钢筋混凝土粘结应力及粘结滑移本构模型研究

低， 而钢筋 的抗拉 强度很 高却不 能独立 承压且 耐久性 不好 ， ■者 的结合可以充 分发挥材料 的优 势。研 究发现 ， 钢筋与混凝 土 的粘
结力明显 大于其他种类 的金 属材料 ， 且 二者 的线膨胀 系数接 近 ， 在外 界温度变化时不 至于产 生脱离 。粘结 应力 可为钢 筋与混 凝土之间的共同工作 提供基 本保证 ， 当粘结力 过低或 消失 时 ， 二
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第４ ０卷 第 ３期 ２ ０ １ ４年 １月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ １ ． ４ ０ Ｎｏ ． ３
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５（ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ ０ ６ ２ — ０ ２
续参加工作 ， 裂缝 的开展会 影 响粘结应 力的分 布情况 ， 同 时 钢 筋 拉 应 力 的变 化 幅 度 也与 开 裂 后 粘 结 应 力 的分 布有 关 。
ｊ ｉ 和Ｓ ｈ ａ ｈ 从 理论上建立 了钢筋 局部滑 移量与其埋 置深度之 间
的关系 。本文将结合钢 筋与 混凝土 之间 的粘结力 产生 的机理 及 其大小分布规律 ， 选取带 肋钢 筋作 为研 究对 象 ， 探 索带肋 钢筋 与
３ ． 南京军区空军后勤部 ， 江苏 南京
摘
要： 分 析 了钢 筋 混 凝 土 粘 结 力 的 机 理 及 组 成 ， 根据带肋钢筋与混凝土之间的作用 ， 推 导 了开 裂 前 粘 结 力 的 本 构 关 系 方 程 式 ， 结
果 表 明 开 裂 之 前 粘 结 力 大 小 与 混凝 土 的 泊松 比关 系不 大 ， 主 要 由肋 问 的 滑移 面 角度 和 混 凝ຫໍສະໝຸດ Baidu土 的 弹 性 模 量 决 定 。
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（ １ ） ＼ ， 图 ２ 锚 固 段 粘 结 力 的分 布
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ｒ ｒ 『 『 ＼ 钢 筋 拉 』
其中 ， ｒ为钢筋 与混 凝土之 间的粘结应力 ； Ａ 为钢筋横截面面
积； 为钢 筋 周 长 。从 式 （ １ ） 可 以 发 现 粘 结 应 力 随 着 钢 筋 不 同埋 置深度在变化 ： 钢筋应力变化越大 ， 需 要的粘结 力就越大 ； 钢 筋 应
在裂缝截面 ， 由于 受 拉 区混 凝 土 开 裂 ， 其承 担的拉应 力 等于 ０ ， 该 截 面 受 拉 区 完 全 由钢 筋 来 承 担 拉 力 。 在 离 开 裂 缝 一 段 距 离 截 面 的受 拉 区 ， 由 于钢 筋 与 混 凝 土 的 粘 结 作 用 ， 混 凝 土逐 渐 承 受 拉 力 ，
关键词 ： 粘结力， 锚固 ， 裂缝 ， 本构模 型
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｕ ３ ７ ５ 文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
筋将被从混凝土中拔出而产生锚 固破坏 ； 当钢 筋在混凝 土 中锚人
在 拉 力 作 用 下 钢 筋 和 混 凝 土 之 间存 在 足 够 的 粘 结 钢筋和混凝土构成 一种组合 结构材 料的 基本条 件是 二者之 深 度 很 深 时 ， 力 ， 保证钢筋在外部拉力作 用下屈服。 问有可靠的粘结和锚 固 ， 混 凝土是 一种抗 压材料 ， 其 抗拉 强度很
混 凝 土 之 间 的粘 结 滑 移 本 构 模 型 。
１ 粘结 力的产 生机理 及分 布
在钢筋混凝土构件 中， 钢筋 与混凝 土之 问的粘 结作 用 ， 使 它 们之 间的应力可 以相互传递 ， 是保证共 同工 作的基本条件 。图 １ 给出 了钢筋混凝土构件 中的一个 局部 单元 。假设钢筋 一端拉力 为 （ Ｔ＝１ ７ ＂ Ａ ） ， 另一端拉力为 ＋ｄ Ｔ （ Ｔ＋ｄ Ｔ＝（ 盯 ＋ｄ ｏ － ） Ａ ） ， 根 据力 的平衡有 ：
因此钢筋承担的拉 力就逐渐 减小 。随着离 开裂缝截 面距 离 的增 大， 混凝 土的拉应力越大 ， 钢筋拉应 力减小程度 也越大 ， 当达 到两 条裂缝的 中间时 ， 混凝土拉 应力 达到最 大值 ， 钢筋 的拉应 力达 到 最小值 。因此 ， 在相邻 两个裂缝 的 范围 内， 粘结 力使 得混 凝土 继
钢 筋 混 凝 土 粘 结 应 力 及 粘 结 滑 移 本 构 模 型 研 究
张 彤 周 龙 飞 张咏侠 骆 俊 张卫 芳
２ ６ ６ ０ ０ １ １ ０ ０ ７ ２ ０） （ １ ． 空军工程设计研究局 ， 北京 １ ０ ０ ０ ６ ８ｉ ２ ． 空军青 岛航空医学鉴定 中心 ， 山东 青岛 ２ １ ０ ０ ０ ０； ４ ． 空军后勤部机场营房部 ， 北京
使用阶段下的模 型。Ｔ ｅ ｐ ｆ ｅ ｒ ｓ 通过 理论 推 导建 立 了厚壁 圆筒 受 力模型 ， 以此 衡 量 钢 筋 混 凝 土 的劈 裂 粘 结强 度 ； 随后， Ｅ ｓ ｆ ａ ｈ ａ ｎ ｉ 等 将 Ｔ ｅ ｐ ｆ ｅ ｒ ｓ 所推导 的厚壁圆筒受力模 型进 行了修正 ； Ｓ ｏ ｍａ ｙ ａ —
者发生脱离 ， 将 影 响钢 筋 混 凝 土 的工 作 性 能 』 。
图 １ 钢筋混凝土微观单元
而 目前针对钢筋与 混凝 土之间粘结 力 的研究还 处于 发展 阶
段， 虽 然 提 出很 多模 型 ， 但 多 数 是 基 于 特 殊 的 假 设 条 件 和 固 定 的
图 ３表示钢 筋混凝土纯弯 区段 两条裂缝 一 中间 一 的一 段。显然 ，
图 ３ 粘 结 力 在 裂缝 间 的传 递
３ 带肋 钢筋 与混凝 土 间粘结滑 移本构 模型
带肋钢筋作 为工程 中常见 的钢筋 ， 由于肋纹 的存在使 得其与
混 凝 土 之 间 的 粘结 应 力 比较 复 杂 ， 通 过 实 验 很 难 准 确 确 定 二 者 之 间的受力关系 ， 必 须 通 过 理 论 推 导加 以分 析 。 劈 裂 和 拔 出 属 于粘