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。