钢筋混凝土粘结应力及粘结滑移本构模型研究

锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移拉拔试验研究近几年,混凝土结构耐久性问题越来越受到人们的重视。

在正常使用过程中发现,构件中钢筋锈蚀不仅使其有效截面面积削减、力学性能改变,还使其与混凝土的粘结性能发生明显退化,严重影响了结构的安全性和耐久性。

研究锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能,对评估现役结构的实际承载力和丰富粘结理论有着十分重要的现实意义和理论意义。

本文在实验室条件下完成了有箍筋框约束下的两种不同混凝土强度等级(C20、C40)下光圆和带肋钢筋粘结试块的通电锈蚀。

通过法拉第定律来控制电流大小和通电时间,使各试块分别出现未锈蚀、轻度锈蚀、中度锈蚀和重度锈蚀四种不同的锈蚀程度分布。

锈蚀完成后,分别对试块进行中心拉拔试验,试验结果表明:(1)由于箍筋框约束的作用,粘结试块大多数情况下发生钢筋拔出破坏形式,部分带肋钢筋出现测试筋屈服破坏。

(2)锈蚀率对钢筋的粘结应力影响巨大,光圆钢筋在锈蚀率为3%的情况下,粘结应力最大,带肋钢筋随着锈蚀率的增大,粘结应力逐渐降低,并在此基础上建立了粘结强度退化公式。

(3)通过拉拔试验数据,分析得出了不同强度下光圆钢筋和带肋钢筋的粘结滑移关系曲线变化规律,并建立起粘结滑移基本关系。

(4)最后,通过钢筋开槽贴应变片的方法,在钢筋拉拔过程中,采集并记录锚长内钢筋的应变值,分析得到应变从自由端向加载端逐渐递增,粘结应力在锚固段内呈“抛物线”形状分布,自由端的相对滑移滞后于加载端,并在此基础上得到了不同锚固位置各点的粘结滑移关系曲线,得出锚固位置函数。

结合粘结滑移基本关系,从而建立起与锚固位置相关的粘结滑移本构关系。

CFRP-混凝土界面的粘结滑移本构关系及影响因素
研究中期报告
本文的研究目的是查明碳纤维增强聚合物（CFRP）与混凝土之间的
粘结滑移本构关系，并探究影响该关系的重要因素。

本文的研究方法包
括文献综述、实验测试和分析。

在文献综述的阶段，本文系统地调研了国内外学者在CFRP与混凝土界面粘结滑移方面的相关研究成果，并形成了粘结滑移本构关系研究框架。

在实验测试的阶段，在实验室制备了CFRP混凝土试件，并采用直接剪切试验法对其进行粘结试验。

通过实验得到了CFRP混凝土界面的粘结滑移本构关系曲线，并且分析了这些曲线与现有文献中的结果的一致性。

在分析阶段，本文根据实验数据结果和已有文献，从粘结力、滑移
速率、温度和湿度等因素方面进行了分析，得到了它们对粘结滑移本构
关系的影响。

本文的研究结果表明，CFRP混凝土界面的粘结滑移本构关系可用二次多项式表达，而且这种关系的形态特征具有很强的随机性。

在影响因
素方面，温度和湿度对于粘结滑移本构关系的影响较为明显，而滑移速
率的影响相对较小。

进一步的研究还需要考虑更加复杂的影响因素和更大规模的实验测试，以加深对CFRP混凝土界面粘结滑移本构关系的认识和掌握。

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围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)，是指在某个计算围(变形钢筋的一个肋的区段)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。

一、 FRP-混凝土界面粘结性能本构模型(一) 、概述面内剪切试验不仅被用来测定FRP-混凝土界面的剥离承载力，同时也被用来测定界面的局部粘结-滑移本构关系由面内剪切试验，界面粘结-滑移本构关系一般通过以下两种方法获得：(1) 在FRP 上布置应变片，量测FRP 内的轴向应变分布εf ，而后通过以下差分方程可以得到相应的局部粘结应力τ：f f fE t d dx ετ=同样局部滑移s 可以通过对FRP 应变从自由段开始按下式积分得到：f s dx ε=⎰(2) 通过加载端的荷载-滑移曲线推算出界面的粘结-滑移关根据Taljsten 基于非线性断裂力学的研究，在FRP 锚固长度足够大的情况下，界面剥离承载力由下式给出：u f P b =式中，f G 为界面破坏能，它等于粘结-滑移曲线所包围的面积，由于该公式和粘结-滑移曲线形状无关，因此它对理解界面剥离行为的一些影响参数很有帮助。

(二) 现有的本构模型(1) Neubauer & Rostasy 模型该模型为线性模型，粘结应力随滑移增加而线性上升，至剥离强度τmax 后突然降低到零。

这个模型在FRP-混凝土界面研究早期被广泛采用，Neubauer & Rostasy 通过70个面内剪切试验结果回归给出了该模型中的参数，其表达式如下：Nakaba等人进行了30个面内剪切试验研究，并测量了FRP的应变分布情况，进而由FRP应变分布给出界面的粘结-滑移本构关系。

该模型的公式为：由于该模型基于实测FRP应变，因此从曲线形状上来说，该本构模型是最接近实际情况的。

但如前所述，由于根据FRP应变分布确定界面粘结-滑移关系的方法会导致很大误差，因此在Nakaba等的试验中不同试件之间离散也很大，从G偏大，过高估计了界面的剥离承载力。

后面的比较也可以看出，该模型给出的界面破坏能f(3)Savioa et al.模型Savioa等人在Nakaba的工作基础上，用他们的试验结果对Nakaba模型中的参数进行了修正，最后得到的粘结-滑移模型为：(4)Monti et al.模型Monti等首先假设界面粘结-滑移关系为双线性模型，这一简化模型在分析FRP-混凝土界面行为中也被广为采用，特别是由该模型可直接得到界面剥离承载力的解析解[35]，因而对于工程设计非常有用。

型钢混凝土粘结滑移基本理论及应用研究共3篇型钢混凝土粘结滑移基本理论及应用研究1型钢混凝土是一种新型的混凝土结构材料，将型钢和混凝土作为整体，具有钢的强度和刚度，以及混凝土的承载能力和耐久性优点。

型钢混凝土在建筑、桥梁、隧道等领域中应用广泛。

型钢混凝土的粘结滑移性能是其性能的关键之一，因为它涉及到结构的稳定性和耐久性。

1. 型钢混凝土粘结滑移的基本原理型钢混凝土结构的粘结滑移是指混凝土与型钢之间的相互作用，防止起跨度方向的滑动。

这个相互作用包括粘结、摩擦和剪切承载等。

其中，粘结是指混凝土与型钢之间存在一定的粘着力，即粘结力。

这个粘结力的大小与混凝土与型钢之间的接触面积、混凝土和型钢表面的形貌及粘结介质等关系密切。

同时，型钢混凝土结构中也会受到温度、湿度、荷载等各种因素的影响，从而影响混凝土和型钢之间的粘着力。

型钢混凝土结构的滑动摩擦是指型钢和混凝土之间存在一定的摩擦力，从而防止型钢在混凝土中的滑动。

这个摩擦力的大小与型钢表面的粗糙度、型钢与混凝土间的间隙以及型钢和混凝土的物理性质等因素有关。

型钢混凝土结构中的剪切承载是指型钢和混凝土之间的相互作用，在水平剪切力的作用下，阻止型钢从混凝土中剪切和滑动的能力。

混凝土与型钢之间的剪切力大小与混凝土和型钢之间的粘着力和摩擦力有关。

2. 型钢混凝土粘结滑移的应用研究型钢混凝土结构的粘结滑移是其性能的重要指标之一，因此，对其性能的应用研究具有重要的意义。

对于型钢混凝土结构的粘结滑移性能的研究主要包括以下方面：（1）粘结滑移试验。

通过试验方法来进行型钢混凝土结构的粘结滑移性能的测量和分析，确定其相应的参数和指标，并验证理论分析的可靠性。

（2）理论分析。

利用理论分析的方法来研究型钢混凝土的粘结滑移性能，建立相应的数学模型来分析其中各个参数和指标的变化和影响。

（3）工程应用。

根据型钢混凝土结构的粘结滑移性能研究结果，对其在实际工程中的使用进行评估和分析，并提出相应的优化措施和建议，以确保结构的稳定和安全。

钢筋与混凝土的粘结与滑移读书报告钢筋与混凝土的粘结与滑移读书报告一．概述钢筋与混凝土的粘结是钢筋与外围混凝土之间的一种复杂的相互作用，通过它来传递二者的应力，协调变形。

这是钢筋与混凝土两种材料组成的复合构件共同共做得基本前提。

通常所谓粘结应力是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力，实际上钢筋外围的混凝土的应力及变形状态要复杂得多粘结应力使钢筋应力沿钢筋长度而变化；反之，没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。

1.裂缝出现前的粘结作用[1,2]图1.裂缝出现前钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土间的粘结作用T 11图1给出了钢筋混凝土简支梁在两对称的集中荷载作用下的弯矩图。

在梁的剪弯段（集中荷载和支座的部分）取出长度为∆x 的梁段隔离体和钢筋的隔离体。

由材料力学的相关知识可求得作用在钢筋隔离体两端的拉力：11s M T h γ= , 212s s M M M T h hγγ+∆== （1） 式中 M １，M ２――梁段隔离体两端的弯矩；s h γ――截面内力臂的长度。

于是 s M T hγ∆∆= （2） 由钢筋隔离体的平衡条件得作用在钢筋表面的粘结应力为： 1s s s s T M V x x h h τμγμγμ∆∆===∆∆ （3） 式中 V ――梁中的剪力；µ s ――钢筋的周长。

由式（3）可知，尽管梁中未出现裂缝，由于在梁的剪弯段中任意两截面处的拉应力不相等，钢筋和混凝土之间仍有粘结作用。

钢筋表面粘结应力的分布与梁中剪力的分布规律相同。

实际上，混凝土中有微裂缝，粘结应力的分布规律因微裂缝的存在还会发生变化。

2.裂缝出现后的粘结作用裂缝出现后，钢筋混凝土构件中的粘结问题按作用性质可分为两类：锚固粘结问题和裂缝间的局部粘结问题[3,4]。

工程上经常会遇到钢筋结断或搭接的情况，比如钢筋伸入梁端支座或梁柱节点是比需要有足够的锚固长度；连续梁跨间的钢筋非焊接接头必须有足够的延伸长度等。

构件中具有足够锚固长度的钢筋，通过粘结长度上的粘结应力积累，才能使钢筋的应力达到其设计强度。

几种粘结滑移关系的经验公式钢筋混凝土有限元分析中粘结滑移关系表达式主要是从试验数据归纳拟合出的粘结滑移曲线，但这些曲线之间也有相当差异，常用的描述局部粘结应力一滑移关系的经验公式主要有如下几种：(1)1968年，Nilson根据Bresler、Bertero所做的钢筋混凝土在重复荷载下的试验结果，提出局部τ～s非线性关系表达式τ=9.78×102s-5.72×104s2+8.35×10５s３式中τ单位为 N/mm2，s的单位为 mm（2）Houde和 Mirza公式Houde和 Mirza认为粘结力与混凝土标号有关系，他们由62个变形钢筋模拟缝间粘结强度的试件和6个模拟锚固粘结强度的梁端试验结果回归出的经验公式：式中τ单位为 N/mm2，s的单位为 mm（3）清华大学土木系在滕智明指导下进行了92个短埋拔出式试件和12个轴拉混凝土试件的试验研究，发现粘结滑移关系与混凝土强度、钢筋外围的保护层厚度、测点所处位置到裂缝的距离有关。

在试验的基础上，得出如下公式：(2.5)式中，τ为局部粘结应力（N/mm2），s为局部滑移（mm），fts为混凝土劈位强度（N/mm2），c/d为混凝土保护层和钢筋直径比；F(x)为粘结刚度分布函数，x为至最接近的横向裂缝的距离。

（4）中国建筑科学研究院徐有邻等人做了一系列试验，系统地研究了混凝土强度、保护层厚度、锚固长度、配箍率、钢筋直径对粘结锚固性能的影响，将粘结滑移曲线分成五段（微滑移段、滑移段、劈裂段、下降段、残余段）进行描述，曲线上有四个转折点，通过实测结果得出一分段函数表达式，并用一个位置函数同时考虑不同锚固深度处的变化，建立了如下的τ～s关系：τ=φ(s)·Ψ(x) (2.6)式中，Ψ(x)是用来描述粘结滑移关系随不同锚深变化的位置函数，它可用锚固深度x来表示，具体参见文献[3]，φ(s)即是用控制点描述的粘结滑移分段表达式。

第44卷 第1期2024 年2月辽宁石油化工大学学报JOURNAL OF LIAONING PETROCHEMICAL UNIVERSITYVol.44 No.1Feb. 2024引用格式：李宏伟,王文武,贾冯睿,等.钢筋混凝土黏结⁃滑移行为敏感性分析及机器学习模型[J].辽宁石油化工大学学报, 2024,44(1):55-63.LI Hongwei,WANG Wenwu,JIA Fengrui,et al.Sensitivity Analysis and Machine Learning Model for Reinforced Concrete Bond⁃Slip Behavior[J].Journal of Liaoning Petrochemical University,2024,44(1):55-63.钢筋混凝土黏结⁃滑移行为敏感性分析及机器学习模型李宏伟1，王文武1，贾冯睿2，苏昱太3，龙旭3（1.辽宁石油化工大学土木工程学院，辽宁抚顺 113001； 2.浙江清华长三角研究院，浙江嘉兴 314006；3.西北工业大学力学与土木建筑学院，陕西西安 710072）摘要：　针对钢筋混凝土黏结⁃滑移行为，利用ABAQUS有限元软件，构建了基于内聚力模型的钢筋混凝土黏结⁃滑移有限元模型，通过能量和荷载⁃位移曲线探究了仿真模型网格敏感性以及内聚力参数敏感性。

针对钢筋混凝土黏结强度问题，建立基于非线性自回归动态神经网络模型（NARX）的预测模型，以黏结长度、钢筋直径和加载方式为变量，建立20组数据对钢筋的荷载⁃位移曲线进行了预测。

结果表明，当网格尺寸为6 mm时，可以较理想地平衡预测精度与计算成本；有限元预测结果对内聚力参数的敏感性由强到弱依次为损伤起始强度、断裂能和刚度；所建立的NARX预测精度达到99.6%，有潜力代替量大且耗时的数值模拟和物理试验，实现对钢筋混凝土黏结强度的高效准确预测，为钢筋混凝土黏结强度的预测和设计提供新的便捷途径。

第20卷第5期 2017年10月建筑材料学报JOURNAL OF BUILDING M ATERIALSV〇1.20，N〇.5Z c t (Q17文章编号！007-9629(2017)05-0692-09盐冻融环境下钢筋混凝土黏结-滑移本构模型王青#，2，卫泽众2，徐港#，2，项健2，潘琪2(1.三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室，湖北宜昌403002;2.三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002)摘要：为了探索盐冻融环境下钢筋混凝土的黏结-滑移性能及其本构模型，通过自主研制的双向受压型钢筋混凝土拉拔装置和钢筋铣槽内贴应变片的测试方法，对经历了盐冻融循环作用的钢筋混凝土试件进行中心拉拔试验.结果表明：随着盐冻融循环次数的增加，试件的极限黏结强度呈线性下降趋势，自由端起滑荷载逐渐减小，劈裂破坏时的自由端滑移量先减小后增大；加载初期黏结应力峰值靠近加载端，随着荷载的增加，黏结应力峰值向自由端移动，且随试件盐冻融损伤程度的增加，峰值移动趋势愈趋明显.结合理论分析，获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律，并在此基础上构建了盐冻融环境下考虑位置函数的钢筋混凝土黏结-滑移本构模型.所得结果可为寒区氯盐环境下钢筋混凝土构件的有限元分析和耐久性评估提供理论依据.关键词：钢筋混凝土；本构模型；盐冻融作用；黏结-滑移中图分类号：U445. 57 文献标志码：A doi：10. 3969/j.issn. 1007-9629. 2017. 05. 006Bond-Slip Model for Reinforced Concrete under Deicer-Frost EnvironmentWANG Qing12，WEI Zezhong2，XUGang12，XIANG Jian2，PAN Qi2(1. Hubei Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation，China Three Gorges University，Yichang 443002, China；2. College of Civil Engineering j Architecture, China Three Gorges University，Yichang 443002 , China)Abstract： T o explore the bond-slip behavior and constitutive relationship between the steel bar and the con­crete under the deicer-frost environment，through the self-made bidirectional compression type of rein­forced concrete pull-out device and the test method in which strain gauges were pasted on the inner millingslot of steel bars，pull-out tests were conducted on reinforced concrete specimens subjected to salt-freezingcycles.Research results show that with the increase o f salt-freezing cycles，the ultimate bond str creases linearly，the i n i t i a l sliding load of free end drops gradually，the slippage of free end correspondingto the ultimate bond stress decreases first and then increases； the peak value of bond stress spreads fromthe loading end toward the free end with increase of loading，the spreading tendency of the peak value i smore and more obvious with the increase of degree of freezing-thawing damage.Distribution laws of bondstress and slippage along anchorage length are obtained through theoretical analysis.Based on w o r k，the reinforced concrete bond-slip constitutive equation i s established under deicer-frost action withconsidering the position function，which c ould provide theoretical evidences for the reinforced co nite element analysis and the durability assessment under chloride environment of the cold region.Key words： reinforced concrete； constitutive model；deicer-frost action； bond-slip收稿日期：2016-08-19;修订日期：2016-12-30基金项目：国家自然科学基金资助项目（51379111，51109121);湖北省科技支撑计划项目（2014BCB035)第一作者：王青（1976—&女，江苏无锡人，三峡大学教授，博士. E-mail:postwq®163. com通信作者：徐港（1974—），男，内蒙古达茂旗人，三峡大学教授，博士生导师，博士.E-mail:p〇stxg®163. com第5期王青，等：盐冻融环境下钢筋混凝土黏结-滑移本构模型693在中国东北、西北和华北等大范围寒冷地区，盐 冻融破坏是使用除冰盐的桥梁、道路以及海边建筑物等在服役过程中发生的主要耐久性病害.盐冻融 循环作用不仅导致构件截面完整性破坏、混凝土材 料力学性能劣化，还会削弱钢筋与混凝土之间的黏结作用，阻碍钢筋强度的充分发挥，从而影响混凝土 结构构件的正常使用性能和承载能力.目前关于钢筋与混凝土黏结性能的研究，国内外 学者多集中在水冻融环境下开展[10]，如Shih等#通 过试验研究了不同冻融循环次数、不同加载机制对钢 筋混凝土试件黏结性能的影响后发现:在相同的冻融 循环次数下，疲劳荷载下试件的黏结强度低于单调加 载时的黏结强度；随着冻融循环次数的增加，钢筋与 混凝土的极限黏结强度下降，而自由端峰值滑移量增 加.冀晓东等)]通过冻融循环后的中心拉拔试验推算 出了冻融作用后钢筋与混凝土极限黏结强度的理论 计算公式.混凝土在盐冻融环境下的破坏程度和速度 是水冻融环境下的几倍甚至10倍58].文献[9-10]研 究了盐冻融循环后钢筋混凝土黏结强度的退化规律，认为在盐冻融环境下与水冻融环境下具有不同的退 化规律，其中文献[9]建立了钢筋混凝土平均黏结应 力-平均滑移的分段关系式，但未考虑不同锚固位置 对其黏结-滑移本构关系的影响；文献[10]研究了盐 冻融循环作用对钢筋混凝土黏结-滑移特征值和破坏 形态的影响规律，并拟合得到盐冻融作用后钢筋自由 端的黏结-滑移本构方程，但无法反映锚固区段内其 他位置的黏结-滑移关系.为此，本文采用自主研制的双向受压型钢筋混凝土拉拔装置[11]和钢筋铣槽内贴应变片的测试方法[!，对经历不同盐冻融循环次数的钢筋混凝土试 件进行精细化中心拉拔试验，研究了盐冻融循环作用对钢筋混凝土黏结-滑移特性的影响，探索了盐冻 融环境下钢筋与混凝土之间黏结应力和滑移量沿锚 固长度的分布形态和分布规律，并在此基础上建立了盐冻融环境下考虑位置函数的钢筋混凝土黏结- 移本 方程.1试验概况1.1试件设计中心拉拔试件的设计尺寸为100m m X100m m X180m m,内置直径为20 m m的H R B400变形钢筋，用于开展不同盐冻融循环次数下钢筋混凝土黏结性 能试验.共设计0组8个中心拉拔试件，编号记为P--N，其中t'表示试件号(1〜8)，N表示试件加载前的盐 冻融循环次数％，30，5,60).同步浇筑4组混凝土标准立方体试件(150m m X150 m m X150 m m&用于测 试不同盐冻融循环次数下混凝土立方体试件抗压强 度;并浇筑4组混凝土冻融试验标准试件％00m m X 100m m X400 m m)，依据 G B/T 50082—2009《普通 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测得不 同盐冻融循环次数下混凝土的相对动弹性模量.中心拉拔试件中的钢筋由2段组成，一段用于 黏结性能测试，另一段用于试件加载.为了有效防止 钢筋应变片失效，采用了钢筋铣槽内贴应变片的测试方法[12]，将黏结段钢筋两端车丝后沿纵肋线切割 为两半，分别沿轴向铣槽，凹槽截面尺寸为3 m m X6 m m，然后在槽内粘贴应变片，同侧相邻间距20 m m,两侧沿锚固长度交错布置，如图1(a)所示. 应变采集导线选用直径为0. 48 m m的14股超细防 腐蚀、耐高低温的航空导线，与各应变片焊接后沿凹 槽依次从钢筋自由端导出，之后用环氧树脂胶将凹槽填充平整，合拢两半钢筋，再从两端用内螺纹钢管 拧紧，以确保两半钢筋受拉时变形同步，受力均勻. 加载段钢筋同样两端车丝，一端拧人钢螺纹套管与黏结段钢筋连接，另一端则用于在加载试验时拧人拉拔装置[11]盖帽中以固定试件.将连接好的两段钢 筋放人试模中心并浇筑混凝土，以成型拉拔试件，如 图1(b)所示.为了消除加载时混凝土局部挤压的影 响，在加载端和自由端非锚固区分别设置了长度为40 m m的P V C套管，因此钢筋的有效黏结长度为100 m m.此外，在启动冻融循环试验前，通过外套P V C线管对试件外露钢筋进行密封防水处理，以防 止盐水侵人开槽钢筋内部，导致钢筋镑蚀甚至应变片失效.在后期拉拔试验中，从盐冻融作用后应变片 失效率和应变采集数据的稳定性来看，所采取的措 施非常有效.1.2原材料水泥（C):华新牌P • 04. 5普通硅酸盐水泥，其各项指标均达国家标准；砂（S):河砂，中砂，细度 模数2. 58,属三区级配；石（G):碎石，粒径5" 16 m m，连续级配；水（W):自来水；钢筋：H R B400 钢筋，直径20 m m.混凝土配合比及28d标准立方 体抗压强度值/…，钢筋实测屈服强度值A和极限 强度值/…见表1.1.3试验装置及数据采集采用T D R F-2混凝土快速冻融装置，参考G B/ T 50082—2009中的快冻法进行冻融试验.为模拟海水环境，冻融介质取质量分数为3%的N a C l溶 液，在4组中心拉拔试件分别经历0,30,45,60次盐 冻融循环后进行拉拔试验.采用双向受压型钢筋混690建筑材料学报第20卷602010020356070(a) Reinforcement details of slotted section40 180 ___________________________240,40 _4010040.55-T1 'PVC casing\20 2020 20r~t ~一PVC casingSteel bar//n N I I I HI II)| | | |11 Hill]J ffH ll f f l 1\Steel sleeve24060 _____________140_____________35 35 ___________________190(b) Specimen size图1中心拉拔试件设计详图Fig. 1Centric pull-out specimens design details (size ： mm)表1混凝土配合比及材料力学性能Table 1 Mix proportion of concrete and mechanical properties o f materialsMaterial mw : mC : ms : mG Air-entraining agent(by mass)/_/cu/MPa Air content(byvolume) / _/y /M P a /u /M P aConcrete(C30)0. 50 ： 1 00 ： 2. 22 ： 3. 780.00332.73Rebar(《20)484618凝土拉拔装置[11]在4A 4-Y 1000C 型万能试验机 上完成加载，如图2 (a)所示.该拉 点是：(1)通过上，可确保试确对中加载，有效克服了采用传统加载试验拉拔杆与受拉钢筋难以对中的问题；（2)通过自主设计‘:口夹具（见图2(b ))，实 加载端钢 混土相 移确测量，成功解采用传统加载试验架测试时难以消除加载移量中包含区段钢筋变 问题，而试加载 自由端可以同 称放置2支千分表移计，测试的可靠性.试件安装就绪后，将钢筋内部和混凝土表面的 应变片采集线接入U T 7110Y 应变采集系统采集应 变；采用万能试验机以1/4 加载速度[13](0. 1k N /s)进行加载，加载过程中同步测量每级荷载下加载自由端钢筋与土相移(a) Pull-out device(b) Sleeve type of bayonet fixture图2试验装置Fig. 2Test setup量以及破坏时的极限荷载.2试验结果及分析2. 1试件损伤形态盐冻融循环次数的增加，试件表面砂浆的剥第5期王青，等：盐冻融环境下钢筋混凝土黏结-滑移本构模型695落量不断增加.经历15次盐冻融循环后试件表面只 局部少 ，但经过30次盐冻融循环后试件表 开始变得粗糙，表 匀 ；经45次盐冻融循环后试件表面骨料 常明显；当盐冻融循环达到$0次后，试件表面虽有骨料大 仍 好 性，没有出 土大、冻裂、掉角 严重 融 .经历0，30，45，$0次盐冻融循环后各试件黏结失效的破坏形态相同，均为劈裂破坏，如图3所示.图3试件典型拔出形态Fig. 3 Typical pull-out f o r m of specimens 试验加载过程中，钢筋与混凝土之间产生相对滑移，加载 土首先出 （扩 自由，随后“砰”的一声闷响，裂缝 试件表面并发生劈 .同时可以发现，锚固区钢 带 显的土碎末，（融 程 加深，钢筋表面夹带 土碎 少趋势，混凝土内钢筋的更加清晰，钢筋拉拔极限荷载之 ，可见，盐冻融循环作用削弱 结作用.试件多数劈裂成3块，且裂缝位置与冻融循环 、钢 、关系不大，无明显 .2.2黏结各批次试 盐冻融循环后的黏结特征值见表2.表2中：N为盐冻融循环次数；A W为 I：损 失率；为相对动弹性模量损失率表示加载过程中自由 荷载；P u表示试件劈 效 极限荷载；Siu表示试件劈加载 移量；S f u表示试件劈 自由 移量"u表示试件极限黏结 "us-为同组2个试件极限黏结强.试件极限黏结强度由式％)求得：(u =Pu/)d la(1)式中T为钢筋直径=为钢筋的锚固长度.Code P1-0 P2-0 P3-30 P4-30 P5-45 P6-45 P7-60 P8-60N/times30304545$0$0表2试件经历盐冻融循环后的黏结-滑移特征值Table 2 Characteristic values o f bond-slip after salt-freezing cyclesAW/%A P/_P s/kN P u/k N S^/m m S f u/m m(u/ M P a1382.50. $150.44913.141883.00.4880.28$13.2212$3.00.4170.19410.031159.00.29$0.2029.391355.00.3130.13$8.7$124$. 00.3410.0957.321050.00.5000.2577.9$847.00.34$0.1057.481 260. 631 171 171 722. 9$$.21$.737.09ruS/M P a13.189.718.047.72由表2数据可知：随冻融循环次数的增加，试件 的极限黏结 线性下降趋势，自由 荷载P@基本 下降趋势，与 [3，10]结论基本一.土盐冻融 程 加深，劈自由 移量先 后增大，这与 [8]所述结论一致，即在盐冻融作用下 土表 受期，劈 自由端滑移 土相 I弹性 下降而下降（土内部 钢筋表 ，自由 移 土相 性 t 而迅速增大（相 性 为94%，而本文试 45次盐冻融作用后自由端滑移量开 大，此时其相 性 为$. 73%，恰与之相近.究其原因可能是由于该滑移量 不仅取 结应力大小，还与钢 土的本构相关:盐冻融循环 少时，由土 1下降，导 结 （吋内部土受，钢 土 性能良好，相同结应力水平下自由 移量受冻融作用;当盐冻融 严重时，整个 土劣化程度相同，钢 土 受损严重，导致自由端移 大.2.3 固位置处的黏结应力本文分别采用矩阵方程法（M atri x)[14]和平均 值法（M e a n))5]来计 同锚固位置处钢筋与混凝696建筑材料学报第20卷土之间的黏结应力.运用矩阵方程法时，假定锚固区 内钢筋的应变连续光滑分布，将其划分为n 个微段， 每个微段间距均为L 以加载端为原点每个应变片 坐标为心％ = 0 (，2,结合边界条件= 5；^。

一、混凝土本构关系模型1.混凝土单轴受压应力-应变关系（1）Saenz等人的表达式Saenz等人（1964年）所提出的应力-应变关系为：（2）Hognestad的表达式Hognestad建议模型，其上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。

所提出的应力-应变关系为：（3）我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中的混凝土受压应力-应变曲线，其表达式为：，，是混凝土单轴受压时的应力应变曲线在下降段的参数值，是混凝土单轴抗压的强度代表值，是与单轴抗压强度相对应的混凝土峰值压应变。

2.混凝土单轴受拉应力-应变关系清华大学过镇海等根据实验结果得出混凝土轴心受拉应力-应变曲线：3.混凝土线弹性应力-应变关系张量表达式，对于未开裂混凝土，其线弹性应力应变关系可用不同材料常数表达，其中用材料弹性模量E和泊松比v表达的应力应变关系为：用材料体积模量K和剪变模量G表达的应力应变关系为：4.混凝土非线弹性全量型本构模型5.混凝土非线弹性增量型本构模型各向同性增量本构模型：（1）在式中，假定泊松比为不随应力状态变化的常数，而用随应力状态变化的变切线模量取代弹性常数E，并采用应力和和应变增量，则可得含一个可变模量Et的各向同性模型，增量应力应变模型关系为：（2）在式中，如用随应力状态变化的变切线体积模量Kt和切线剪变模量Gt取代K和G,并采用偏应力和偏应变增量，则可得含两个可变模量Kt和Gt的各向同性模型，采用偏应力和偏应变增量，则可得以下应力应变关系：双轴正交各向异性增量本构模型：混凝土在开裂，尤其是接近破坏时，不再表现出各向同性性质，而呈现出明显的各向异性性质。

因此，用各向异性描述混凝土开裂后的性能更为合理。

混凝土双轴受压时，由于泊松效应及混凝土内部裂缝受到约束，其强度和刚度均可提高。

该模式假定，混凝土为正交各向异性材料，且各级荷载增量內应力-应变呈线弹性关系，其关系式为：6.混凝土弹塑性本构模型弹塑性增量理论需要对屈服准则、流动法则和硬化法则作出假定。