭＰ １ｒ Ｉ ＭＰ １ｒ Ｉ ＧＰ
１ ２ ５ ００ Ｏ ７ ．２ ６６ ６ １ ．１ ２ ５ ２ ０６
１ ＡＮＳ ＹＳ分 析 模 型
学性能的影响 ， 粱几何参数 ， 基 利用 以前 学者 由试验得到 的粘结
滑 移 曲线 ， 用 非线 性 弹 簧 单 元 Ｃ 采 ＯＭＢ Ｎ ９模 拟 了钢 筋和 混 凝 土 之 间的 粘 结 滑移 ， 立 了粘 结 滑 移 关 系 曲 线 与 弹 Ｉ３ 建 簧 单元 卜 Ｄ 曲 线的 转 换 技 术． 于 ＡＮ Ｙ 基 Ｓ Ｓ强 大 的后 处 理 功 能 对考 虑 粘 结 滑移 问题 的 混 凝 土 模 型 梁进 行 了 细致 的
拉压 杆单 元 Ｉ ＮＫ８ 拟纵筋 和箍筋． Ｊ 模 为考虑 混凝土 与钢 筋之 问 的粘 结滑 移 行 为 ， 钢 筋 与混 凝 土界 面 在 节点 上设 置 ３ 个非 线性 弹簧 单元 Ｃ ＯＭＢ Ｎ３ ， 图 Ｉ ９如
近 年来 国家大 力推 广 高强 混凝 土 ， 中模 型梁 文
采用 Ｃ ０ 强混凝 土 ， ？ 土 结构 设 计规 范 》ＧＢ ８高 《昆凝 （
结构试验 方法标 准 》ＧＢ５ １２ ９ ） 对 粘结 滑 （ ０ ５－ ２口仅
移 对 比试 验有所说 明， 而没有针对 结 构的梁式 试验 ， 因此采用 数学模型 将粘结 一 移本 构关 系 引入结 构 ， 滑
Ｃ Ｃ ＴＥ材 料默认 的 Ｗｉｉ — ｒｋ ＯＮ ＲＥ ｌａ Ｗａｎ ｅ五参 数 ｌｍ
破坏 准则． １ １ ２ 钢 筋材料模 型 ．．
对 正确评 价结构 的受力性 能具有 重要 意义．
混凝土构件的粘结性能试验和数值模拟研究
混凝土构件的粘结性能试验和数值模拟研究一、前言混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料，其特性受到多种因素的影响，其中一个重要的因素就是混凝土构件的粘结性能。
粘结性能是指混凝土与钢筋之间的粘结强度，是保证混凝土构件力学性能的关键。
为了深入了解混凝土构件的粘结性能，需要进行试验和数值模拟研究。
本文将从试验和数值模拟两个方面进行探讨。
二、试验研究1.试验目的通过试验研究混凝土构件的粘结性能，确定混凝土与钢筋之间的粘结强度及其影响因素。
2.试验方法采用拉伸试验和剪切试验两种方法进行试验。
拉伸试验可以测定混凝土与钢筋之间的剥离强度，剪切试验可以测定混凝土与钢筋之间的剪切强度。
3.试验结果试验结果显示，混凝土构件的粘结强度受多种因素影响，包括混凝土强度、钢筋直径、钢筋粘结长度、混凝土表面状态等。
其中，混凝土强度对粘结强度影响最为显著，其次是钢筋粘结长度和混凝土表面状态。
4.试验结论通过试验可以得出以下结论：（1）混凝土强度对粘结强度影响最为显著；（2）钢筋粘结长度和混凝土表面状态对粘结强度影响较大；（3）钢筋直径对粘结强度影响较小。
三、数值模拟研究1.数值模拟目的通过数值模拟研究混凝土构件的粘结性能，探讨混凝土与钢筋之间的粘结强度及其影响因素，并与试验结果进行对比。
2.数值模拟方法采用有限元方法进行数值模拟，建立混凝土构件的三维模型，并在模型中加入钢筋。
通过对模型进行荷载分析，得出混凝土与钢筋之间的粘结强度。
3.数值模拟结果数值模拟结果显示，混凝土构件的粘结强度受多种因素影响，与试验结果一致。
同时，数值模拟可以更加直观地展示混凝土与钢筋之间的粘结状态，为深入研究混凝土构件的粘结性能提供了便利。
4.数值模拟结论通过数值模拟可以得出以下结论：（1）混凝土强度对粘结强度影响最为显著；（2）钢筋粘结长度和混凝土表面状态对粘结强度影响较大；（3）钢筋直径对粘结强度影响较小。
四、结论通过试验和数值模拟两个方面的研究，可以得出混凝土构件的粘结性能受多种因素影响，其中混凝土强度对粘结强度影响最为显著。
带肋钢筋与混凝土间粘结滑移本构模型
轴对称应力和相应的位移：
σ ρ = A/ρ 2 + 2C
(1)
σϕ = − A/ρ 2 + 2C
(2)
uρ = [−(1+ν ) A / ρ + 2(1−ν )Cρ] E
(3)
式中 E 、ν 为混凝土弹性模量和泊松比。
1.2 楔形体在楔顶受竖向集中力 F 作用
混凝土开裂后理论计算模型采用尖劈顶端受
集中力作用的楔形体，如图 2 所示。
1 两种特殊平面问题的位移解
1.1 受均匀内压作用的圆环 文献[9]针对图 1 所示的位移轴对称问题提供了
详细的推导过程，本文直接引用其结果。
r c
τ σϕ ϕρ
y
τρϕ ρ σρ
σρ ϕ
τρϕ τϕρ
σϕ
x
(a)
(b)
图 1 受均匀内压作用的混凝土圆环 Fig.1 Concrete ring with uniform internal pressure
E(α + sinα )
f1(ρ) − ρ f1′(ρ) = M
(13)
求解式(12)、式(13)：
f
(ϕ )
=
C1
cosϕ
+
C2
sin ϕ
+
F (ν E(α +
− 1) sin α
)
⋅ϕ
⋅
sin ϕ
(14)
f1(ρ) = H ρ + M
(15)
将式(14)对ϕ 求导后代入式(12)：
166
工程力学
ON BOND-SLIP CONSTITUTIVE MODEL BETWEEN RIBBED STEEL BARS AND CONCRETE
钢筋材料的本构模型
钢筋材料的本构模型钢筋作为建筑结构中非常重要的材料之一，它在工程中的应用广泛且至关重要。
在工程计算和结构分析中，需要使用钢筋材料的本构模型来描述其力学性能和行为。
钢筋的本构模型是一个关于应力（stress）和应变（strain）之间关系的数学描述，可以帮助我们更好地理解和预测钢筋在不同载荷下的变形和破坏行为。
1. 引言在建筑工程中，钢筋经常用于增强混凝土结构的强度和刚度。
钢筋与混凝土结构紧密结合，共同承担着各种外部荷载的作用。
了解钢筋材料的本构行为对于工程设计和分析至关重要。
2. 钢筋的基本力学性质钢筋具有很高的强度和刚性，其力学性质可以通过拉伸试验获得。
在拉伸试验中，将钢筋置于拉伸机中，并施加外部加载。
通过测量钢筋的应变和应力，可以得到钢筋的应力-应变曲线。
应力-应变曲线的形状和斜率可以反映钢筋的材料特性和性能。
3. 钢筋的本构模型钢筋的本构模型是一种数学模型，用于描述钢筋材料在外部荷载作用下的力学行为。
常见的钢筋本构模型包括线性弹性模型、双切模型和塑性本构模型等。
这些模型基于不同的假设和数学表达式，可以用来预测钢筋的力学性能和变形行为。
4. 线性弹性模型线性弹性模型是最简单也是最常用的钢筋本构模型。
该模型假设钢筋在小应变范围内具有线性的应力-应变关系，即应力与应变成正比。
这意味着在该范围内，钢筋具有弹性变形，应力消失后可以完全恢复到初始状态。
线性弹性模型的优点是简单易懂，计算方便，但它并不能准确描述钢筋在较大应变范围内的非线性行为。
5. 双切模型双切模型是一种更复杂的钢筋本构模型，它考虑了钢筋在双向剪切应力作用下的变形行为。
该模型可以较好地描述钢筋在较大应变范围内的非线性变形和断裂行为。
双切模型的应力-应变关系可以通过复杂的数学函数来描述，需要更高级的计算和分析方法。
6. 塑性本构模型塑性本构模型是一种用于描述钢筋在塑性变形阶段行为的模型。
它通过引入强度衰减函数和塑性硬化规律来描述钢筋的力学性能和变形行为。
钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝的数值模拟的开题报告
钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝的数值模拟的开题报告
一、研究背景
钢筋混凝土结构在现代建筑中广泛应用，是建筑和基础设施的重要组成部分。
在工程实践中，钢筋混凝土的粘结性能以及梁裂缝问题是主要的问题之一，该问题对结构的安全性和耐久性有着很大的影响，需要深入研究。
二、研究内容
本研究旨在通过数值模拟的方法对钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝进行研究，主要包括以下内容：
1. 钢筋混凝土粘结性能的数值模拟
钢筋与混凝土之间的黏合力是影响结构安全性和耐久性的主要因素之一。
本研究将通过数值模拟方法分析钢筋和混凝土之间的黏合力，并研究其影响因素。
2. 梁裂缝的数值模拟
钢筋混凝土梁的裂缝问题是结构安全性和耐久性的严重问题。
本研究将通过数值模拟方法分析不同裂缝形态在结构中的分布和影响，以及其对结构稳定性和耐久性的影响。
三、研究方法
本研究将采用有限元数值模拟方法，通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的数值模型，来研究钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝问题。
四、研究预期成果
本研究预期可以通过数值模拟方法深入研究钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝问题的研究，并且发现和解决现有结构存在的问题，提高结构的安全性和耐久性。
第七章-钢筋与混凝土之间的粘结
第七章钢筋与混凝土之间的粘结§7.1 概述钢筋与混凝土的粘结是钢筋与其周围一定影响范围内混凝土的一种相互作用，它是这两种材料共同工作的前提之一，也是对钢筋混凝土构件的承载力、刚度以及裂缝控制起重要影响的因素之一。
粘结的退化和失效必然导致钢筋混凝土结构力学性能的降低和破坏。
随着有限元法在钢筋混凝土结构非线性中的应用，钢筋与混凝土之间粘结和滑移的研究更显重要。
7.1.1 粘结应力及其分类1．粘结应力的定义粘结应力是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力。
它并非真正的钢筋表面上某点剪应力值,而是一个名义值(对于变形钢筋而言)，是指在某个计算范围(变形钢筋的一个肋的区段)内剪应力的平均值，且对于变形钢筋来说，钢筋的直径本身就是名义值。
2．粘结应力分类·弯曲粘结应力由构件的弯曲引起钢筋与混凝土接触面上的剪应力。
可近似地按材料力学方法求得。
由于在混凝土开裂前，截面上的应力不会太大，所以一般不会引起粘结破坏，对结构构件的力学性能影响不大。
该粘结主要体现混凝土截面开裂前钢筋与混凝土的协同工作机理。
其大小与弯曲粘结应力及截面的剪力分布有关，即对于未开裂截面，弯曲粘结应力的分布规律与剪力分布相同。
·锚固粘结应力钢筋的应力差较大，粘结应力值高，分布变化大，如果锚固不足则会发生滑动，导致构件开裂和承载力下降。
粘结破坏是一种脆性破坏。
·裂缝间粘结应力开裂截面的钢筋应力，通过裂缝两侧的粘结应力部分地向混凝土传递，使未开裂截面的混凝土受拉，也使得混凝土内的钢筋平均应变或总变形小于钢筋单独受力时的相应变形，有利于减小裂缝宽度和增大构件的刚度，此即“受拉刚化效应”。
裂缝间粘结应力属于局部粘结应力范围。
该粘结应力数值的大小反映了受拉区混凝土参与工作的程度。
局部粘结应力应变分布复杂，存在着混凝土的局部裂缝和两者之间的相对滑移，平截面假定不再符合，且影响因素较多，如剪切破坏、塑性铰的转动能力以及结构中的弹塑性分析等。
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开裂现象。对于空间问题屈服准则为式 (8) , 流动矢
量为
5F 5Ρ
=
[ 1 0 0 ]T
(11)
代入 D p 的表达式有
d
2 n
0
0
Dp =
A
1 +
dn
0
00
(12)
0 00
2. 3. 4 界面同时出现滑移和开裂
表明在此状态下界面应力要全部释放, 界面上
的应力为零。
3 钢筋与混凝土的粘结应力2 滑移 本构关系的数值模拟
高向玲, 李 杰3
(同济大学 建筑工程系 上海 200092)
摘 要: 钢筋与混凝土间的粘结本构关系是混凝土结构弹塑性有限元分析的基础之一。针对这一基本问题, 本文 提出了通过数值模拟方法研究粘结本构关系的思路。 采用不连续介质力学问题的界面元法, 编制了三维问题的 界面元分析程序, 用以对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能进行细观力学分析。 通过对两类测量粘结 应力以及滑移的典型试件 (单端拉拔试件和两端对拉试件) 的分析, 表明计算结果与试验结果吻合良好。
图 1 两端对拉试件尺寸 F ig. 1 Size of doub le pu llou t specim en
图 3 钢筋应变沿纵轴的分布 F ig. 3 Strain d ist ribu t ion along long itude ax is
·76·
计算力学学报
第 22 卷
题, 令界面的剪应力 Σs =
Σ2 s1
+
Σ2 s2
,
则当界面在压
应力和剪应力作用下出现滑移时的屈服准则可由
下式表示
F 1 = Σs - c + Ρn tg Υ= 0
(7)
式中 Σs 为界面的剪应力, Ρn 为界面的法向应力, c 为 界面的粘聚力, Υ为界面的内摩擦角。
当界面在拉应力和剪应力作用下出现拉裂时 的屈服准则可由下式表示
两端对拉试件用来模拟钢筋混凝土构件两裂 缝间的钢筋与混凝土粘结性能。为了分析高性能混 凝土与钢筋的粘结性能, 并验证所编程序的可行 性。作者进行了两端对拉试件的试验[5], 试件为棱 柱体, 尺寸为 154 mm × 154 mm × 176 mm (见图 1) , 直径为 22 mm 的月牙纹钢筋锚固于试件的中 心。
修改此界面的单刚后, 重新拼装总刚。重复步骤 (7)
～ (9) , 直到两次解得的位移之差小于某一数值,
再进行下一级加载。如此循环, 直到试件中钢筋与
混凝土的界面形成纵向劈裂或钢筋与混凝土间的
相对滑移过大 (钢筋从混凝土中拔出) , 即认为试件
最终破坏。
4 界面元分析实例
采用所编程序, 分析了两类典型的测量钢筋与 混凝土粘结滑移关系试验的试件。 4. 1 屈服准则中参数的取值
根据程序计算的两端对拉试件的钢筋应变分 布见图 3 中的 △ 连成的曲线, 粘结应力的分布见 图 4 中的 △ 连成的曲线。
将图 3 和图 4 中的试验结果与程序计算结果 对比可见, 程序分析结果较好地模拟了试验结果。
比较图 4 中在各级荷载作用下粘结应力的分 布还可看出, 3 连成的曲线是根据试验结果得到 的粘结应力的分布, 粘结应力是根据试验所贴应变 片的读数经过计算得到的, 而在试件的末端因未贴 应变片, 所以无法得到试件端部的应力分布。△ 连 成的曲线是程序分析的结果, 可以得到粘结应力沿 试件全长的分布情况, 充分体现了数值模拟的优 势。
C
3 e
(5)
式中 D 为界面的刚度矩阵, L 为局部坐标与整体 坐标间的转换矩阵, N 为形函数矩阵。
因 ∆U 的任意性, 经过简化可得界面元法的支 配方程为
KU = R
(6)
式中符号的含意可参见文献[ 4 ]。 2. 3 界面元件的屈服准则和弹塑性模型 2. 3. 1 屈服准则
根 据界面元的原理, 对于界面元而言, 界面的 应力状态仅与界面的正应力 Ρn 和剪应力 Σs 有关, 界 面可能的破坏状态是界面相对滑移过大或者界面 拉裂, 所以采用M oh r2Cou lom b 准则和最大拉应力 准则结合在一起判断界面的受力状态。对于空间问
为了测出整个加载过程中, 沿钢筋全长钢筋应 变的变化情况, 在文献[ 5 ]的研究中, 采用了钢筋
图 2 计算模型及单元划分 F ig. 2 M odel of calcu lation and d ivide of elem en t
开槽粘贴应变片的试验方法。根据试验中应变片所 测钢筋应变, 得到在各级荷载作用下的钢筋应力与 粘结应力沿钢筋纵轴的分布, 分别见图 3 和图 4 中 的 3 号表示的曲线。
∫ ∫ ∫ Ρij ∆eijd8 = f i∆u id8 + p i∆u ids (1)
8
8
SΡ
式 (1) 的左边代表内力 Ρij 做的虚功, 右边代表外力
(体力 f i 和面力 p i) 做的虚功, 即内力做的虚功和
外力做的虚功应相等。界面元离散模型由有限多的
块体元和界面元组合而成, 且假设块体元的变形累 积于界面, 故块体元本身只有刚体位移项, 不存在 内 力虚功, 而其周界界面元的面力 T i 在界面相对 虚位移过程中却做了虚功, 该虚功对块体元而言即 是块体的外力虚功。从而由式 (1) 可给出界面元离 散模型的虚功方程为
F 2 = Ρt - R t = 0
(8)
式中 Ρt 为界面的主拉应力, R l 为界面的抗拉强度。
2. 3. 2 界面出现滑移后的弹塑性矩阵
若界面上的应力满足屈服准则 F 1 ≥ 0, 表明该
界面出现滑移现象。对于空间问题屈服准则采用式
(7) , 则有流动矢量:
5F 5Ρ
=
tg Υ
Σs1
Σ2 s1
根据界面元原理编制的程序分析该试件时, 用 圆柱体试件模型近似代替棱柱体试件。由于试件为 两端对拉试件, 且试件未开裂, 试件左右对称, 程序 计算时仅取试件的一半进行分析。对于圆柱体试件 利用轴对称性质, 仅取一个楔形体 (见图 2) 进行分 析 (楔形体的角度取 5 度)。在此模型中, 前后边界 以及左边界均为对称边界, 上边界为自由边界。
收稿日期: 2003204225; 修改稿收到日期: 20032102201 基金项目: 上海市重点学科建设资助项目 1 作者简介: 高向玲 (19682) , 女, 讲师生导师.
2 界面元法的原理
2. 1 界面应力法的原理 固体力学的虚功原理表达式为
第22卷第1期 2005 年 2 月
计算力学学报 Ch inese Journa l of Com puta tiona l M echan ics
V o l. 2 2 , N o. 1 Feb ruary 2005
文章编号: 100724708 (2005) 0120073205
钢筋与混凝土粘结本构关系的数值模拟
在采用表达式 (7) 和式 (8) 来判断界面的屈服 时, 通过程序计算与试验结果的比较, 粘聚力 c 较 合理的取值范围为: 1. 0～ 3. 0 N mm 2, 内摩擦角 Υ 较合理的取值范围为: 0. 1～ 0. 15 rad; 钢筋与混凝 土界面的抗拉强度取值为 2. 0～ 3. 5 N mm 2。 4. 2 两端对拉试件分析
根据上述界面元法的基本原理, 编制了按空 间问题考虑的程序, 该程序可以实现粘结应力 2 滑 移本构关系的数值模拟。其基本步骤是:
(1) 划分单元, 生成计算网格 进行节点编号并建立节点坐标。对块体元和界 面元编号, 并分别建立块体元和界面元对应的节点 编号。建立界面单元号与块体单元号间的关系 (对 于空间问题一个块体单元及其对应的六个界面的 编号)。 建 立界面信息 (如钢筋与混凝土的界面、钢筋 与钢筋的界面、混凝土与混凝土的界面, 混凝土自 由面、钢筋自由面、受荷面等)。 导入材料信息 (即钢筋和混凝土的弹模和泊松 比, 钢筋和混凝土界面的粘聚力、内摩擦角, 混凝土 的抗拉强度、抗压强度) , 约束信息和荷载工况。 (2) 根据块体位移模式建立形函数矩阵 N , 根 据材料本构关系和界面信息, 形成弹性矩阵D 。 (3) 根据定义的界面局部坐标系与整体坐标 系的关系建立界面的转换矩阵L 。 (4) 按界面编号循环形成单刚 k j , 并将单刚拼 装到总刚相应的位置, 形成总刚 K 。 (5) 形成荷载列阵 R 。
第 1 期
高向玲, 等: 钢筋与混凝土粘结本构关系的数值模拟
·75·
(6) 形成块体形心位移列阵 U 。
(7) 求解位移控制方程 K U = R , 解得块体形
心位移列阵
U
,
从而得到每个块体的形心位移
u
。 ( i)
g
(8) 按界面编号进行循环, 由已知的形心位移
u
( g
i)
以及形函数及
转换矩阵
得到界面
+
Σ2 s2
Σs2
T
Σ2 s1
+
Σ2 s2
(9)
将式 (9) 代入弹塑性增量理论 D p [7] 的表达式
有:
Dp =
A
1 +B
d
2 n
tg2
Υ
c1d nd s1 tg Υ c2d nd s2 tg Υ
d nd s tg Υ
c21d s1
c1c2d s1d s2
c2d nd s2 tg Υ c1c2d s1d s2
关键词: 钢筋; 混凝土; 粘结本构; 界面元; 数值模拟 中图分类号: TV 33 文献标识码: A
1 引 言
对于钢筋2混凝土粘结本构关系的研究, 多数 文献都是从试验研究入手, 建立经验型或半理论型 粘结本构关系[123 ]。 例如: 希腊学者 T a ssio s 等[1 ]根 据钢筋混凝土微段的力的平衡关系和变形的协调 关系, 列出基本的平衡关系式, 再根据单调荷载、反 复荷载作用时边界条件的不同, 得到钢筋与混凝土 间 的 粘 结 应 力 以 及 滑 移。 1996 年, 英 国 的 A llw ood[2] 从一个全新的角度考虑粘结应力, 提出 了极限粘结强度和钢筋所受的径向压力间是一种 线性关系, 利用该关系式可以考虑钢筋与混凝土间 的粘结作用而又不需增加太多的弹簧连接。但粘结 滑移的本构关系受试件破坏形式的影响, 必须是在 知道破坏情况的前提条件下才能予以分析本构。瑞 典的 Ka rin L undg ren [3] 提出了一种新的粘结本构 模型, 该模型可以考虑劈裂破坏, 并且可以根据钢 筋屈服与否, 钢筋周围混凝土的尺寸、强度等引用 不同的本构。由于粘结应力沿钢筋长度分布极度复 杂, 迄今为止, 还很难有一个合理的模型可以反映 这种分布规律。基于这一背景, 我们在研究工作中, 提出了根据界面元原理[4], 采用数值模拟方法研究 钢筋与混凝土中的粘结应力分布规律, 进而研究粘 结本构关系的基本设想。