第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)

1、177第七章 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)第七章 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)§7.1 概述鋼筋與混凝土的粘結(jié)是鋼筋與其周圍一定影響范圍內(nèi)混凝土的一種相互作用，它是這兩種材料共同工作的前提之一，也是對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力、剛度以及裂縫控制起重要影響的因素之一。粘結(jié)的退化和失效必然導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的降低和破壞。隨著有限元法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性中的應(yīng)用，鋼筋與混凝土之間粘結(jié)和滑移的研究更顯重要。7.1.1 粘結(jié)應(yīng)力及其分類1粘結(jié)應(yīng)力的定義粘結(jié)應(yīng)力是指沿鋼筋與混凝土接觸面上的剪應(yīng)力。它并非真正的鋼筋表面上某點(diǎn)剪應(yīng)力值,而是一個(gè)名義值(對(duì)于變形鋼筋而言)，是指在某個(gè)計(jì)算范圍(變形鋼筋的一個(gè)

2、肋的區(qū)段)內(nèi)剪應(yīng)力的平均值，且對(duì)于變形鋼筋來說，鋼筋的直徑本身就是名義值。2粘結(jié)應(yīng)力分類·彎曲粘結(jié)應(yīng)力由構(gòu)件的彎曲引起鋼筋與混凝土接觸面上的剪應(yīng)力?？山频匕床牧狭W(xué)方法求得。由于在混凝土開裂前，截面上的應(yīng)力不會(huì)太大，所以一般不會(huì)引起粘結(jié)破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能影響不大。該粘結(jié)主要體現(xiàn)混凝土截面開裂前鋼筋與混凝土的協(xié)同工作機(jī)理。其大小與彎曲粘結(jié)應(yīng)力及截面的剪力分布有關(guān)，即對(duì)于未開裂截面，彎曲粘結(jié)應(yīng)力的分布規(guī)律與剪力分布相同。·錨固粘結(jié)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力差較大，粘結(jié)應(yīng)力值高，分布變化大，如果錨固不足則會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，導(dǎo)致構(gòu)件開裂和承載力下降。粘結(jié)破壞是一種脆性破壞。·裂縫

3、間粘結(jié)應(yīng)力開裂截面的鋼筋應(yīng)力，通過裂縫兩側(cè)的粘結(jié)應(yīng)力部分地向混凝土傳遞，使未開裂截面的混凝土受拉，也使得混凝土內(nèi)的鋼筋平均應(yīng)變或總變形小于鋼筋單獨(dú)受力時(shí)的相應(yīng)變形，有利于減小裂縫寬度和增大構(gòu)件的剛度，此即“受拉剛化效應(yīng)”。裂縫間粘結(jié)應(yīng)力屬于局部粘結(jié)應(yīng)力范圍。該粘結(jié)應(yīng)力數(shù)值的大小反映了受拉區(qū)混凝土參與工作的程度。局部粘結(jié)應(yīng)力應(yīng)變分布復(fù)雜，存在著混凝土的局部裂縫和兩者之間的相對(duì)滑移，平截面假定不再符合，且影響因素較多，如剪切破壞、塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力以及結(jié)構(gòu)中的彈塑性分析等。7.1.2 研究現(xiàn)狀由于影響鋼筋與混凝土之間粘結(jié)作用的因素較多，且差異性較大，較難給出理想的、普遍共同接受的計(jì)算理論。目前，還沒

4、有比較完整的、有充分論據(jù)的粘結(jié)滑動(dòng)理論。各國規(guī)范處理方法各不相同，另外一方面，籠統(tǒng)的構(gòu)造要求大大忽視了對(duì)粘結(jié)問題的進(jìn)一步的研究。7.1.3 研究的重要性·工程實(shí)踐上的重要性鋼筋的錨固、搭接和細(xì)部構(gòu)造；·理論上的重要性剪切破壞、裂縫寬度、塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力以及彈塑性分析問題的源頭；·有限元方法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的要求，需給出粘結(jié)應(yīng)力與相對(duì)滑動(dòng)的數(shù)學(xué)模式；·鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，尤其是在大變形下的粘結(jié)性能的研究，在很大程度上取決于構(gòu)件的連接部位的恢復(fù)力特性，粘結(jié)退化是使節(jié)點(diǎn)區(qū)強(qiáng)度喪失和剛度降低的主要原因。§7.2 粘結(jié)性能試驗(yàn)7.2.1 試驗(yàn)方

5、法結(jié)構(gòu)中鋼筋粘結(jié)部位的受力狀態(tài)復(fù)雜，很難準(zhǔn)確模擬。根據(jù)試驗(yàn)性質(zhì)以及獲取數(shù)據(jù)的內(nèi)容，分為靜力試驗(yàn)方法和動(dòng)力試驗(yàn)方法。圖7-1 拔出試驗(yàn)的試件1靜力試驗(yàn)方法·拔出試驗(yàn)最初的試驗(yàn)方法，將鋼筋埋置于混凝土中心。由于加載端混凝土受到混凝土的局部擠壓，與結(jié)構(gòu)中鋼筋端部附近的應(yīng)力狀態(tài)差別大，影響了試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。因此，將其改為試件加載端的局部鋼筋與周圍混凝土脫空的試件。但是，螺紋鋼筋采用這種試驗(yàn)方法時(shí)，試件常發(fā)生劈裂破壞。所以，又設(shè)置橫向鋼筋（螺旋箍筋）以改善其性能。（三種試件圖7-1所示）·梁式試驗(yàn)梁式試驗(yàn)（圖7-2）是為了更好地模擬梁端錨固粘結(jié)性能狀態(tài)。由于拔出試驗(yàn)不能反映鋼筋錨固

6、區(qū)域存在彎矩和剪力共同作用的影響。梁式試驗(yàn)試件梁端無粘結(jié)，中央為10d 的粘結(jié)區(qū)域，使粘結(jié)應(yīng)力分布更為均勻。圖7-2 梁式試驗(yàn)的構(gòu)件這兩類試件的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：材料和粘結(jié)長(zhǎng)度相同的試件，拔出試驗(yàn)比梁式試驗(yàn)得到的平均粘結(jié)強(qiáng)度高，其比值約為1.11.6。除了鋼筋周圍混凝土應(yīng)力狀態(tài)差別外，后者的混凝土保護(hù)層較薄也是主要原因。圖7-3 粘結(jié)試驗(yàn)裝置 無論哪種試驗(yàn)，試驗(yàn)中均需要量測(cè)鋼筋的拉力、拉力極限值以及鋼筋加載端和自由端與混凝土的相對(duì)滑移量。必要時(shí)，需要在鋼筋內(nèi)部埋置應(yīng)變片，以準(zhǔn)確量測(cè)鋼筋的應(yīng)變。按試驗(yàn)相鄰電測(cè)點(diǎn)的鋼筋應(yīng)力差計(jì)算相應(yīng)的粘結(jié)應(yīng)力，從而得到粘結(jié)應(yīng)力的分布規(guī)律。此外，還可以通過在裂縫處涂

7、上諸如紅色墨水以觀察粘結(jié)裂縫的發(fā)展規(guī)律。·局部粘結(jié)滑移試驗(yàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析需要建立鋼筋與混凝土在接觸面上的力和滑移的物理模型，即局部粘結(jié)應(yīng)力和局部滑移的本構(gòu)關(guān)系。但是，通常的粘結(jié)試驗(yàn)得到的只是平均粘結(jié)應(yīng)力與試件加載端或自由端的關(guān)系，并不代表試件內(nèi)部的關(guān)系。（a）短埋長(zhǎng)的拔出試驗(yàn)裝置 （b）長(zhǎng)埋長(zhǎng)的拔出試驗(yàn)裝置圖7-4 不同埋長(zhǎng)的拔出試驗(yàn)裝置目前，采用兩種局部粘結(jié)滑移試驗(yàn)：一種是短埋長(zhǎng)的拔出試驗(yàn)，一種是埋長(zhǎng)較長(zhǎng)的拉伸試驗(yàn)，如圖7-4所示。短埋長(zhǎng)試驗(yàn)是為了使量測(cè)的平均粘結(jié)應(yīng)力及自由端具有局部對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得粘結(jié)應(yīng)力及滑動(dòng)量沿埋長(zhǎng)分布接近于均勻，可近似地代表均布關(guān)系。當(dāng)鋼筋與混凝土有

8、較大的粘結(jié)長(zhǎng)度時(shí)，一般情況下鋼筋與混凝土的應(yīng)變和沿試件長(zhǎng)度上是變化的。因此，鋼筋的位移，及與鋼筋接觸面上的混凝土位移，以及鋼筋與混凝土之間的相對(duì)滑移=- 沿試件長(zhǎng)度方向上也是變化的。如果能夠直接量測(cè)試件內(nèi)部的鋼筋與混凝土在接觸面上的相對(duì)滑動(dòng)量，則局部粘結(jié)應(yīng)力與局部滑移的關(guān)系便不難得出。但是應(yīng)該指出，在不會(huì)過分地破壞粘結(jié)的條件下，量測(cè)試件內(nèi)部的相對(duì)滑動(dòng)量的問題，目前還沒有可靠的解決方法。另外一種途徑是通過測(cè)定鋼筋及混凝土的應(yīng)變分布，圖7-5 拉伸試件中的應(yīng)變及位移分布利用系數(shù)關(guān)系間接地得出： 2動(dòng)力試驗(yàn)方法·梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)可較為真實(shí)地模擬在軸向力和剪力作用下局部粘結(jié)滑移關(guān)系。

9、量測(cè)的結(jié)果有的以粘結(jié)應(yīng)力滑移關(guān)系體現(xiàn)，有的以梁端彎矩和轉(zhuǎn)角來體現(xiàn)。·Tassios 裝置在其靜力加載裝置基礎(chǔ)上改裝而成，可以測(cè)得局部粘結(jié)應(yīng)力與相對(duì)滑移之間的關(guān)系，但是不能考慮軸向力的影響。綜上所述，用于粘結(jié)滑移的試驗(yàn)裝置眾多，都具有自己的特點(diǎn)，沒有形成一個(gè)共同認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)裝置，阻礙了各個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的對(duì)比，不利于粘結(jié)作用的深入研究。7.2.2 拔出試驗(yàn)的粘結(jié)和滑移拔出試驗(yàn)在鋼筋拔出過程中，鋼筋的應(yīng)力不斷增加，而粘結(jié)應(yīng)力的峰值卻不斷地后移，即從加載端逐漸地退出工作，圖7-6是Amstutz 的試驗(yàn)曲線。應(yīng)該指出，實(shí)際的鋼筋應(yīng)變不是光滑的，因而由鋼筋反算的粘結(jié)應(yīng)力：( ) （式中d 為

10、鋼筋的直徑）也不是光滑的。在變形鋼筋中，由于肋的咬合作用以及次生斜裂縫出現(xiàn)，混凝土的拉應(yīng)力沿桿長(zhǎng)也必然是不連續(xù)的，當(dāng)鋼筋上所貼的應(yīng)變片越長(zhǎng)，間距越大，這一不連續(xù)性越被掩蓋。此外，在一定的埋長(zhǎng)下，自由端的滑移比加載端要小得多。圖7-6 拔出試驗(yàn)中鋼筋應(yīng)力與粘結(jié)應(yīng)力分布 目前拉伸試驗(yàn)是為了模擬構(gòu)件主裂縫的間距，因而較短。鋼筋在梁端拉伸后，試件中點(diǎn)應(yīng)是不動(dòng)點(diǎn)。由于試件較短，鋼筋應(yīng)力一開始沿長(zhǎng)度的差別就不那么大，但粘結(jié)應(yīng)力最大值則隨著肋左混凝土退出工作而向內(nèi)移動(dòng)。§7.3 粘結(jié)機(jī)理7.3.1 粘結(jié)力的組成粘結(jié)力主要是由三部分組成：1 膠結(jié)力混凝土水化產(chǎn)生的凝膠體對(duì)鋼筋表面產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)力。這種

11、膠結(jié)力一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，一旦接觸面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，該力立即消失，且不可恢復(fù)。2 摩阻力混凝土硬化時(shí)體積收縮，將產(chǎn)生裹緊鋼筋的摩阻力。這種摩阻力的大小取決于握裹力和鋼筋與混凝土表面的摩擦系數(shù)。對(duì)鋼筋產(chǎn)生的垂直于摩擦面的正壓力越大，接觸面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。3 機(jī)械咬合力圖7-7 變形鋼筋的粘結(jié)機(jī)理鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生機(jī)械咬合力。對(duì)于光圓鋼筋，表面的自然凹凸程度較小，這種作用力較小，因此它與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度是較低的，需要設(shè)置彎鉤以阻止鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)；對(duì)于變形鋼筋，肋的存在可顯著增加鋼筋與混凝土的機(jī)械咬合作用，從而大大增加粘結(jié)強(qiáng)度

12、，這是它粘結(jié)組成的很大一部分。其實(shí)，粘結(jié)力的三個(gè)部分都與鋼筋表面的粗糙度和銹蝕程度密切相關(guān)，在試驗(yàn)中很難單獨(dú)量測(cè)或嚴(yán)格區(qū)分。而且，在鋼筋的不同受力階段，隨著鋼筋滑移的發(fā)展、荷載（應(yīng)力）的加卸載等原因，各部分粘結(jié)作用也有變化。對(duì)于光圓鋼筋，其粘結(jié)力主要來自前兩項(xiàng)；而變形鋼筋的粘結(jié)力三項(xiàng)都包括，其中第三項(xiàng)占大部分。二者的差別，可以用訂入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來解釋。7.3.2 光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)一般認(rèn)為，光圓鋼筋與混凝土的握裹強(qiáng)度由水泥凝膠體和鋼筋表面的化學(xué)粘結(jié)所組成。但是即使在低應(yīng)力下也將產(chǎn)生相當(dāng)大的滑移，并可能破壞混凝土和鋼筋間的這種粘結(jié)。一旦產(chǎn)生這樣的滑移，握裹力將主要取決于鋼筋表

13、面的粗描程度和埋置長(zhǎng)度內(nèi)鋼筋橫向尺寸的變化。(a) 曲線 (b) 應(yīng)力和滑移分布圖7-8 光圓鋼筋的拔出試驗(yàn)結(jié)果如圖7-8所示光圓鋼筋應(yīng)力、粘結(jié)應(yīng)力以及加載端和自由端滑移量的試驗(yàn)曲線。從中可以知道：（1）隨著拉拔力的增大，粘結(jié)應(yīng)力圖形的峰值由加載端向內(nèi)部移動(dòng)，臨近破壞時(shí)，移至自由端附近，同時(shí)粘結(jié)應(yīng)力圖形的長(zhǎng)度（有效埋長(zhǎng)）也達(dá)到了自由端，鋼筋的應(yīng)力漸趨均勻；（2）當(dāng)荷載達(dá)到后，鋼筋的受力段和滑移段繼續(xù)擴(kuò)展，加載端的滑移（）明顯成曲線增長(zhǎng)，但自由端無滑移。粘結(jié)應(yīng)力不僅分布區(qū)延伸，峰點(diǎn)加快向自由端漂移，其形狀也由峰點(diǎn)右偏曲線轉(zhuǎn)為左偏曲線；（3）當(dāng)時(shí)，鋼筋的自由端開始滑動(dòng)，加載端的滑移發(fā)展迅速，此時(shí)滑

14、移段已遍及鋼筋全埋長(zhǎng)，粘結(jié)應(yīng)力的峰點(diǎn)很靠近自由端。加載端附近的粘結(jié)破壞嚴(yán)重，粘結(jié)應(yīng)力已很小，鋼筋的應(yīng)力接近均勻；（4）當(dāng)自由端的滑移為時(shí)，試件的荷載達(dá)到最大值，即達(dá)到鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度。此后，鋼筋的滑移（和）急速增大，拉拔力由鋼筋表面的摩阻力和殘存的咬合力承擔(dān)，周圍混凝土被碾碎，阻抗力下降，形成曲線的下降段。上述是針對(duì)短埋長(zhǎng)的試件，其破壞形式是鋼筋從混凝土中被徐徐拔出；如果是長(zhǎng)埋長(zhǎng)的試件，其破壞形式是鋼筋受拉屈服，而鋼筋不被拔出。可以通過此試驗(yàn)確定最小錨固長(zhǎng)度。7.3.3 變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)1無橫向配筋時(shí)變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗(yàn)變形鋼筋和光圓鋼筋的主要區(qū)別是鋼筋表面具有不同形狀的橫肋或斜肋。

15、變形鋼筋受拉時(shí)，肋的凸緣擠壓周圍混凝土，大大地提高了機(jī)械咬合力，改變粘結(jié)受力機(jī)理，有利于鋼筋在混凝土中的粘結(jié)錨固性能。圖7-9所示為無橫向配筋的粘結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果，由圖可知：（1）開始受力后鋼筋的加載端局部就由于應(yīng)力集中而破壞了與混凝土的粘結(jié)力，發(fā)生滑移；（2）當(dāng)荷載增大到時(shí)，鋼筋自由端的粘結(jié)力也被破壞，開始出現(xiàn)滑移，加載端的滑移加快增大，鋼筋的受力區(qū)域和滑移區(qū)域較早地遍布鋼筋的全長(zhǎng)；圖7-10 變形鋼筋的拔出試驗(yàn)裂縫情況(a) 曲線 (b) 應(yīng)力和滑移分布圖7-9 變形鋼筋的拔出試驗(yàn)結(jié)果（3）當(dāng)增大到時(shí)，即曲線上的A 點(diǎn)，鋼筋靠近加載端橫肋的背面發(fā)生粘結(jié)破壞，出現(xiàn)拉脫裂縫，隨即，此裂縫向后延伸

16、，形成表面縱向裂縫。荷載再增大時(shí)，會(huì)使肋前形成斜裂縫與貫通。隨著荷載的增大，在鋼筋的各個(gè)肋上從加載端向自由端逐次出現(xiàn)裂縫，滑移的發(fā)展加快，曲線的斜率漸減。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋的應(yīng)力沿其埋長(zhǎng)變化較小，粘結(jié)應(yīng)力分布較為均勻；（4）在出現(xiàn)裂縫后，粘結(jié)應(yīng)力由鋼筋表面的摩阻力和肋部的擠壓力傳遞。當(dāng)荷載增大到一定程度時(shí)，會(huì)形成肋前破碎區(qū)。這種擠壓力使得混凝土環(huán)向受拉，當(dāng)超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫由鋼筋表面沿徑向向外表擴(kuò)展，同時(shí)由加載端向自由端滲透；（5）當(dāng)荷載接近極限值（）時(shí)，加載端的裂縫發(fā)展到構(gòu)件表面，此后，裂縫繼續(xù)向自由端發(fā)展，鋼筋的滑移急劇加大，很快達(dá)到極限值u，并進(jìn)入下降段

17、，試件被劈裂開；2配置橫向配筋時(shí)變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗(yàn)圖7-11 配置橫向鋼筋時(shí)變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗(yàn)曲線如果配置了橫向鋼筋，當(dāng)荷載較?。ˋ點(diǎn)以前），橫向鋼筋的作用很小，-s曲線無區(qū)別。當(dāng)試件出現(xiàn)內(nèi)裂縫（A點(diǎn)）后，橫向鋼筋約束了裂縫的開展，提高了阻抗力。當(dāng)荷載接近極限值，鋼筋肋對(duì)周圍混凝土擠壓力的徑向力也將產(chǎn)生徑向縱向裂縫，但開裂時(shí)的應(yīng)力和相應(yīng)的滑移量都有很大的提高。出現(xiàn)裂縫后，橫向鋼筋的應(yīng)力劇增，以限制此裂縫的擴(kuò)展，試件不會(huì)被劈裂，抗拔力可繼續(xù)增大。同時(shí)，隨著滑移量的增大，肋前的混凝土破碎區(qū)不斷擴(kuò)大，而且沿鋼筋埋長(zhǎng)的各肋前區(qū)依次破碎和擴(kuò)展，肋前擠壓力的減小形成了曲線的下降段。最終，鋼筋橫肋間

18、的混凝土咬合齒被剪斷，屬于剪切型粘結(jié)破壞，鋼筋連帶肋間充滿著的混凝土碎末一起緩緩地被拔出，具有一定的殘余抗拔力（ ）。在鋼筋拔出試驗(yàn)的粘結(jié)應(yīng)力滑移全曲線上可確定四個(gè)特征點(diǎn)，即內(nèi)裂（、SA）、劈裂（、）、極限（、）和殘余（、）點(diǎn)，并以此劃分受力階段和剪力本構(gòu)模型。7.3.4 粘結(jié)應(yīng)力的分布圖7-12 裂縫出現(xiàn)前的應(yīng)力分布 1軸心受拉構(gòu)件的粘結(jié)應(yīng)力 圖7-13 裂縫出現(xiàn)后的應(yīng)力分布如圖7-12為配有一根鋼筋的軸心受拉構(gòu)件，軸向力通過鋼筋施加在構(gòu)件端部截面(或裂縫截面，構(gòu)件長(zhǎng)度相當(dāng)于裂縫間距)。在端部截面軸力由鋼筋承擔(dān)，故鋼筋應(yīng)力?；炷翍?yīng)力。進(jìn)入構(gòu)件后，由于鋼筋和混凝土之間具有粘結(jié)強(qiáng)度，限制了鋼筋

19、的自由拉伸，在界面上產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力，將部分拉力傳給混凝土，使混凝土受拉。粘結(jié)應(yīng)力的大小取決于鋼筋與混凝土之間的應(yīng)變差。隨著距端截面距離的增大，鋼筋應(yīng)力減小，混凝土的拉應(yīng)力增大，二者應(yīng)變差逐漸減小。直到距端部處鋼筋與混凝土應(yīng)變相同，相對(duì)變形，滑移消失，粘結(jié)應(yīng)力。圖7-13為配有一根鋼 筋的軸心受拉構(gòu)件開裂后截面上的應(yīng)力分布。裂縫處鋼筋的應(yīng)力是，在裂縫間，一部分荷載通過粘結(jié)傳遞結(jié)混凝土，這樣導(dǎo)致鋼筋與混凝土的應(yīng)力分布狀態(tài)如圖7-13(b)和(c)。粘結(jié)應(yīng)力的分如圖7-13(d)。因?yàn)樵诿總€(gè)裂縫處鋼筋的應(yīng)力是相等的，力也是恒定不變的，因此在兩裂縫間整個(gè)長(zhǎng)度上粘結(jié)應(yīng)力的代數(shù)和等于零。 圖7-14 梁中的

20、粘結(jié)應(yīng)力分布2鋼筋泥凝土梁中的粘結(jié)應(yīng)力如圖7-14所示，梁受拉區(qū)的混凝土開裂后，裂縫截面上的混凝土退出工作，使鋼筋拉應(yīng)力增大，但裂縫間的混凝土仍承受一定拉力，鋼筋的應(yīng)力相對(duì)較小。鋼筋應(yīng)力沿縱向發(fā)生變化，其表面必有相應(yīng)的粘結(jié)應(yīng)力分布(圖7-14d)。這種情況下，裂縫段鋼筋的應(yīng)力差小，但平均應(yīng)力值高。粘結(jié)應(yīng)力的存在，使混凝土內(nèi)鋼筋的平均應(yīng)變或總變形小于鋼筋單獨(dú)受力時(shí)的相應(yīng)變形，有利于減小裂縫寬度和增大構(gòu)件的剛度，稱為受拉剛化效應(yīng)。顯然縱筋中拉應(yīng)力的大小，取決于沿鋼筋長(zhǎng)度上粘結(jié)應(yīng)力的積累，開裂前由混凝土負(fù)擔(dān)的拉力通過粘結(jié)應(yīng)力傳遞給鋼筋，使鋼筋應(yīng)力增大。若縱筋沿梁長(zhǎng)不變，則鋼筋和混凝土的拉應(yīng)力沿梁長(zhǎng)的

21、變化如圖7-14(b)和(c)。與軸心受拉構(gòu)件相似，開裂截面兩側(cè)出現(xiàn)圖7-14(d)所示粘結(jié)應(yīng)力。粘結(jié)應(yīng)力有正有負(fù)，但圖中粘結(jié)應(yīng)力的面積的代數(shù)和不為零。這種粘結(jié)應(yīng)力稱為局部粘結(jié)應(yīng)力，其作用是使裂縫間的混凝土參與受拉。 3鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁支座處的鋼筋端部、梁跨間的主筋搭接或切斷、懸臂梁和梁柱結(jié)點(diǎn)受拉主筋的外伸段等情況下，鋼筋的端頭應(yīng)力為零，在經(jīng)過不長(zhǎng)的粘結(jié)距離(稱為錨固長(zhǎng)度)后，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)能達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。故鋼筋的應(yīng)力差大，粘結(jié)應(yīng)力值高，且分布變化大。局部粘結(jié)強(qiáng)度的喪失只影響到構(gòu)件的剛度和裂縫開展，如果鋼筋因錨固粘結(jié)能力不足而發(fā)生滑動(dòng)，不僅其強(qiáng)度不能充分利用，還將導(dǎo)致構(gòu)件的抗裂和承

22、載能力下降，甚至提前失效。這稱為粘結(jié)破壞，屬嚴(yán)重的脆性破壞。圖 圖7-15 端部錨固應(yīng)力7-15描述了幾種情況下端部錨固應(yīng)力的分布特征。 §7.4 影響鋼筋粘結(jié)性能的因素影響鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能及各項(xiàng)特征值的因素有許多，認(rèn)識(shí)這些因素對(duì)粘結(jié)性能的影響程度是非常必要的。7.4.1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)和組成成分圖7-16 混凝土強(qiáng)度對(duì)粘結(jié)性能的影響(a) 曲線 (b) 曲線無論是出現(xiàn)內(nèi)裂縫，還是劈裂裂縫，還是肋前區(qū)復(fù)合應(yīng)力下混凝土的強(qiáng)度都取決于混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。此外，膠著力也隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而提高，但對(duì)摩阻力提高不大。帶肋鋼筋和光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨混凝土強(qiáng)度的提高而提高，但并非線

23、性關(guān)系。試驗(yàn)表明，帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度, 與近似地呈線性關(guān)系。試驗(yàn)表明過多的水泥用量將導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度的惡化；在同樣水灰比的情況下，盡管混凝土的強(qiáng)度變化不大，而粘結(jié)強(qiáng)度卻在很大范圍變化；混凝土中含砂率和水泥砂漿的組成成分對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度有明顯影響，存在一個(gè)最優(yōu)含砂率和最優(yōu)水泥砂漿的含量。 7.4.2 保護(hù)層厚度和鋼筋間距增大保護(hù)層厚度能在一定程度上提高粘結(jié)強(qiáng)度，但當(dāng)保護(hù)層厚度超過一定限值后，這種試件的破壞形式不再是劈裂破壞，所以此時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度不再提高。對(duì)于高強(qiáng)度的帶肋鋼筋，當(dāng)混凝土保護(hù)層太薄時(shí)，外圍混凝土將可能發(fā)生徑向劈裂而使粘結(jié)強(qiáng)度降低。鋼筋間距太小時(shí)，將可能出現(xiàn)水平劈裂而使整個(gè)

24、保護(hù)層崩落，從而使粘結(jié)強(qiáng)度顯著降低。7.4.3 鋼筋的埋置長(zhǎng)度埋置長(zhǎng)度越長(zhǎng)，粘結(jié)應(yīng)力分布越不均勻，試件破壞時(shí)的平均粘結(jié)強(qiáng)度（）越低，故實(shí)驗(yàn)粘結(jié)強(qiáng)度隨埋長(zhǎng)()的增加而降低。當(dāng)埋置長(zhǎng)度超過一定限值后，粘結(jié)破壞由鋼筋被拔出破壞轉(zhuǎn)為鋼筋屈服，埋置長(zhǎng)度對(duì)其影響不大。該限值一般取為5d。圖7-17 埋長(zhǎng)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響7.4.4 鋼筋的外形和直徑帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度比光圓鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度要大。試驗(yàn)表明，帶肋鋼筋的粘結(jié)力比光圓鋼筋高出23倍。因而，帶肋鋼筋所需的錨固長(zhǎng)度比光圓鋼筋短。由于變形鋼筋的外形參數(shù)并不隨直徑比例變化，直徑加大時(shí)肋的面積增加不多，而相對(duì)肋高降低，且直徑越大的鋼筋，相對(duì)粘結(jié)面積越小，極限強(qiáng)度

25、越低。試驗(yàn)結(jié)果是： 時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度影響不大；d >32mm 時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度可能降低13% 。橫肋的形狀和尺寸不同，其曲線的形狀也不完全相同。月牙紋鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度比螺紋鋼筋低10%-15%，且較早發(fā)生滑移，但下降段較為平緩，延性較好。原因是月牙紋鋼筋的肋間混凝土齒較厚，抗剪性強(qiáng)。此外，月牙紋的肋高沿圓周變化，徑向擠壓力不均勻，粘結(jié)破壞時(shí)的劈裂縫有明顯的方向性。7.4.5 橫向鋼筋和橫向壓應(yīng)力如前所述，配置橫向鋼筋能延遲和約束徑向和縱向劈裂裂縫的開展，阻止發(fā)生劈裂破壞，提高極限粘結(jié)強(qiáng)度和增大特征滑移值（，），且曲線下降段平緩，粘結(jié)延性好。橫向鋼筋對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響 橫向壓力對(duì)曲線的影響圖7-1

26、8 橫向鋼筋和橫向壓力對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響圖7-18給出了試件從劈裂應(yīng)力至極限粘結(jié)強(qiáng)度的應(yīng)力增量（）隨橫向鋼筋配筋率（為箍筋的間距）的增長(zhǎng)關(guān)系。試驗(yàn)表明：配置箍筋對(duì)提高后期粘結(jié)強(qiáng)度，改善鋼筋的粘結(jié)延性有明顯作用。橫向壓應(yīng)力作用在錨固端可增大鋼筋和混凝土界面的摩阻力，有利于粘結(jié)錨固。但橫向壓應(yīng)力過大時(shí)，可產(chǎn)生沿壓應(yīng)力作用平面方向的劈裂縫，反而降低粘結(jié)強(qiáng)度。7.4.6 澆注位置澆注的混凝土在自重的作用下有下沉和泌水現(xiàn)象，各個(gè)位置的混凝土密實(shí)度不同，存在由氣泡和水形成的空隙層，這種空隙層削弱了鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用，使平位澆注比豎位的粘結(jié)強(qiáng)度和抵抗滑移的能力顯著降低，折減率最大可達(dá)30%。澆注位置對(duì)鋼筋

27、的粘結(jié)滑動(dòng)有很大影響。“頂部”鋼筋下面的混凝土有較大的空隙層，一旦膠著力被破壞，摩擦阻尼很小，粘結(jié)強(qiáng)度顯著降低；而豎位鋼筋在初始滑動(dòng)后，摩擦阻力較大，粘結(jié)強(qiáng)度隨滑動(dòng)的增長(zhǎng)，仍有緩慢的增長(zhǎng)。7.4.7 鋼筋銹蝕的影響鋼筋銹蝕對(duì)其粘結(jié)性能的影響是雙重的，既有有利的一面，也存在不利的一方面。輕度的銹蝕使鋼筋表面產(chǎn)生銹坑，增加了鋼筋表面的粗糙度，鋼筋與混凝土之間的咬合力增強(qiáng)，因而鋼筋和混凝土之間的粘著力、摩擦力有所增加。但當(dāng)銹蝕較為嚴(yán)重時(shí)，也會(huì)使鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低，原因在于：1鋼筋的銹蝕產(chǎn)物是一層結(jié)構(gòu)疏松的氧化物，明顯改變了鋼筋與混凝土的接觸狀態(tài)，從而降低了鋼筋與混凝土之間的膠結(jié)作用；2鋼

28、筋銹蝕使得混凝土產(chǎn)生徑向膨脹力，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使混凝土開裂而導(dǎo)致導(dǎo)致混凝土對(duì)鋼筋的約束作用減弱，粘結(jié)強(qiáng)度的降低；3變形鋼筋銹蝕后，鋼筋變形肋將逐漸退化，變形肋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用基本消失。7.4.8 其它因素施工質(zhì)量控制及擾動(dòng)；鋼筋的受力狀態(tài)，如受壓鋼筋的粘結(jié)性能要優(yōu)于受拉鋼筋；鋼筋在拉剪狀態(tài)下的粘結(jié)性能也會(huì)降低。綜上所述，影響鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能眾多，要確定一個(gè)準(zhǔn)確而全面的粘結(jié)應(yīng)力與滑移關(guān)系曲線相當(dāng)困難，有時(shí)也沒有必要。可根據(jù)具體的分析對(duì)象，只需考慮其中的主要影響因素即可。此外，在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析時(shí)，切記分析必須與實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，因?yàn)樗杏?jì)算模型和計(jì)算公式都是

29、基于對(duì)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐活動(dòng)的規(guī)律性總結(jié)。§ 7.5 靜力加載下粘結(jié)應(yīng)力的計(jì)算一、特征強(qiáng)度的計(jì)算特征強(qiáng)度的計(jì)算包括即內(nèi)裂強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、極限強(qiáng)度 和殘余強(qiáng)度的計(jì)算。7.5.1 Tassios 給出的粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算公式1內(nèi)裂強(qiáng)度對(duì)于光圓鋼筋和螺紋鋼筋，內(nèi)裂強(qiáng)度均可按下式確定：式中：為位置系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；為錨固長(zhǎng)度，為保護(hù)層厚度；為取決于作用在混凝土三向應(yīng)力場(chǎng)的系數(shù)；為混凝土平均抗拉強(qiáng)度；2劈裂強(qiáng)度· ·光圓鋼筋對(duì)于光圓鋼筋，其劈裂強(qiáng)度即為極限強(qiáng)度，且基本無殘余強(qiáng)度。式中為系數(shù)，當(dāng)混凝土澆注方向與主筋方向一致時(shí)，；當(dāng)與主筋方向垂直，；為幾何系數(shù)，取決于箍筋形式，環(huán)箍為1

30、，井式箍筋為0.5，平行箍筋0.25；和分別為橫向箍筋的截面面積和間距；為主筋直徑；為作用于鋼筋交界面上的外部壓力；式中數(shù)字30的單位為MPa，并要求以及。· ·螺紋鋼筋對(duì)于螺紋鋼筋，其劈裂強(qiáng)度可按下式計(jì)算：式中數(shù)字80的單位為MPa，并要求（包括下面兩式）；此外，要（也適用于下面兩式）。3極限強(qiáng)度對(duì)于螺紋鋼筋，其極限強(qiáng)度可按下式計(jì)算：式中為混凝土的抗壓強(qiáng)度； 為箍筋的屈服強(qiáng)度；為主筋周圍箍筋的等效直徑。4殘余強(qiáng)度對(duì)于螺紋鋼筋，其殘余強(qiáng)度可按下式計(jì)算： 7.5.2 針對(duì)變形鋼筋的相關(guān)特征強(qiáng)度計(jì)算公式變形鋼筋引起的保護(hù)層混凝土劈裂，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的危害要比垂直于縱筋的橫向裂縫大

31、的多，沿鋼筋的劈裂裂縫對(duì)于鋼筋的腐蝕構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此，保護(hù)層混凝土劈裂時(shí)的粘結(jié)應(yīng)力，應(yīng)該視為粘結(jié)達(dá)到臨界狀態(tài)的標(biāo)志之一。確定拉拔鋼筋的劈裂應(yīng)力值可以有兩種方法，一種是半經(jīng)驗(yàn)半理論方法，將鋼筋周圍混凝土視為一個(gè)厚壁管，根據(jù)鋼筋橫肋對(duì)混凝土的擠壓力，按彈性或塑性理論進(jìn)行推導(dǎo)等；另外一個(gè)是直接回歸統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算式。1劈裂強(qiáng)度的計(jì)算· ·按塑性計(jì)算方法如圖7-19所示，截面上應(yīng)力均勻分布，且達(dá)到。若取橫肋擠壓力與鋼筋軸線的夾角為，則 按此式的計(jì)算值明顯高出試驗(yàn)值。· ·按部分開裂彈性計(jì)算方法當(dāng)較大時(shí)，徑向裂縫將首先出現(xiàn)在近鋼筋處，達(dá)不到構(gòu)件表

32、面。這是外圍混凝土的抗拉能力并未用盡，擠壓力仍可增長(zhǎng)，其徑向分力將通過混凝土齒狀體傳遞到未開裂部分混凝土上。(a)按塑性計(jì)算 (b)按部分開裂彈性計(jì)算 (c)按部分開裂塑性計(jì)算圖7-19 劈裂應(yīng)力計(jì)算時(shí)假定的橫截面應(yīng)力狀態(tài)采用圖7-19所示的計(jì)算應(yīng)力分布圖形。Tephers 利用彈力學(xué)厚壁筒的分析結(jié)果（令，r=e），得：并求其極值（求最大粘結(jié)應(yīng)力）得到裂縫區(qū)域半徑為： (代入上式，得到：( ) 由于采用彈性理論分析，所以按此式的計(jì)算值一般偏低。· ·按部分開裂塑性計(jì)算王傳志和滕志明根據(jù)彈性分析結(jié)果，提出按部分開裂塑性計(jì)算得公式： 按此式的計(jì)算值一般介于上述兩者數(shù)值之間。&#

33、183; ·統(tǒng)計(jì)回歸公式根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析，可得到下式：2.極限粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算· ·短埋長(zhǎng)試件（）當(dāng)澆注位置相同時(shí)，影響無橫向配筋拔出試件粘結(jié)強(qiáng)度的兩個(gè)主要變量是相對(duì)保護(hù)層厚度及相對(duì)埋長(zhǎng)。王傳志和滕志明等人對(duì)國內(nèi)外的試驗(yàn)資料進(jìn)行線性回歸。 · ·長(zhǎng)埋長(zhǎng)試件（）埋長(zhǎng)較大的鋼筋，以及在計(jì)算鋼筋的錨固（或搭接）長(zhǎng)度時(shí)可采用如下公式： 3.其它粘結(jié)特征值的確定其余的粘結(jié)特征值，包括初裂應(yīng)力、殘余應(yīng)力、以及各滑移值（、 和），各個(gè)研究者根據(jù)各自的試驗(yàn)結(jié)果給出大同小異的數(shù)值或計(jì)算式。建議可取， 等。7.5.3 徐有鄰等人建議的特征強(qiáng)度計(jì)算公式中國建筑科

34、學(xué)研究院徐有鄰等人對(duì)135個(gè)月牙紋鋼筋進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，研究了混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層、配箍率、錨固長(zhǎng)度和主筋直徑等的影響，提出了下頁表格中的特征強(qiáng)度計(jì)算公式。鋼筋的粘結(jié)滑移特征值計(jì)算式二關(guān)系曲線在應(yīng)用有限元對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行模擬分析時(shí)，需要用到粘結(jié)應(yīng)力滑移量的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)關(guān)系曲線表達(dá)式的不同，可分為分段折線型和連續(xù)曲線型兩類。圖7-20 多段式折線模型7.5.4 分段折線型分段折線型，顧名思義，就是以特征點(diǎn)為分界，將非線性的關(guān)系曲線劃分成若干線性的分段表達(dá)關(guān)系式。根據(jù)分段的數(shù)目，有存在三段式、五段式、六段式。在確定了若干個(gè)粘結(jié)應(yīng)力和滑移的特征值后，以折線或簡(jiǎn)單曲線相連即構(gòu)成完整的關(guān)系曲線。1

35、.歐洲混凝土模式規(guī)范CEB-FIPMC90建議的四段式模型上升段以指數(shù)曲線來描述: 圖7-21 歐洲規(guī)范中的t-S模型 t-S 曲線的特征值曲線中的特征值可選用下表中的數(shù)值: 2徐有鄰等人建議的計(jì)算公式通過內(nèi)埋鋼筋應(yīng)變分布的分析，徐有鄰等人建議了一個(gè)位置函數(shù)（粘結(jié)剛度分布函數(shù)）來描述t-S 曲線沿鋼筋嵌固深度x（也可以理解為鋼筋上的計(jì)算點(diǎn)離加載端或裂縫處的距離）的變化規(guī)律，按下式表達(dá)： 式中為鋼筋的錨固長(zhǎng)度。于是，最終的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系為：式中為由標(biāo)準(zhǔn)件的平均 曲線得到的相應(yīng)于的滑移函數(shù)，結(jié)合前述的特征強(qiáng)度和特征滑移值，可按下式確定： 式中。后來，又給出了簡(jiǎn)化的四段式的表達(dá)式（略去特征強(qiáng)度A

36、點(diǎn)）以及位置函數(shù)的表達(dá)式： 式中位置函數(shù)按下列公式計(jì)算：錨固粘結(jié)情況：裂縫間粘結(jié)情況：7.5.5 連續(xù)曲線型用連續(xù)的曲線方程建立粘結(jié)滑移模型，可以得到連續(xù)變化的、確定的切線或割線粘結(jié)剛度，在有限元分析中應(yīng)用較為方便。連續(xù)曲線有許多種，根據(jù)表達(dá)形式的不同，可以分為多項(xiàng)式型和分式型。1多項(xiàng)式型· Nilson 等人建議的模型Nilson 等人對(duì)試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)回歸分析所得到的局部曲線非線性關(guān)系表達(dá)式：式中單位為，S 的單位為cm（原文用的單位是psi 和in）· Houdle 和Mirza 建議的模型Houdle 和Mirza 在此基礎(chǔ)上考慮了混凝土強(qiáng)度的影響，得到下式：·

37、; 清華大學(xué)滕志明等人建議的模型清華大學(xué)滕志明等人根據(jù)92 個(gè)短埋長(zhǎng)的拔出試件和12個(gè)軸拉混凝土試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮了保護(hù)層厚度c、鋼筋直徑d 和粘結(jié)力分布的影響，給出了如下局部粘結(jié)力與滑移關(guān)系式：式中 為混凝土抗拉強(qiáng)度，可按前述公式確定；為粘結(jié)力分布函數(shù)，取式中單位為MPa；為至最近裂縫的橫向距離， 為裂縫間距，最大值取為300mm，所有長(zhǎng)度單位均為mm。反映了沿裂縫間距粘結(jié)剛度的變化情況，越接近端部粘結(jié)剛度越降低。上述公式，除了滕志明等人建議的模型外，其它計(jì)算公式考慮的影響較少，忽略了許多影響因素，但應(yīng)用上較為方便。2分式型大連理工大學(xué)根據(jù)純彎構(gòu)件裂縫間局部粘結(jié)應(yīng)力的分布特點(diǎn)推導(dǎo)出了用于計(jì)

38、算光圓鋼筋和變形鋼筋粘結(jié)滑移的計(jì)算公式。· ·光圓鋼筋在純彎段內(nèi)，選取一典型裂縫面o 到距離為x 的截面，并取高度為2a（a為鋼筋重心至梁底面的距離）的部分為隔離體，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示。假定受拉鋼筋的應(yīng)力沿裂縫間按余弦分布，并假定混凝土的應(yīng)力在2a 范圍內(nèi)均勻分布。最后推導(dǎo)出x 處局部粘結(jié)應(yīng)力與滑移量之間的關(guān)系： 式中為裂縫間距；u 為單位長(zhǎng)度上鋼筋的表面積；b 為梁寬；為鋼筋的截面面積。· ·變形鋼筋在光圓鋼筋研究的基礎(chǔ)上，又采用了配有月牙紋鋼筋的梁式試件進(jìn)行了縫間粘結(jié)試驗(yàn)研究，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立了如下的計(jì)算公式：§ 7.6 重復(fù)加載下的粘結(jié)

39、性能7.6.1 粘結(jié)疲勞與粘結(jié)退化所謂的粘結(jié)疲勞是指在低于靜載粘結(jié)強(qiáng)度的應(yīng)力多次重復(fù)作用下，可能發(fā)生突然的脆性破壞，即粘結(jié)疲勞破壞。在經(jīng)歷多次應(yīng)力重復(fù)循環(huán)后，其靜載強(qiáng)度明顯降低。在重復(fù)荷載作用下，由于鋼筋應(yīng)力的重復(fù)加卸載，沿試件長(zhǎng)度方向的粘結(jié)應(yīng)力分布也不斷發(fā)生變化，內(nèi)部損傷逐漸積累，粘結(jié)強(qiáng)度和剛度都有所降低，相對(duì)滑移量不斷增大，這一切導(dǎo)致了沿試件長(zhǎng)度上平均粘結(jié)強(qiáng)度的降低，此即為粘結(jié)退化。粘結(jié)性能的退化，使得鋼筋錨固或粘結(jié)區(qū)域的局部變形加大，受拉裂縫加寬，構(gòu)件的剛度降低，變形增長(zhǎng)。特別是以光圓鋼筋為主筋的構(gòu)件，在多次重復(fù)加載下，可能會(huì)產(chǎn)生由于承載力下降而導(dǎo)致的提前破壞。鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)退化

40、是一種不可恢復(fù)的過程。圖7-22 重復(fù)荷載下的曲線在工作應(yīng)力范圍內(nèi)，當(dāng)應(yīng)力水平不變時(shí)，為數(shù)不多的重復(fù)荷載，并不引起粘結(jié)應(yīng)力的顯著退化；加載過程中出現(xiàn)的應(yīng)力峰值水平越高，對(duì)以后低應(yīng)力下的粘結(jié)破壞的影響就越大。如應(yīng)力峰值超過當(dāng)前應(yīng)力的一倍時(shí)，則粘結(jié)應(yīng)力的降低可到50%或更多。粘結(jié)應(yīng)力的退化，使構(gòu)件受拉區(qū)混凝土參與工作減小，裂縫寬度加大，剛度降低。承受多次重復(fù)荷載的構(gòu)件，即使出現(xiàn)少量幾次較大的超載（出現(xiàn)超出工作應(yīng)力的應(yīng)力峰值），也會(huì)對(duì)以后工作應(yīng)力下的受力性能產(chǎn)生不利的影響。7.6.2 重復(fù)加卸載的曲線重復(fù)加卸載的曲線在性質(zhì)上有些類似于混凝土受壓試件的疲勞性能曲線，如下圖所示等量重復(fù)荷載下的曲線。當(dāng)粘

41、結(jié)應(yīng)力較小，低于其疲勞強(qiáng)度時(shí)，每次循環(huán)增加的塑性變形逐漸減小，滯回環(huán)面積也逐漸減小，并趨于穩(wěn)定，加載端和自由端的相對(duì)滑動(dòng)不再增大，曲線呈現(xiàn)直線關(guān)系。當(dāng)粘結(jié)應(yīng)力較小但高于其疲勞強(qiáng)度，開始重復(fù)加載時(shí)，滯回環(huán)的面積逐漸減小，加卸載曲線很快漸近于一條直線。但這是暫時(shí)的穩(wěn)定變形狀態(tài)。由于粘結(jié)應(yīng)力值較大，每次加載都會(huì)引起滑移量的增加。如繼續(xù)施加重復(fù)荷載，加卸載曲線就轉(zhuǎn)向與原來相反的方向彎曲，不再形成封閉的滯回環(huán)，加載端和自由端的相對(duì)滑動(dòng)逐漸（包括殘余變形）增大，曲線的斜率（剛度）減小。當(dāng)重復(fù)次數(shù)超過一定數(shù)值后，滑移量突然增大，周圍混凝土被劈裂或鋼筋被拔出，試件宣告失效。如經(jīng)受重復(fù)荷載后，再靜力加載，其加載

42、的曲線的坡度很陡，這是因?yàn)榻^大部分的滑動(dòng)已經(jīng)在重復(fù)荷載下出現(xiàn)，肋前混凝土得到了強(qiáng)化，隨著荷載的增加，曲線將基本上沿單調(diào)加載的曲線上升。如果經(jīng)受的重復(fù)荷載的較大，且重復(fù)次數(shù)較多，達(dá)到了強(qiáng)化極限，相反會(huì)出現(xiàn)軟化。重復(fù)加載后，靜力加載曲線將達(dá)不到單調(diào)加載的曲線，粘結(jié)強(qiáng)度降低，剛度下降。7.6.3 粘結(jié)疲勞強(qiáng)度的影響因素粘結(jié)疲勞強(qiáng)度的主要影響因素有最大應(yīng)力、循環(huán)特征、荷載重復(fù)次數(shù)n 以及鋼筋的類型等因素有關(guān)。而混凝土強(qiáng)度和鋼筋直徑對(duì)粘結(jié)疲勞強(qiáng)度并沒有顯著的影響。1 最大應(yīng)力與荷載重復(fù)次數(shù)n當(dāng)時(shí)， 越大，n 越小。當(dāng)小于40%時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度降低不多，當(dāng)達(dá)到50%時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度降低約50%。2循環(huán)特征與荷載重

43、復(fù)次數(shù)n當(dāng)最小粘結(jié)應(yīng)力（10%）保持不變，隨著最大粘結(jié)應(yīng)力的降低，n 增大。3鋼筋的類型光圓鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度主要靠摩擦力，在重復(fù)荷載下，摩擦力逐漸減小，使其粘結(jié)強(qiáng)度要比變形鋼筋降低更多，不宜在承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。光圓鋼筋表面的粗糙度對(duì)靜載下的粘結(jié)強(qiáng)度有很大的影響，這種影響在重復(fù)荷載下反映的更為突出。表面粗糙能提高其疲勞強(qiáng)度。7.6.4 粘結(jié)退化機(jī)理粘結(jié)退化的基本原因是鋼筋與混凝土接觸面附近“邊界層”混凝土的破壞。因?yàn)榧虞d端的粘結(jié)應(yīng)力最大，這種破壞是由該處（或開裂截面處）開始，逐步向內(nèi)發(fā)展的。當(dāng)粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，將產(chǎn)生較大的非彈性變形和局部擠碎，這時(shí)將出現(xiàn)“邊界層”的破壞。低于臨界值的粘結(jié)

44、應(yīng)力，由摩擦力及咬合力來傳遞。最大粘結(jié)應(yīng)力向內(nèi)移動(dòng)，“邊界層”的破壞也隨之向內(nèi)發(fā)展。與此同時(shí)，由于混凝土局部擠碎及內(nèi)裂縫的發(fā)展，鋼筋與混凝土的相對(duì)滑動(dòng)增長(zhǎng)。應(yīng)力水平越高，“邊界層”的破壞程度和范圍也越大，相對(duì)滑動(dòng)也越大。(a) 曲線 (b) 的分布圖 (c) 加載端和自由端處受力及位移圖7-23 重復(fù)加卸載情況下構(gòu)件狀態(tài)圖7-23所示為重復(fù)加卸載情況下的構(gòu)件狀態(tài)。（1）加載階段O®®當(dāng)試件加載至最大值（圖中的），鋼筋加載端拉力達(dá)到最大值，鋼筋向右移動(dòng)，橫肋前方混凝土壓碎，肋頂右上方有斜裂縫，肋后留有空隙；（2）卸載階段®®當(dāng)卸載至和時(shí)，肋前的混凝土和斜裂

45、縫很少恢復(fù)變形，肋左的孔隙縮減不多，故試件的殘余變形大。卸載至?xí)r，鋼筋加載端的應(yīng)力為零，附近滑移區(qū)內(nèi)鋼筋應(yīng)變大部分回縮，應(yīng)力很小。但是左半部鋼筋在回彈時(shí)受到混凝土粘結(jié)力的反向摩阻約束，鋼筋的應(yīng)力并不退回到加載時(shí)相應(yīng)鋼筋的應(yīng)力，而是高于加載時(shí)的應(yīng)力，越接近試件的中間，應(yīng)力高出得就越多，形成兩端小、中間大的拉應(yīng)力分布。左右兩部分的粘結(jié)應(yīng)力方向相反。自由端處由于鋼筋的殘余拉應(yīng)力使肋與右側(cè)混凝土仍處于擠壓狀態(tài)，形成正向殘余粘結(jié)應(yīng)力。加載端處混凝土有不大的回彈，這是由于齒狀體的伸臂梁的受彎彈性變形的恢復(fù)。這時(shí)內(nèi)裂縫均未閉合，存在較大的殘余滑動(dòng)?；炷凛^大的不可恢復(fù)變形，使得肋的兩側(cè)均出現(xiàn)空隙，鋼筋與混凝

46、土之間存在反向粘結(jié)應(yīng)力。（3）再加載階段®再次加載至，鋼筋加載端應(yīng)力又增加到最大值，肋右混凝土壓碎區(qū)和斜裂縫又有發(fā)展，肋左的空隙和鋼筋的滑移量有所增大，鋼筋的高應(yīng)力區(qū)有擴(kuò)展，粘結(jié)應(yīng)力的峰值內(nèi)移。隨著荷載重復(fù)次數(shù)的增多，上述鋼筋粘結(jié)區(qū)的混凝土變形和損傷逐漸積累，鋼筋橫肋前的破壞情況逐個(gè)從加載端往自由端擴(kuò)展，加載端的滑移區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大，試件的總變形和滑移一直增加，鋼筋的拉應(yīng)力和粘結(jié)應(yīng)力分布也隨著發(fā)生變化。§7.7 反復(fù)循環(huán)加載下的粘結(jié)性能7.7.1 局部粘結(jié)滑移滯回試驗(yàn)曲線1研究的意義鋼筋混凝土構(gòu)件在反復(fù)循環(huán)荷載作用下所表現(xiàn)出來的粘結(jié)退化是影響結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力反應(yīng)的一項(xiàng)重要因素。圖7

47、-24 滯回曲線在地震作用下，粘結(jié)力中的摩阻力持續(xù)減弱，內(nèi)部孔隙加大，導(dǎo)致粘結(jié)機(jī)理發(fā)生變質(zhì)，局部粘結(jié)滑移關(guān)系曲線呈現(xiàn)捏攏型，粘結(jié)強(qiáng)度不斷下降，滑動(dòng)量不斷增大，耗能能力逐漸下降。所以，研究鋼筋混凝土構(gòu)件在反復(fù)拉壓循環(huán)下的粘結(jié)滑移滯回曲線，對(duì)于梁柱、節(jié)點(diǎn)等構(gòu)件的恢復(fù)力特性有著極為重要的影響。2森田試驗(yàn)在反復(fù)循環(huán)荷載作用下粘結(jié)應(yīng)力滑移關(guān)系的試驗(yàn)研究中，森田的工作具有代表性。（1）第一循環(huán)如圖7-24所示，加載曲線沿著單調(diào)加載的曲線上升，直至達(dá)到控制滑動(dòng)量S=+0.5mm；正向卸載，卸載曲線近乎直線下降，卸載剛度幾乎無窮大，為零時(shí)存在絕大部分的殘余滑動(dòng)；反向加載時(shí)，曲線漸緩，當(dāng)時(shí)，應(yīng)力基本不增加，而滑

48、動(dòng)量減小至零，該階段粘結(jié)剛度幾乎為零。在繼續(xù)反向加載，出現(xiàn)反向滑動(dòng)，此時(shí)沿反向單調(diào)加載曲線下降，出現(xiàn)突然出現(xiàn)粘結(jié)應(yīng)力急劇增長(zhǎng)，即出現(xiàn)了強(qiáng)化現(xiàn)象。當(dāng)S=0.5mm 時(shí)，相應(yīng)的。反向卸載時(shí)，卸載曲線近乎直線上升，卸載剛度幾乎無窮大，同樣存在很大的殘余滑動(dòng)。（2）第二循環(huán)自第二循環(huán)后，曲線開始反映出粘結(jié)力特有的滯回特征。正向加載時(shí)，當(dāng)時(shí)，應(yīng)力基本不增加，而滑動(dòng)量減小至零，該階段粘結(jié)剛度幾乎為零；繼續(xù)正向加載，趨近于控制的滑動(dòng)量時(shí)，再次出現(xiàn)強(qiáng)化現(xiàn)象，粘結(jié)剛度急劇增大，但當(dāng)達(dá)到控制滑動(dòng)量時(shí)，最大的粘結(jié)應(yīng)力；近乎直線卸載至低于第一循環(huán)反向加載的應(yīng)力（小于）時(shí)，應(yīng)力不變，滑移量減小至零，粘結(jié)剛度幾乎為零；當(dāng)

49、繼續(xù)反向加載出現(xiàn)反向滑動(dòng)時(shí)，情況與前半個(gè)循環(huán)相似。（3）第三次及以后的循環(huán)隨著循環(huán)次數(shù)的增大，粘結(jié)應(yīng)力繼續(xù)下降，滯回面積也不斷減小，最后區(qū)域穩(wěn)定。3反復(fù)荷載下粘結(jié)滑移的特性 ·控制滑移量情況控制滑移量 控制應(yīng)力圖7-25 反復(fù)荷載下的粘結(jié)滑移如圖7-25所示，在給定滑動(dòng)振幅的反復(fù)循環(huán)荷載下，粘結(jié)應(yīng)力退化程度與控制的滑動(dòng)量、循環(huán)次數(shù)及橫向約束作用等因素有關(guān)，控制的滑動(dòng)量越大，經(jīng)受反復(fù)循環(huán)荷載后的粘結(jié)應(yīng)力，比單調(diào)加載時(shí)同樣滑動(dòng)量下的粘結(jié)應(yīng)力下降的就越多。粘結(jié)應(yīng)力的降低在前3 個(gè)循環(huán)最為顯著，以后隨著循環(huán)次數(shù)的增減，降低的程度逐漸減小。·控制應(yīng)力情況當(dāng)以應(yīng)力控制反復(fù)循環(huán)加載時(shí)，在

50、給定的應(yīng)力幅下，曲線具有典型的滑移型滯回曲線的特征，滑移量隨著反復(fù)荷載次數(shù)的增加，鋼筋的最大滑移量及殘余滑移量不斷增大?；屏康脑鲩L(zhǎng)速度與應(yīng)力水平呈正比。當(dāng)鋼筋的滑移達(dá)到一定數(shù)值后，滑移量再次加速增大，很快發(fā)生破壞。試驗(yàn)表明：鋼筋滑移開始迅速增大，導(dǎo)致破壞時(shí)的滑移量和單調(diào)加載試驗(yàn)中破壞峰值應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的滑移量基本相同。·變幅位移控制情況隨著一個(gè)方向控制位移的增大，另外一個(gè)方向的粘結(jié)應(yīng)力的退化越嚴(yán)重。4粘結(jié)性能的衰減規(guī)律（1）反復(fù)荷載下粘結(jié)滑移的特性· 局部粘結(jié)的退化及破壞與以往加載歷史中的最大局部滑移有關(guān)，而且在較低的滑移水平上，以往的滑移量越大，粘結(jié)應(yīng)力的降低就越多；· 粘結(jié)應(yīng)力的退化是以滑動(dòng)增長(zhǎng)的形式來表現(xiàn)的；·曲線存在較為明顯的捏攏段，即存在較大的粘結(jié)應(yīng)力的摩擦區(qū)，摩擦粘結(jié)應(yīng)力與卸載時(shí)的滑移值有關(guān)；· 反復(fù)荷載下粘結(jié)滑