鋼筋混凝土粘結(jié)滑移特性的研究現(xiàn)狀要點(diǎn)

1、鋼筋混凝土粘結(jié)滑移特性的研究現(xiàn)狀第3謄第4期2004年12月南通工學(xué)院(自然科學(xué)版)JournalofNa nton gI nstituteofTech nology(NaturalScie nee)V0 .3No.4Dec.2Oo4文章編號(hào)：16715314(2004)04005106鋼筋混凝土粘結(jié)滑移特性的研究現(xiàn)狀陳建平，徐勛倩，包華(1.筑源設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南通226007;2南通大學(xué)，江蘇南通226007)摘要:鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移性能是許多學(xué)者一直致力于研究的熱點(diǎn)課題然而由于鋼筋與混凝土臨界面?zhèn)髁C(jī)理復(fù)雜，影響因素多，試驗(yàn)手段的不同和量測(cè)技術(shù)的差異等導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分散，因此至

2、今尚未得出比較致的通用公式文章主要從試驗(yàn)方法，本構(gòu)關(guān)系和有限元分析等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀逐一進(jìn)行簡(jiǎn)述.關(guān)鍵詞:粘結(jié)滑移；試驗(yàn)方法;本構(gòu)關(guān)系；有限元分析中圖分類號(hào):TU528.571文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AResearchStatusoftheB on -slipbetwee nRei nforci ngSteelBara ndCon creteCHENJianping,XUXun qian ” ,BAOHua2(1.Zhuyua nDesig nCompa nyLtdNa nto ng226000,Chi na;2.Na ntongUni vers ity,Na nto ng226007,Chi na)

3、Abstract:Ma nyresearchershavebee ndevoti ngthemselvestothestudyofthebe ndslipbetwee nreinforcin gsteelbara ndcon- crete.However,becauseofthecomplexityofthetra nsferri nforce on thei nter facebetwee nthem,a nu mberoffactorsa nddiffer-en ttestsa nddiversesurveyshaveledtosporadicexperime ntaldata.sOweh

4、ave n thada nyuni formformulauptotheprese nt.In thispaper,externala ndi nter nalresearchstatusofthetests,thec on stitutiverela tio nshipa ndFEMa nalysisRrediussedbriefly on eby one.Keywords:b ond slip;test;c on stitutiverelati on ship;FEMa nalysis:鋼筋和混凝土這兩種性質(zhì)不同的材料之所以能有效地結(jié)合在一起共同工作，主要是由于混凝土硬化后鋼筋與混凝土之間

5、產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力.相對(duì)于這種結(jié)構(gòu)理論的其它領(lǐng)域的發(fā)展來(lái)說(shuō)，人們對(duì)鋼 筋與混凝土的粘結(jié)性能的研究起步較晚，這主要是 受到試驗(yàn)手段和計(jì)算理論的局限所致.例如鋼筋與 混凝土的粘結(jié)應(yīng)力和滑移的量測(cè)非常困難，早期缺乏準(zhǔn)確量測(cè)這些數(shù)據(jù)的設(shè)備和手段另外，作為對(duì)鋼 筋混凝土粘結(jié)性能進(jìn)行理論分析的一個(gè)重要方法和 有力工具有限元法，是20世紀(jì)40年代提出的并隨著電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展而得到廣泛應(yīng)用的鋼 筋混凝土粘結(jié)滑移理論滯后于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論 的其它領(lǐng)域，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究則更落后于國(guó) 外.文章主要從研究粘結(jié)滑移的試驗(yàn)方法，粘結(jié)滑移 經(jīng)驗(yàn)公式以及有限元分析粘結(jié)滑移問(wèn)題等方面簡(jiǎn)述 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀.1試驗(yàn)方法

6、的發(fā)展在各種鋼筋混凝土構(gòu)件中，根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)可以 將粘結(jié)應(yīng)力分為兩大類，筋端錨固應(yīng)力和縫間粘結(jié) 應(yīng)力，前者如簡(jiǎn)支梁中伸入支座的鋼筋端部，后者如 梁底開裂后兩條裂縫間的粘結(jié)應(yīng)力為了量測(cè)這些 粘結(jié)應(yīng)力與相對(duì)滑移之間的關(guān)系，目前主要發(fā)展了 三種試驗(yàn)方法，即:拉拔試驗(yàn)（也稱作拔出試驗(yàn)），粱 式試驗(yàn)和軸拉試驗(yàn).拉拔試驗(yàn)的試件根據(jù)試件中是 否配置橫向鋼筋分為兩類，無(wú)橫向配筋試件主要用 于量測(cè)錨固粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移量，當(dāng)鋼筋與昆凝 土的粘結(jié)強(qiáng)度較高時(shí)，這種試件大多發(fā)生劈拉破壞， 不能充分反映鋼筋混凝土間粘結(jié)性能的全過(guò)程英 國(guó)的規(guī)范BSS110采用有橫向配筋的試件可以克服作者簡(jiǎn)介：陳建平（1972 ），男，江蘇

7、南通人，南通筑源設(shè)計(jì)有限公司工 程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究.南通工學(xué)院（自然科學(xué)版）2004焦 這個(gè)缺點(diǎn)，有些國(guó)家的規(guī)范所采用試件尺寸視鋼筋 直徑 d 的不同從 10cm10cm 到 22.5cmX22.5cm 變化.由于拉拔試驗(yàn)具有試件制作簡(jiǎn)單，成本低,試 驗(yàn)易于進(jìn)行等特點(diǎn)，應(yīng)用得比較廣泛.早期鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu)中，一般簡(jiǎn)單地進(jìn)行拉拔試驗(yàn)確定臨界錨長(zhǎng) 供設(shè)計(jì)者參考.在這種試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，稍加改進(jìn)可以 模擬許多不同粘結(jié)錨固狀態(tài)，例如:SomushianP在 1989年采用了具有縱橫約束的拔出試驗(yàn)，以模擬梁 柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋的局部粘結(jié)強(qiáng)度 nl,徐有鄰也在同一 時(shí)期，采用配有雙支箍筋的拉拔試件探討了配

8、箍率 對(duì)錨固性能的影響由于在鋼筋混凝土構(gòu)件中，鋼 筋錨固區(qū)除了受拉力之外，通常同時(shí)作用有彎矩和 剪力，而拉拔試驗(yàn)不能反映這種情況，為了更好地模 擬鋼筋在梁端部的粘結(jié)錨固狀況，可采用梁式試 件.梁式試件又分為全梁式和半梁式兩類，常用于模 擬梁的剪跨區(qū)的斜裂縫和正裂縫處的粘結(jié)錨固狀 態(tài).梁式試驗(yàn)缺點(diǎn)是試件的尺寸較大，制作成本較 高,且試驗(yàn)較復(fù)雜.軸拉試驗(yàn)主要用于測(cè)量縫間粘結(jié)應(yīng)力及相對(duì)滑移量，可以模擬混凝土梁在純彎段主 裂縫間的粘結(jié)特性試驗(yàn)時(shí)，一對(duì)相互平衡的力作用 在鋼筋的兩端，鋼筋與混凝土間產(chǎn)生粘結(jié)滑移雙軸 拉試驗(yàn)還可以模擬鋼筋搭接長(zhǎng)度的粘結(jié)特性. 目前試驗(yàn)方法有：拉拔試驗(yàn)（也稱作拔出試驗(yàn)）, 梁

9、式試驗(yàn)和軸拉試驗(yàn)盡管試驗(yàn)方法有多種，但大多 僅限于靜態(tài)的或擬靜態(tài)的試驗(yàn)研究對(duì)于抗震要求 的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還應(yīng)研究動(dòng)態(tài)的粘結(jié)滑移性能，由實(shí)測(cè) 粘結(jié)應(yīng)力的分布和鋼筋與混凝土間在界面上的相對(duì) 滑移，得出沿界面上一些代表位置上的局部粘結(jié)應(yīng) 力和局部滑移之間的本構(gòu)關(guān)系，再將這個(gè)本構(gòu)關(guān)系 應(yīng)用于有限元分析進(jìn)而，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供可 靠的依據(jù).2典型的粘結(jié)滑移（r s）本構(gòu)關(guān)系影響鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的因素有很多，這些影響因素大致歸納為四大類：混凝土強(qiáng)度和 組成成分；鋼筋位置,受力方向與澆筑方向；鋼筋的 直徑和表面形狀；鋼筋周圍的約束條件.1）混凝土強(qiáng)度和組成成分當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度時(shí)，它和鋼筋的化學(xué)粘著

10、力和機(jī)械咬合力隨之增加，因而可以提高粘結(jié)強(qiáng) 度試驗(yàn)表明，混凝土的強(qiáng)度丘越高，粘結(jié)強(qiáng)度越 大,但比值ru/則隨厶的提高而降低有些試驗(yàn)還 證明，混凝土的水泥用量，水灰比等也對(duì)其粘結(jié)性能 有一定的影響.2）鋼筋位置,受力方向與澆筑方向平位澆筑（即鋼筋水平布置，澆筑方向?yàn)榇怪狈?向）時(shí),直接位于鋼筋下面的混凝土由于下沉及泌 水,不能與鋼筋緊密接觸，使粘結(jié)強(qiáng)度降低，對(duì)于變 形鋼筋，當(dāng)鋼筋的受力方向與混凝土結(jié)硬時(shí)的下沉 方向相同時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度降低，滑動(dòng)增大.3）鋼筋的直徑和表面形狀鋼筋的粘結(jié)面積與截面周界長(zhǎng)度成正比，而拉 應(yīng)力與截面積成反比，二者之比值（4/d）反映鋼筋的 相對(duì)粘結(jié)面積，直徑較大（如d>

11、;32inrn的鋼筋相 對(duì)粘結(jié)面積減小，不利于極限粘結(jié)強(qiáng)度的提高鋼筋 的外形對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度有較大的影響，例如變形鋼筋的 粘結(jié)強(qiáng)度高于光面鋼筋，變形鋼筋的肋高，肋間距不 同也影響粘結(jié)強(qiáng)度.4）鋼筋周圍的約束條件鋼筋周圍的約束條件，如混凝土保護(hù)層厚度，橫 向配筋，縱筋間距等均直接影響鋼筋與混凝土之間 的粘結(jié)強(qiáng)度保護(hù)層厚度增大，可提高外圍混凝土的 劈裂抗力，因而使粘結(jié)強(qiáng)度提高；橫向配筋的存在延 緩了徑向內(nèi)裂的發(fā)展，限制了劈裂裂縫的開展，因此 能提高粘結(jié)強(qiáng)度.影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素很多，使得鋼筋與混凝土 界面的傳力機(jī)理復(fù)雜，試驗(yàn)所得的曲線比較分散，研 究者擬合過(guò)許多粘結(jié)滑移曲線，但這些曲線之間也 有較大差異，

12、幾個(gè)較具代表性的關(guān)系式有：Nilson整理試驗(yàn)結(jié)果擬合得到的粘結(jié) 一一滑移關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式：r=9.8 10s一 5.74 XOs+O.836 10(1)Houde和Mirza從62個(gè)變形鋼筋模擬縫間粘結(jié)強(qiáng)度的試件和6個(gè)模擬錨固粘結(jié)強(qiáng)度的梁端試驗(yàn)得 出一個(gè)用四次項(xiàng)表示的經(jīng)驗(yàn)公式：r=5.29 10s 一 2.52 10s+5.87 105335.47 10s(2)狄生林從梁式試件剪跨內(nèi)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的公式為：r=6.59 10s 一 2.13 10s+0.22 10s以上的式子中,r是粘結(jié)應(yīng)力,以MPa計(jì)，滑移s是滑移，以mm計(jì).對(duì)式(1),(2) ,(3)的比較示于圖1中，圖中曲線1,2,

13、3分別代表公式(1),(2),(3).分別對(duì)滑移s求陳建平，等:鋼筋混凝土粘結(jié)滑移特性的研究現(xiàn)狀 導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為零，或直接觀察圖I即可知道上述三 式均在滑移s為0.01mm至0.03mm時(shí)取得極大值. 即達(dá)到極限粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，滑移量?jī)H為0.010.03mm. 但實(shí)際上若采用大直徑鋼筋進(jìn)行長(zhǎng)錨試驗(yàn)，在接近 極限粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，常可觀察到高達(dá)Imm的滑移量， 顯然這些不能反映鋼筋直徑和其它因素影響的經(jīng)驗(yàn) 公式是不能在未加修改的情況下得到普遍應(yīng)用的. 另外，從圖I還可以看出，Nilson和Houde的曲線都 有下降段，而狄生林的曲線則沒(méi)有明顯的下降趁勢(shì)， 考慮到Nilson和Houde的公式是從拉拔試驗(yàn)得出

14、的 而式(3)則是擬合了梁式試件剪跨內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，可 見應(yīng)力狀態(tài)亦能顯著影響粘結(jié)滑移曲線，正如狄生 林在”鋼筋混凝土梁的非線性有限元分析”一文'中 所描述:簡(jiǎn)單地取與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)的表達(dá)形式似欠 妥當(dāng).加載中并未發(fā)現(xiàn)粘結(jié)應(yīng)力的大幅度下降.甚至 在受裂縫顯著影響的測(cè)點(diǎn)，雖然裂縫出現(xiàn)后粘結(jié)應(yīng) 力明顯降低，但仍維持在一定水平上.可見裂縫附近 握裹狀態(tài)并未完全破壞.'因而結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)配筋時(shí) 些參數(shù)的選?。ㄈ鐭o(wú)粘結(jié)段的長(zhǎng)度，錨固長(zhǎng)度，鋼 筋直徑等）缺乏必要和堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù).6.6675.8335.oo04.1673.3332.5001.6670.833銜硒應(yīng)刀/.MPtl/一狄生林 / C

15、urve3 一1.4-,ICUre2 一 Houde/,”CUIyel Isoz0.0D50-0I00I0I50.唧 0.曬 0.唧 0.0350.oo0.0450.咖 0.0550.60 圖I典型粘結(jié)一滑移關(guān)系圖滑移/mm經(jīng)驗(yàn)公式(1),(2),(3)形式都很簡(jiǎn)單，這樣的常 系數(shù)的多項(xiàng)式無(wú)法反映諸多的粘結(jié)錨固影響因素， 因此，它們都只能適用于特定結(jié)構(gòu)在特定錨固條件 下的情況.上世紀(jì)8O年代后期，中國(guó)建筑科學(xué)研究 院的徐有鄰等人做了一系列試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了混 凝土強(qiáng)度，保護(hù)層厚度，錨固長(zhǎng)度,配箍率，鋼筋直徑 對(duì)粘結(jié)錨固性能的影響.徐有鄰在他的博士論文中 給出了一個(gè)用分段函數(shù)描述的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)

16、系. 將粘結(jié)滑移曲線分成五段(微滑移段,滑移段，劈裂 段,下降段，殘余段)進(jìn)行描述,曲線上有四個(gè)轉(zhuǎn)折 點(diǎn),也是表達(dá)式的控制點(diǎn)，通過(guò)實(shí)測(cè)這些控制點(diǎn)的 值，得出綜合考慮了鋼筋直徑，保護(hù)層厚度，配箍率 等因素影響的分段函數(shù)表達(dá)式，并用一個(gè)位置函數(shù) 同時(shí)考慮不同錨固深度處的變化，建立了如下的rs關(guān)系: r：9(r).() (4)其中()是用來(lái)描述粘結(jié)滑移關(guān)系隨不同錨深變 化的位置函數(shù)，它可以用錨固深度來(lái)表示，具體參 見文獻(xiàn)4】.(s)即是用控制點(diǎn)描述的粘結(jié)滑移分段 表達(dá)式.大連理工大學(xué)在光圓鋼筋試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，又采用配有我國(guó)月牙紋鋼筋的梁式試件進(jìn)行了縫問(wèn) 粘結(jié)試驗(yàn)研究，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立了一個(gè)同時(shí)

17、考 慮了混凝土保護(hù)層厚度，混凝土和鋼筋彈性模量，裂 縫間距等因素影響的rs關(guān)系式：27r.AAJ,si(25.36X10 一 Id5.04X10d.+0.29XI03d),.,一 1廣J式中，二E/Eo,E,Eo分別表示鋼筋和混凝土的彈 性模量,Js表示單位長(zhǎng)度上鋼筋的表面積，是裂縫 間距，代表離裂縫的距離，和分別為所研究 點(diǎn)處的滑移和粘結(jié)應(yīng)力.比較上面所列舉的幾個(gè)r s經(jīng)驗(yàn)公式可知,式(1)(3)表達(dá)式非常簡(jiǎn)潔，應(yīng)用起來(lái)也很簡(jiǎn)單，缺點(diǎn) 是無(wú)法反映諸多因素對(duì)粘結(jié)性能的影響，只能在小 范圍內(nèi)適用；式(4)和(5)能綜合考慮各種粘結(jié)條件 的影響，但表達(dá)式較復(fù)雜，應(yīng)用也較為困難.影響粘結(jié)的因素太多，

18、以至于很難得到一個(gè)真 正通用而又易于應(yīng)用的表達(dá)式，因此對(duì)于一些特殊 的粘結(jié)問(wèn)題，有必要進(jìn)行單獨(dú)的試驗(yàn)和研究近幾 年，一些研究者已經(jīng)開始這樣做了 ，例如，管品武，徐 有鄰等人在1997年通過(guò)大量的冷軋扭鋼筋粘結(jié)錨 固的拉拔試驗(yàn)，較詳細(xì)地分析了冷軋扭鋼筋的粘結(jié) 錨固機(jī)理，影響粘結(jié)錨固的主要因素”接著徐有 鄰，管品武又在1998年用拉拔試驗(yàn)探討了螺旋肋鋼 絲的粘結(jié)錨固性能，并統(tǒng)計(jì)回歸了粘結(jié)錨固強(qiáng)度； 1999年薛偉辰，康清梁基于36個(gè)拉拔試件的試驗(yàn)結(jié) 果，對(duì)纖維塑料筋與不同介質(zhì)(混凝土，水泥灌漿，環(huán) 氧樹脂)之間的粘結(jié)錨固性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研 究隨著鋼筋？昆凝土結(jié)構(gòu)的耐久性成為熱門課題， 銹蝕鋼筋

19、與混凝土之間的粘結(jié)錨固性能也成為研究 的焦點(diǎn)，例如:西安建筑科技大學(xué)的王林科等人米用南通工學(xué)院(自然科學(xué)版)2004焦取自使用期已逾36年的某軋鋼車間屋面鋼筋混凝 土擋風(fēng)支架梁作為試件，利用拉拔試驗(yàn)，討論了銹后 鋼筋混凝土粘結(jié)性能”州沖國(guó)礦業(yè)大學(xué)的袁迎曙等 人則采用電化學(xué)原理對(duì)鋼筋混凝土拔出試件進(jìn)行加 速銹蝕并控制其銹蝕量，通過(guò)銹蝕變形鋼筋的拔出 試驗(yàn)探討了銹蝕鋼筋混凝土的粘結(jié)退化性能 ”上 述關(guān)于粘結(jié)滑移的研究，主要有兩個(gè)熱點(diǎn)，一是新品 種鋼筋及其代用材料與混凝土的粘結(jié)滑移，另一個(gè) 是鋼筋銹蝕后的粘結(jié)性能為了給結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的 配筋問(wèn)題提供理論依據(jù)，有必要對(duì)這種建筑中的抗震 鋼筋與混凝土動(dòng)力

20、粘結(jié)性能進(jìn)行單獨(dú)試驗(yàn)研究. 3粘結(jié)滑移有限元分析的發(fā)展 用有限元法分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與一般固體力 學(xué)中的有限元分析，在基本原理與方法上是一樣的， 只是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化時(shí)，有它的特殊性目前構(gòu)成 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有限元模型主要有三種方式：整 體式，組合式和分離式整體式只能取得結(jié)構(gòu)物在外 荷載作用下的宏觀反應(yīng)（如結(jié)構(gòu)的總體位移和應(yīng)力 分布情況等），組合式模型假定鋼筋和混凝土兩者之 間的相互粘結(jié)很好，不會(huì)有相對(duì)滑移，故用有限元分 析粘結(jié)滑移時(shí)，只能使用分離式模型，將?昆凝土和鋼 筋各自劃分成足夠小的單元，按照混凝土和鋼筋不 同的力學(xué)性能選擇不同的單元形式受到外力作用 后構(gòu)件中的鋼筋和混凝土之間在相互約

21、束的同時(shí) 會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移，為模擬兩者之間這種粘結(jié)約束和 相對(duì)滑移，需加入聯(lián)結(jié)單元聯(lián)結(jié)單元的特點(diǎn)是，它 能沿著與聯(lián)結(jié)面垂直的方向傳遞壓應(yīng)力，也能沿著 與聯(lián)結(jié)面平行方向傳遞剪應(yīng)力，但不能傳遞拉應(yīng) 力近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已提出了多種不同形式的聯(lián) （牯）結(jié)單元模式，這方面的研究情況反映在1981 年,1987年Delft的兩次混凝土力學(xué)會(huì)議，1982年， 1992年的兩次” Bon di nCon Crete國(guó)際會(huì)議，以及1985 年,1992年的兩次日，美RC有限元分析討論會(huì)的論 文集中”在鋼筋混凝土有限元分析中，粘結(jié)模型種 類較多，有雙垂直彈簧粘結(jié)模型，粘結(jié)區(qū)單元，斜壓 桿單元，四結(jié)點(diǎn)線性節(jié)理單元，

22、六結(jié)點(diǎn)曲邊節(jié)理單元 等雙彈簧聯(lián)結(jié)單元（也稱為粘結(jié)鏈）在垂直于鋼筋 和平行于鋼筋表面方向設(shè)置相互垂直的一組彈簧， 這組彈簧是假想的力學(xué)模型，具有彈性剛度，但并無(wú) 實(shí)際幾何尺寸，所以可以放置在需要設(shè)置聯(lián)結(jié)的任 何地方，在空間問(wèn)題中，可以使用兩兩正交的三彈簧 單元雙彈簧聯(lián)結(jié)單元具有形式簡(jiǎn)單，可以方便地設(shè) 置在鋼筋與混凝土單元之間，而不影響單元?jiǎng)澐值?優(yōu)點(diǎn),但它不能反映變形鋼筋對(duì)混凝土的楔作用四 節(jié)點(diǎn)線性節(jié)理單元是一種退化了的四邊形單元，即 寬度等于零的四邊形單元它首先由Goodman用于巖石力學(xué)中作為節(jié)理單元，后又引伸用于各種邊界 接觸面的單元，如鋼筋與混凝土間的粘結(jié)單元由于 這種單元寬度等于零，所

23、以可以很方便地放置于鋼 筋和混凝土之間而不影響單元的幾何劃分又由于 這種單元由四邊形單元退化而來(lái)，可以與四結(jié)點(diǎn)平 面等參單元建立更為協(xié)調(diào)的關(guān)系六結(jié)點(diǎn)曲邊節(jié)理 單元的上下邊界都是曲線，單元的寬度可以采用有 限厚度，也可假定為零，它是為了使節(jié)理單元能與八 節(jié)點(diǎn)等參單元聯(lián)結(jié)而提出的.Groot在1981年提出了 粘結(jié)區(qū)單元，這種單元假定鋼筋外圍有一厚度為B的圓柱體滑移層，它由一系列平行的受壓錐體組成， 用以模擬出現(xiàn)內(nèi)部斜裂縫后，混凝土被分割成錐狀 的軟化層.粘結(jié)區(qū)單元在模擬粘結(jié)作用上比雙彈簧 單元有本質(zhì)上的改進(jìn)，它能反映變形鋼筋的楔作用， 但由于它是有實(shí)際尺寸的軸對(duì)稱單元，用于二維或 三維有限元分析

24、時(shí)，在單元?jiǎng)澐稚蠈?lái)很大的復(fù) 雜性，而且計(jì)算工作量大滕智明教授基于長(zhǎng)期試驗(yàn) 研究和有限元分析的結(jié)果而提出的斜支柱（也稱斜 壓桿）單元粘結(jié)模型，將界面上的切向粘結(jié)錨固作用 和徑向擠壓作用綜合考慮，反映了變形鋼筋粘結(jié)錨 固性能中的錐楔作用斜壓桿單元具有彈性剛度卻 無(wú)實(shí)際尺寸，能設(shè)置在單元結(jié)點(diǎn)處或界面處構(gòu)成連續(xù)的單元.有限元分析方法最初是在1943年提出的，并隨 著電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展而得到廣泛的應(yīng)用，但用 有限元法來(lái)研究鋼筋混凝土構(gòu)件則相對(duì)較晚，它是 在有限元方法在固體力學(xué)中取得大量研究成果的基 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具體標(biāo)志事件是1967年美國(guó)工程 師Ngo和Scordelis對(duì)鋼筋混凝土梁作出第一

25、個(gè)有限 元分析雖然當(dāng)時(shí)對(duì)這一有限元分析作了較多簡(jiǎn) 化，如:鋼筋混凝土的本構(gòu)關(guān)系是線性的，梁的彎曲 裂縫位置也是預(yù)先指定的，但它給鋼筋混凝土有限 元分析確立了一個(gè)基本的模式，而且為了模擬鋼筋 與混凝土之間的相互作用,Ngo和Scordelis還引入了 專門的連接單元，可見，鋼筋混凝土間的粘結(jié)滑移本 構(gòu)關(guān)系是用有限元分析此類構(gòu)件的一個(gè)非常關(guān)鍵的 問(wèn)題.繼Ngo和Scordelis之后,許多工程師和學(xué)者也 對(duì)鋼筋混凝土粘結(jié)滑移問(wèn)題作了有限元分析，其中 包括:1970年Lutz分析了握裹層混凝土的應(yīng)力狀態(tài)陳建平，等:鋼筋混凝土粘結(jié)滑移特性的研究現(xiàn)狀 及相應(yīng)變形”引;1973年R.Tepfers分析了鋼

26、筋橫肋附 近混凝土咬合齒的應(yīng)力狀態(tài)btl;1978年Nilson也對(duì) 鋼筋混凝土梁作了有限元分析，并在分析中引入了 鋼筋和混凝土及粘結(jié)滑移的非線性本構(gòu)關(guān)系，對(duì)裂 縫的模擬也有所改進(jìn)” ；198年宋啟根采用在混凝 土中設(shè)置內(nèi)部裂縫區(qū)的方法，不需預(yù)先對(duì)粘結(jié)滑移 關(guān)系作出假定，對(duì)幾個(gè)典型的粘結(jié)試件作了有限元 分析，并取得了一定成果【I引還有許多工程師和學(xué)者 所作的工作推動(dòng)了鋼筋混凝土粘結(jié)滑移的有限元分 析的發(fā)展.值得一提的是，前人在用有限元分析鋼筋混凝土的粘結(jié)滑移問(wèn)題時(shí)，一般的做法都是自行編寫程 序進(jìn)行計(jì)算，例如Ngo和Scordelis第一次對(duì)鋼筋混凝 土梁作有限元分析時(shí)，采用的是自編制的有限元計(jì)

27、 算程序，這個(gè)程序相對(duì)簡(jiǎn)單，其后許多研究者研制出 很多程序,有些可以研究鋼筋混凝土梁，板,殼等結(jié) 構(gòu)，不少程序還能對(duì)三維的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜， 動(dòng)力分析這樣做的好處是能方便地實(shí)現(xiàn)新提出的 單元類型或新的算法，但有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，那就是 程序難以推廣應(yīng)用，因此成果也很難在同行中交流， 而且不可避免地會(huì)造成許多重復(fù)勞動(dòng)另一方面，計(jì) 算機(jī)的更新?lián)Q代非?？欤浖话阋驳秒S之升級(jí)，而 這類軟件維護(hù)工作通常需由專業(yè)的人員去做前人 的有限元程序常因跟不上計(jì)算機(jī)的升級(jí)，缺少維護(hù) 工作而生存期不長(zhǎng)二十世紀(jì)七十年代初，美國(guó)出現(xiàn) 了專門開發(fā)大型通用商業(yè)化有限元計(jì)算分析軟件的 公司，如ANSYS,MSC等，由這些公

28、司開發(fā)的ANSYS, MARC,NASTRAN等大型軟件可以用來(lái)分析結(jié)構(gòu)，電 磁場(chǎng)，流體力學(xué)，機(jī)械學(xué)等各個(gè)學(xué)科的力學(xué)問(wèn)題，通 用性非常強(qiáng)采用這種商業(yè)化軟件進(jìn)行計(jì)算分析有 如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一，由于這種商業(yè)化軟件的每一項(xiàng)功 能都經(jīng)受過(guò)無(wú)數(shù)次工程計(jì)算的驗(yàn)證，因而有極高的 正確性;二,ANSYS具有非常強(qiáng)的三維圖形處理功 能,其中圖形前處理功能使得建模過(guò)程可視化，操作 簡(jiǎn)單快捷且不易出錯(cuò)，而強(qiáng)大的圖形后處理功能又 使計(jì)算結(jié)果可視化，能形象地表示各種變量的分布 規(guī)律，而這部分圖形處理功能正是許多自編制程序 所不具備的；三，研究者可以從重復(fù)編寫代碼的勞苦 中解脫出來(lái)，把精力集中到所研究的課題上，另外由 于使

29、用了統(tǒng)一的計(jì)算工具，不同的研究者可以方便 地將研究成果進(jìn)行交流考慮到這些因素，可采用了 非線性分析功能強(qiáng)大的 ANS YS(A nalysisSystem)軟件 作為計(jì)算工具同時(shí)利用ANSYS提供的二次開發(fā)功 能,編寫了一些接口程序，以彌補(bǔ)這些軟件成品難以 定制的缺陷河海大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所對(duì)此進(jìn)行較為初 步的研究的開發(fā)，也獲得了具有一定科學(xué)價(jià)值的研 究成果，但由于非線性粘結(jié)滑移性能的研究存在一 定的局限性，因此，有必要進(jìn)行深入研究和結(jié)構(gòu)的仿 真分析.4結(jié)論文章主要對(duì)國(guó)內(nèi)外研究粘結(jié)滑移的試驗(yàn)方法， 本構(gòu)關(guān)系以及有限元分析等方面的研究現(xiàn)狀逐一進(jìn) 行闡述，縱上所述,主要有以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1) 目前試驗(yàn)方

30、法有：拉拔試驗(yàn)(也稱作拔出試驗(yàn)),梁式試驗(yàn)和軸拉試驗(yàn).盡管試驗(yàn)方法有多種，但 大多僅限于靜態(tài)的或擬靜態(tài)的試驗(yàn)研究對(duì)于抗震 要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還應(yīng)研究動(dòng)態(tài)的粘結(jié)滑移性能，由 實(shí)測(cè)粘結(jié)應(yīng)力的分布和鋼筋與混凝土間在界面上的 相對(duì)滑移，得出沿界面上一些代表位置上的局部粘 結(jié)應(yīng)力和局部滑移之間的本構(gòu)關(guān)系，再將這個(gè)本構(gòu) 關(guān)系應(yīng)用于有限元分析進(jìn)而，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提 供可靠的依據(jù).(2) 由于影響粘結(jié)的因素太多，以至于很難得到個(gè)真正通用而又易于應(yīng)用的表達(dá)式，因此對(duì)于一 些特殊的粘結(jié)問(wèn)題，有必要進(jìn)行單獨(dú)的試驗(yàn)和研 究關(guān)于粘結(jié)滑移的研究，主要有兩個(gè)熱點(diǎn)：一是新 品種鋼筋及其代用材料與混凝土的粘結(jié)滑移，另一 個(gè)是鋼

31、筋銹蝕后的粘結(jié)性能為了給結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì) 中的配筋問(wèn)題提供理論依據(jù)，有必要對(duì)這種建筑中 的大直徑和高強(qiáng)度抗震鋼筋與混凝土動(dòng)力粘結(jié)性能 進(jìn)行單獨(dú)試驗(yàn)研究.(3) 在用有限元分析鋼筋混凝土的粘結(jié)滑移問(wèn) 題時(shí)，自行編寫程序進(jìn)行計(jì)算能方便地實(shí)現(xiàn)新提出 的單元類型或新的算法，但自編程序難以推廣應(yīng)用， 因此成果很難在同行中交流并造成許多重復(fù)勞動(dòng).而商業(yè)化軟件進(jìn)行計(jì)算分析有極高的正確性和較強(qiáng) 的三維圖形處理功能，便與不同的研究人員的研究 成果進(jìn)行交流考慮到這些因素，可采用了非線性分 析功能強(qiáng)大的ANSYS軟件作為計(jì)算工具同時(shí)利用 ANSYS提供的二次開發(fā)功能，編寫了一些接口程序， 以彌補(bǔ)這些軟件成品難以定制的缺

32、陷.參考文獻(xiàn)：【1J陳厚群小灣拱壩的抗震研究【J】云南水力發(fā)電，1997, ?56?南通工學(xué)院(自然科學(xué)版)2004焦【2】膝智明鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力【RJ .1978.【3】SoreushianPLocalBondofDeformedBarswithDifferentDiametersinConfinedConcrete【J .AC1,Structural,1989,86.【4】徐有鄰變形鋼筋一混凝土粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究【DJI.北京:清華大學(xué)，1990.【5】狄生林.鋼筋混凝土梁的非線性有限元分析【J】.南京工 學(xué)院,1984,14(2).【6】宋玉普 趙國(guó)藩.鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑

33、移性能研究【J】.大連工學(xué)院,1987,(2).【7】管品武.冷軋扭鋼筋粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究【J】.鄭州 工業(yè)大學(xué)，1999,18(1).【8】徐有鄰.螺旋肋鋼絲粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究【J】.混凝 土水泥制品,1998,(4).【9】薛偉辰，康清梁.纖維塑料筋粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究【J】.工業(yè)建筑,1999,29(12).【10】王林科.銹后鋼筋混凝土粘結(jié)錨固的試驗(yàn)研究【J】.工 業(yè)建筑,1996,26(4).【II】袁迎曙.銹蝕鋼筋混凝土的粘結(jié)性能退化的試驗(yàn)研究【J】.工業(yè)建筑,1999,29(11).【12】InoueN,NoguchiH.Finiteelementanalysisofreinforcedcon creteinjspa n,fin iteeleme ntan alysisofrei nforcedconcretestructures【J .ASCE,1986.【13 Ngo,Scordelis.Finiteelementanalysisofreinforcedconcrete beams【J .AC1J,1967,64(3).【14 LutzLA.Analysisofsessesine