鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)

139第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)139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致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力學性能的降低和破壞。隨著有限元法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性中的應用，鋼筋與混凝土之間粘結(jié)和滑移的研究更顯重要。粘結(jié)應力及其分類.粘結(jié)應力的定義粘結(jié)應力是指沿鋼筋與混凝土接觸面上的剪應力。它并非真正的鋼筋表面上某點剪應力值,而是一個名義值（對于變形鋼筋而言），是指在某個計算范圍（變形鋼筋的一個肋的區(qū)段）內(nèi)剪應力的平均值，且對于變形鋼筋來說，鋼筋的直徑本身就是名義值。.粘結(jié)應力分類?彎曲粘結(jié)應力由構(gòu)件的彎曲引起鋼筋與混凝土接觸面上的剪應力。可近似地按材料力學方法求得。由于在混凝土開裂前，截面上的應力不會太大，所以一般不會引起粘結(jié)破壞，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學性能影響不大。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)同工作機理。其大小與彎曲粘結(jié)應力及截面的剪力分布有關(guān)，即對于未開裂截面，彎曲粘結(jié)應力的分布規(guī)律與剪力分布相同。?錨固粘結(jié)應力鋼筋的應力差較大，粘結(jié)應力值高，分布變化大，如果錨固不足則會發(fā)生滑動，導致構(gòu)件開裂和承載力下降。粘結(jié)破壞是一種脆性破壞。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)140?裂縫間粘結(jié)應力開裂截面的鋼筋應力，通過裂縫兩側(cè)的粘結(jié)應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)的鋼筋平均應變或總變形小于鋼筋單獨受力時的相應變形，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”。裂縫間粘結(jié)應力屬于局部粘結(jié)應力范圍。該粘結(jié)應力數(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)應力應變分布復雜，存在著混凝土的局部裂縫和兩者之間的相對滑移，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)動能力以及結(jié)構(gòu)中的彈塑性分析等。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、普遍共同接受的計算理論。目前，還沒有比較完整的、有充分論據(jù)的粘結(jié)滑動理論。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粘結(jié)問題的進一步的研究。研究的重要性工程實踐上的重要性一一鋼筋的錨固、搭接和細部構(gòu)造；理論上的重要性一一剪切破壞、裂縫寬度、塑性鉸轉(zhuǎn)動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)中應用的要求，需給出粘結(jié)應力與相對滑動的數(shù)學模式；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動力反應，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力特性，粘結(jié)退化是使節(jié)點區(qū)強度喪失和剛度降低的主要原因。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

141第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)141§7.2粘結(jié)性能試驗試驗方法結(jié)構(gòu)中鋼筋粘結(jié)部位的受力狀態(tài)復雜，很難準確模擬。根據(jù)試驗性質(zhì)以及獲取數(shù)據(jù)的內(nèi)容，分為靜力試驗方法和動力試驗方法。.靜力試驗方法圖7-1圖7-1拔出試驗的試件?拔出試驗最初的試驗方法，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力狀態(tài)差別大，影響了試驗結(jié)果的真實性。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方法時，試件常發(fā)生劈裂破壞。所以，又設置橫向鋼筋（螺旋箍筋）以改善其性能。（三種試件圖7-1所示）?梁式試驗梁式試驗（圖7-2）是為了更好地模擬梁端錨固粘結(jié)性能狀態(tài)。由于拔出試驗不能反映鋼筋錨固區(qū)域存在彎矩和剪力共同作用的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)142梁式試驗試件梁端無粘結(jié)，中央為10d的粘結(jié)區(qū)域，使粘結(jié)應力分布更為均勻。這兩類試件的對比試驗結(jié)果表明：材料和粘結(jié)長度相同的試件，拔出試驗比梁式試驗得到的平均粘結(jié)強度高，其比值約為1.1—1.6。除了鋼筋周圍混凝土應力狀態(tài)差別外，后者的混凝土保護層較薄也是主要原因。圖7-2梁式試驗的構(gòu)件￡一位樹健《（甲Z試件圖7-3粘結(jié)試驗裝置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)143無論哪種試驗，試驗中均需要量測鋼筋的拉力、拉力極限值以及鋼筋加載端和自由端與混凝土的相對滑移量。必要時，需要在鋼筋內(nèi)部埋置應變片，以準確量測鋼筋的應變。按試驗相鄰電測點的鋼筋應力差計算相應的粘結(jié)應力，從而得到粘結(jié)應力的分布規(guī)律。此外，還可以通過在裂縫處涂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)一滑移試驗鋼筋混凝土結(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)應力和局部滑移的本構(gòu)關(guān)系。但是，通常的粘結(jié)試驗得到的只是平均粘結(jié)應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T-S關(guān)系。目前，采用兩種局部粘結(jié)一滑移試驗：一種是短埋長的拔出試驗，一種是埋長較長的拉伸試驗，如圖7-4所示。(a)短埋長的拔出試驗裝置 (b)長埋長的拔出試驗裝置圖7-4不同埋長的拔出試驗裝置短埋長試驗是為了使量測的平均粘結(jié)應力及自由端具有局部對應關(guān)系，使得粘結(jié)應力t及滑動量S沿埋長分布接近于均勻，可近似地代表均布t-S關(guān)系。當鋼筋與混凝土有較大的粘結(jié)長度時，一般情況下鋼筋與混凝土的應變：和,沿試件長度上是變化的。因此，鋼筋的位移A1，及與鋼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)144筋接觸面上的混凝土位移小勺，以及鋼筋與混凝土之間的相對滑移S「AgjAt沿試件長度方向上也是變化的。如果能夠直接量測試件面部的鋼筋與混凝土在接觸面上的相對滑動量S「則局部粘結(jié)應力、與局部滑移工的關(guān)系便不難得出。但是應該指出，在不會過分地破壞粘結(jié)的條件/，量測試件內(nèi)部的相對滑動量S的問題，目前還沒有可兀靠的解決方法。另外一種途徑是通過測定鋼筋及混凝土的應變分布，圖7-5圖7-5拉伸試件中的應變及位移分布利用系數(shù)關(guān)系間接地得出S=J=Jx8dx-JX8dx0c2.動力試驗方法?梁柱節(jié)點試驗梁柱節(jié)點試驗可較為真實地模擬在軸向力和剪力作用下局部粘結(jié)滑移關(guān)系。量測的結(jié)果有的以粘結(jié)應力一滑移關(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，可以測得局部粘結(jié)應力與相對滑移之間的關(guān)系，但是不能考慮軸向力的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)145綜上所述，用于粘結(jié)一滑移的試驗裝置眾多，都具有自己的特點，沒有形成一個共同認可的標準試驗裝置，阻礙了各個試驗數(shù)據(jù)之間的對比，不利于粘結(jié)作用的深入研究。7.2.2拔出試驗的粘結(jié)和滑移拔出試驗在鋼筋拔出過程中，鋼筋的應力不斷增加，而粘結(jié)應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的試驗曲線。應該指出，實際的鋼筋應變不是光滑的，因而由鋼筋反算的粘結(jié)應力：—ddoT=尸

x4dx（式中d為鋼筋的直徑）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)，混凝土的拉應力沿桿長也必然是不連續(xù)的，當鋼筋上所貼的應變片越長，間距越大，這一不連續(xù)性越被掩蓋。此外，在一定的埋長下，自由端的滑移比加載端要小得多。II-II-250圖7-6拔出試驗中鋼筋應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)146目前拉伸試驗是為了模擬構(gòu)件主裂縫的間距，因而較短。鋼筋在梁端拉伸后，試件中點應是不動點。由于試件較短，鋼筋應力一開始沿長度的差別就不那么大，但粘結(jié)應力最大值則隨著肋左混凝土退出工作而向內(nèi)移動。結(jié)機理粘結(jié)力的組成粘結(jié)力主要是由三部分組成：.膠結(jié)力混凝土水化產(chǎn)生的凝膠體對鋼筋表面產(chǎn)生化學膠結(jié)力。這種膠結(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)生相對滑動時，該力立即消失，且不可恢復。.摩阻力混凝土硬化時體積收縮，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。.機械咬合力鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生機械咬合力。對于光圓鋼筋，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)強度是較低的，需要設置彎鉤以阻止鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生較大的相對滑動；對于變形鋼筋，肋的存在可顯著增加鋼筋與混凝土的機械咬合作用，從而大大增加粘結(jié)強度，這是它粘結(jié)組成的很大一部分。擠壓力助高員L擠壓力助高員L崖摞力」上將壓力的他向分力1圖7-7變形鋼筋的粘結(jié)機理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)147其實，粘結(jié)力的三個部分都與鋼筋表面的粗糙度和銹蝕程度密切相關(guān)，在試驗中很難單獨量測或嚴格區(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(應力)的加卸載等原因，各部分粘結(jié)作用也有變化。對于光圓鋼筋，其粘結(jié)力主要來自前兩項；而變形鋼筋的粘結(jié)力三項都包括，其中第三項占大部分。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。光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)一般認為，光圓鋼筋與混凝土的握裹強度由水泥凝膠體和鋼筋表面的化學粘結(jié)所組成。但是即使在低應力下也將產(chǎn)生相當大的滑移，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面的粗描程度和埋置長度內(nèi)鋼筋橫向尺寸的變化。(a)t—S(a)t—S曲線b)(b)應力和滑移分布圖7-8光圓鋼筋的拔出試驗結(jié)果如圖7-8所示光圓鋼筋應力。、粘結(jié)應力t以及加載端和自由端滑s鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)148移量的試驗曲線。從中可以知道：（1）隨著拉拔力的增大，粘結(jié)應力圖形的峰值由加載端向內(nèi)部移動，臨近破壞時，移至自由端附近，同時粘結(jié)應力圖形的長度（有效埋長）也達到了自由端，鋼筋的應力漸趨均勻；（2）當荷載達到?/tu=0.4?0.6后，鋼筋的受力段和滑移段繼續(xù)擴展，加載端的滑移（S：）明顯成曲線增長，但自由端無滑移。粘結(jié)應力不僅分布區(qū)延伸，峰點加快向自由端漂移，其形狀也由峰點右偏曲線轉(zhuǎn)為左偏曲線；（3）當T/t=0.8時，鋼筋的自由端開始滑動，加載端的滑移發(fā)展u迅速，此時滑移段已遍及鋼筋全埋長，粘結(jié)應力的峰點很靠近自由端。加載端附近的粘結(jié)破壞嚴重，粘結(jié)應力已很小，鋼筋的應力接近均勻；（4）當自由端的滑移為Sf=0.1?0.2mm時，試件的荷載達到最大值N”，即達到鋼筋的極限粘結(jié)強度。此后，鋼筋的滑移（S,和S,）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，周圍混凝土被碾碎，阻抗力下降，形成曲線的下降段。上述是針對短埋長的試件，其破壞形式是鋼筋從混凝土中被徐徐拔出；如果是長埋長的試件，其破壞形式是鋼筋受拉屈服，而鋼筋不被拔出。可以通過此試驗確定最小錨固長度。變形鋼筋與混凝土的粘結(jié).無橫向配筋時變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗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。變形鋼筋受拉時，肋的凸緣擠壓周圍混凝土，大大地提高了機械咬合力，改變粘結(jié)受力機理，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力集中而破壞了與混凝土的粘結(jié)力，發(fā)生滑移；（2）當荷載增大到T/t怠0.3時，鋼筋自由端的粘結(jié)力也被破壞，u開始出現(xiàn)滑移S，加載端的滑移加快增大，鋼筋的受力區(qū)域和滑移區(qū)f鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

149第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)149域較早地遍布鋼筋的全長;(a)t(a)t-S曲線 (b)應力和滑移分布圖7-9變形鋼筋的拔出試驗結(jié)果(3)當增大到t/tu=0.4?0.5時，即T-5曲線上的A點，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①，隨即，此裂縫向后延伸，形成表面縱向裂縫②。荷載再增大時，會使肋前形成斜裂縫③與①貫通。隨著荷載的增大，在鋼筋的各個肋上從加載端向自由端逐次出現(xiàn)裂縫①②③，滑移的發(fā)展加快，t-S曲線的斜率漸減。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋的應力沿其埋長變化較小，粘結(jié)應力分布較為均勻；(4)在出現(xiàn)裂縫①②③后，粘結(jié)應力由鋼筋表面的摩阻力和肋部的擠壓力傳遞。當荷載增大到一定程度時，會形成肋前破碎區(qū)④。這種擠壓力使得混凝土環(huán)向受拉，當超過混凝土的抗拉強度時，就會出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

150第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)150現(xiàn)裂縫⑤，這種裂縫由鋼筋表面沿徑向向外表擴展，同時由加載端向自由端滲透；（5）當荷載接近極限值（3/tJ0.9）時，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，很快達到極限值t，并進入下降段，試件被劈裂開；u.配置橫向配筋時變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗如果配置了橫向鋼筋，當荷載較?。ˋ點以前），橫向鋼筋的作用很小，t-s曲線無區(qū)別。當試件出現(xiàn)內(nèi)裂縫（A點）后，橫向鋼筋約束了裂縫的開展，提高了阻抗力。當荷載接近極限值，鋼筋肋對周圍混凝土擠壓力的徑向力也將產(chǎn)生徑向一縱向裂縫⑤，但開裂時的應力和相應的滑移量都有很大的提高。幾=26.3MPa武峽旋而M-燈nim幾=26.3MPa武峽旋而M-燈nim登潞冽艇f/rf-U圖7-11配置橫向鋼筋時變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗曲線出現(xiàn)裂縫⑤后，橫向鋼筋的應力劇增，以限制此裂縫的擴展，試件不會被劈裂，抗拔力可繼續(xù)增大。同時，隨著滑移量的增大，肋前的混凝土破碎區(qū)不斷擴大，而且沿鋼筋埋長的各肋前區(qū)依次破碎和擴展，肋前擠壓力的減小形成了T-S曲線的下降段。最終，鋼筋橫肋間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（三/工u怠0.3）。在鋼筋拔出試驗的粘結(jié)應力一滑移全曲線上可確定四個特征點，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)151即內(nèi)裂（I、SA）、劈裂（,、s“）、極限（\、SJ和殘余（「、s1點，并以此劃分受力階段和剪力-s本構(gòu)模h?！?'粘結(jié)應力的分布.軸心受拉構(gòu)件的粘結(jié)應力如圖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)件長度相當于裂縫間距）。在端部截面軸力由鋼筋承擔，故鋼筋應力o=N/A?；炷翍?。=0。進入構(gòu)件后；由于鋼筋和混凝土之間具有粘結(jié)強度，限制了鋼筋的自由拉伸，在界面上產(chǎn)生粘結(jié)應力t,將部分拉力傳給混凝土，使混凝土受拉。粘結(jié)應力t的大小取決于鋼筋與混凝土之間的應變差?！肛?。隨著距端截面距離的增大，鋼筋應力o，減小，混凝土的拉應力o增大，二者應變差逐漸c減小。直到距端部11處鋼筋與混凝土應變相同，相對變形，滑移消失，粘結(jié)應力t=0。圖7-12裂縫出現(xiàn)前的應力分布裂瞳由現(xiàn)前土開會以后圖7-13裂縫出現(xiàn)后的應力分布圖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力分布。裂縫處鋼筋的應力是o=N/A，在裂縫間，一部分荷載通過粘結(jié)傳遞結(jié)混凝土，這樣導致鋼筋與混凝土的應力分布狀態(tài)如圖7-13（b）和圖7-12裂縫出現(xiàn)前的應力分布裂瞳由現(xiàn)前土開會以后圖7-13裂縫出現(xiàn)后的應力分布鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)152應力的分如圖7-13(d)。因為在每個裂縫處鋼筋的應力是相等的，力也是恒定不變的，因此在兩裂縫間整個長度上粘結(jié)應力的代數(shù)和等于零。.鋼筋泥凝土梁中的粘結(jié)應力圖7-14梁中的粘結(jié)應力分布如圖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，使鋼筋拉應力增大，但裂縫間的混凝土仍承受一定拉力，鋼筋的應力相對較小。鋼筋應力沿縱向發(fā)生變化，其表面必有相應的粘結(jié)應力分布(圖7-14d)。這種情況下，裂縫段鋼筋的應力差小，但平均應力值高。粘結(jié)應力的存在，使混凝土內(nèi)鋼筋的平均應變或總變形小于鋼筋單獨受力時的相應變形，有利于減小裂縫寬度圖7-14梁中的粘結(jié)應力分布顯然縱筋中拉應力的大小，取決于沿鋼筋長度上粘結(jié)應力的積累，開裂前由混凝土負擔的拉力通過粘結(jié)應力傳遞給鋼筋，使鋼筋應力增大。若縱筋沿梁長不變，則鋼筋和混凝土的拉應力沿梁長的變化如圖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)應力。粘結(jié)應力有正有負，但圖中粘結(jié)應力的面積的代數(shù)和不為零。這種粘結(jié)應力稱為局部粘結(jié)應力，其作用是使裂縫間的混凝土參與受拉。.鋼筋端部的錨固粘結(jié)應力簡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)點受拉主筋的外伸段等情況下，鋼筋的端頭應力為零，在經(jīng)過不長的粘結(jié)距離(稱為錨固長度)后，鋼筋的應力應能達到其設計強度。故鋼筋的應力差大，粘結(jié)應力值高，且分布變化大。局部粘結(jié)強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，不僅其強度不能充分利用，還將導致構(gòu)件的抗裂和承載鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)153能力下降，甚至提前失效。這稱為粘結(jié)破壞，屬嚴重的脆性破壞。圖7-15描述了幾種情況下端部錨固應力的分布特征。圖7-15圖7-15端部錨固應力影響鋼筋粘結(jié)性能的因素影響鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能及各項特征值的因素有許多，認識這些因素對粘結(jié)性能的影響程度是非常必要的?；炷翉姸鹊燃壓徒M成成分(a)(a)t—S曲線ut圖7-16混凝土強度對粘結(jié)性能的影響無論是出現(xiàn)內(nèi)裂縫，還是劈裂裂縫，還是肋前區(qū)復合應力下混凝土的強度都取決于混凝土的強度等級。此外，膠著力也隨著混凝土強度等級的提高而提高，但對摩阻力提高不大。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)154帶肋鋼筋和光面鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土強度的提高而提高，但并非線性關(guān)系。試驗表明，帶肋鋼筋的粘結(jié)強度T”主要取決于混凝土的抗拉強度f,T”與f近似地呈線性關(guān)系。 “試驗表明‘過多”的水泥用量將導致粘結(jié)強度的惡化；在同樣水灰比的情況下，盡管混凝土的強度變化不大，而粘結(jié)強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粘結(jié)強度有明顯影響，存在一個最優(yōu)含砂率和最優(yōu)水泥砂漿的含量。保護層厚度和鋼筋間距增大保護層厚度能在一定程度上提高粘結(jié)強度，但當保護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，所以此時粘結(jié)強度不再提高。對于高強度的帶肋鋼筋，當混凝土保護層太薄時，外圍混凝土將可能發(fā)生徑向劈裂而使粘結(jié)強度降低。鋼筋間距太小時，將可能出現(xiàn)水平劈裂而使整個保護層崩落，從而使粘結(jié)強度顯著降低。鋼筋的埋置長度埋置長度越長，粘結(jié)應力分布越不均勻，試件破壞時的平均粘結(jié)強度（TjTmx）越低，故實驗粘結(jié)強度隨埋長（//d）的增加而降低。當埋置長度11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，埋置長度對其影響不大。該限值一般取為5d。鋼筋的外形和直徑帶肋鋼筋的粘結(jié)強度比光圓鋼筋的粘結(jié)強度要大。試驗表明，帶肋鋼筋的粘結(jié)力比光圓鋼筋高出2—3倍。因而，帶肋鋼筋所需的錨固長度比光圓鋼筋短。由于變形鋼筋的外形參數(shù)并不

155第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)155隨直徑比例變化，直徑加大時肋的面積增加不多，而相對肋高降低，且直徑越大的鋼筋，相對粘結(jié)面積越小，極限強度越低。試驗結(jié)果是:d<25mm時，粘結(jié)強度影響不大；d>32mm時，粘結(jié)強度可能降低13%。橫肋的形狀和尺寸不同，其工-S曲線的形狀也不完全相同。月牙紋鋼筋的極限粘結(jié)強度比螺紋鋼筋低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。此外，月牙紋的肋高沿圓周變化，徑向擠壓力不均勻，粘結(jié)破壞時的劈裂縫有明顯的方向性。橫向鋼筋和橫向壓應力如前所述，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)強度和增大特征滑移值（S“，S〃），且T-5曲線下降段平緩，粘結(jié)延性好。 ”“圖7-18給出了試件從劈裂應力至極限粘結(jié)強度的應力增量（\-工“）隨橫向鋼筋配筋率P,,=AJc\（氣為箍筋的間距）的增長關(guān)系。試驗表明：配置箍筋對提高后期粘結(jié)強度，改善鋼筋的粘結(jié)延性有明顯作用。橫向鋼筋對粘結(jié)強度的影響橫向壓力對工-橫向鋼筋對粘結(jié)強度的影響橫向壓力對工-5曲線的影響圖7-18橫向鋼筋和橫向壓力對粘結(jié)強度的影響橫向壓應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。但橫向壓應力過大時，可產(chǎn)生沿壓應力作用平面方向的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義156第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)156劈裂縫，反而降低粘結(jié)強度。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，各個位置的混凝土密實度不同，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)強度和抵抗滑移的能力顯著降低，折減率最大可達30%。澆注位置對鋼筋的粘結(jié)滑動有很大影響?！绊敳俊变摻钕旅娴幕炷劣休^大的空隙層，一旦膠著力被破壞，摩擦阻尼很小，粘結(jié)強度顯著降低；而豎位鋼筋在初始滑動后，摩擦阻力較大，粘結(jié)強度隨滑動的增長，仍有緩慢的增長。鋼筋銹蝕的影響鋼筋銹蝕對其粘結(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，因而鋼筋和混凝土之間的粘著力、摩擦力有所增加。但當銹蝕較為嚴重時，也會使鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強度降低，原因在于：.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；.鋼筋銹蝕使得混凝土產(chǎn)生徑向膨脹力，當達到一定程度時，會使混凝土開裂而導致導致混凝土對鋼筋的約束作用減弱，粘結(jié)強度的降低；.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械咬合作用基本消失。其它因素施工質(zhì)量控制及擾動；鋼筋的受力狀態(tài)，如受壓鋼筋的粘結(jié)性能要鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)157優(yōu)于受拉鋼筋；鋼筋在拉剪狀態(tài)下的粘結(jié)性能也會降低。綜上所述，影響鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能眾多，要確定一個準確而全面的粘結(jié)應力與滑移關(guān)系曲線相當困難，有時也沒有必要?？筛鶕?jù)具體的分析對象，只需考慮其中的主要影響因素即可。此外，在進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析時，切記分析必須與實踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，因為所有計算模型和計算公式都是基于對試驗、設計和工程實踐活動的規(guī)律性總結(jié)。7.5靜力加載下粘結(jié)應力的計算一、特征強度的計算特征強度的計算包括即內(nèi)裂強度Tj劈裂強度T“、極限強度\和殘余強度T，的計算。 " “ "Tassios給出的粘結(jié)應力計算公式.內(nèi)裂強度TA對于光圓鋼筋和螺紋鋼筋，內(nèi)裂強度Ta均可按下式確定：TOC\o"1-5"\h\zT=九。fA ct式中：入為位置系數(shù)，t4=10/c，當c>2.5時，九=1；10為錨固長度，c為保護層厚度；Q為取決于作用在混凝土三向應力場的系數(shù)；均為混凝土平均抗拉強度； ”.劈裂強度Tcr?光圓鋼筋對于光圓鋼筋，其劈裂強度T“即為極限強度T〃，且基本無殘余強度Tr。 " U一「2c11 At=t<0.4己九-丁+-f+30y丁+0.4pucr13d3)ctdsysv sv鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

158第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)158式中自為系數(shù)，當混凝土澆注方向與主筋方向一致時，5二1；當與主筋方向垂直，匕=2/3；y為幾何系數(shù)，取決于箍筋形式，環(huán)箍為1，井式箍筋為0.5，平行箍筋0.25；々和\，分別為橫向箍筋的截面面積和間距；d為主筋直徑；p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c/d<6以及0.優(yōu)（2c/3d+1/3）江。?螺紋鋼筋對于螺紋鋼筋，其劈裂強度可按下式計算：T=5九

T=5九

cr1\+-f+80Y3JctA——sv-+0.25pds ysv式中數(shù)字80的單位為MPa,并要求c/d<6（包括下面兩式）；此外，要p<fc/6（也適用于下面兩式）?！?「極限強度Tu對于螺紋鋼筋，其極限強度Tu可按下式計算:8A, 1T=[0入f+工丫丁Lf+弓Pu3c3dsyv3yesv式中fc為混凝土的抗壓強度；fv為箍筋的屈服強度；為主筋周圍箍筋的等效直徑。 *4.殘余強度Tr對于螺紋鋼筋，其殘余強度Tr_可按下式計算：T=0.125入f+0.34ff+1.4pr cdsctyvyesv7.5.2針對變形鋼筋的相關(guān)特征強度計算公式變形鋼筋引起的保護層混凝土劈裂，對結(jié)構(gòu)耐久性的危害要比垂直于縱筋的橫向裂縫大的多，沿鋼筋的劈裂裂縫對于鋼筋的腐蝕構(gòu)成了嚴重的威脅。因此，保護層混凝土劈裂時的粘結(jié)應力T“，應該視為粘結(jié)達到臨界狀態(tài)的標志之一。 cr確定拉拔鋼筋的劈裂應力值可以有兩種方法，一種是半經(jīng)驗半理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

159第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)159論方法，將鋼筋周圍混凝土視為一個厚壁管，根據(jù)鋼筋橫肋對混凝土的擠壓力，按彈性或塑性理論進行推導等；另外一個是直接回歸統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)，給出經(jīng)驗的計算式。1.劈裂強度7』勺計算按塑性計算方法如圖7-19所示，截面上應力均勻分布，且達到ft。若取橫肋擠壓力與鋼筋軸線的夾角為0-45o，則T-P=-fcrrdt按此式的計算值明顯高出試驗值。按部分開裂彈性計算方法當c/d較大時，徑向裂縫將首先出現(xiàn)在近鋼筋處，達不到構(gòu)件表面。這是外圍混凝土的抗拉能力并未用盡，擠壓力仍可增長，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。ddP「五P，二五T』、Ur4!kJI』、Ur4!kJI（a）按塑性計算 （b）按部分開裂彈性計算 （c）按部分開裂塑性計算圖7-19劈裂應力計算時假定的橫截面應力狀態(tài)采用圖7-19所示的計算應力分布圖形。Tephers利用彈力學厚壁筒的分析結(jié)果（令。 =f,口e），得：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

160第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)1602e(c+.5d)2d(c+.5d)2并求其極值(求最大粘結(jié)應力)得到裂縫區(qū)域半徑為:e=0.486(c+0.5d”0.5c+0.25d代入上式，得到：t=(0.3+0.6c/d)fcr t由于采用彈性理論分析，所以按此式的計算值一般偏低。按部分開裂塑性計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算得公式： T=(0.5+c/d)fcr t按此式的計算值一般介于上述兩者數(shù)值之間。統(tǒng)計回歸公式根據(jù)試驗數(shù)據(jù)的回歸分析，可得到下式：T=(1.6+0.7c/d)f.極限粘結(jié)強度t〃的計算?短埋長試件(c/d=2?20)當澆注位置相同時，影響無橫向配筋拔出試件粘結(jié)強度的兩個主要變量是相對保護層厚度c/d及相對埋長l/d。王傳志和滕志明等人對國內(nèi)外的試驗資料進行線性回歸。t-uftd、t-uftd、c1.325+1.6 c<2.5dt-uIft__c5.5——9.76dVd\c——0.4+1.965—2.5d<c<5d鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)161?長埋長試件（〃d<80）埋長較大的鋼筋，以及在計算鋼筋的錨固（或搭接）長度時可采用如下公式：（ c dAf）廣t=1+2.51—+41.6—+—sV-^—I廳uI d l4.33ds廣csvsv.其它粘結(jié)特征值的確定其余的粘結(jié)特征值，包括初裂應力ta、殘余應力「、以及各滑移值（SA、Sr、Su和Sr），各個研究者本根據(jù)各自的試驗結(jié)果給出大同小異的數(shù)值或計算式。建議可取T=t=f,S=0.0008d，S=0.024d，S=0.0368d，S=0.54d等。7.5.3徐有鄰等人建議的特征強度計算公式中國建筑科學研究院徐有鄰等人對135個月牙紋鋼筋進行了拉拔試驗，研究了混凝土強度、保護層、配箍率、錨固長度和主筋直徑等的影響，提出了下頁表格中的特征強度計算公式。鋼筋的粘結(jié)一滑移特征值計算強度的回歸式強度的分析式滑移值游移T1。.9璉L啾0.000aJ劈裂[1.S+C■，制郵口口1甘54（40"反0.024￡'[^極限（(L.6-U,7?+20pn.y；[1,01+1.54(cid)叼口+甘.聯(lián).幾0.0368^隈余（F>09-[口」9KU次的-4注1M?口.5400-71：弁。'蛆方二好.虢廠?分別為足凝土的料G誑強度和雪技強度一二.T-S關(guān)系曲線在應用有限元對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行模擬分析時，需要用到粘結(jié)應力滑移量T-S的數(shù)學關(guān)系。根據(jù)T-S關(guān)系曲線表達式的不同，可分為分段折線型和連續(xù)曲線型兩類。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)1627.5.4分段折線型分段折線型，顧名思義，就是以特征點為分界，將非線性的。-S關(guān)系曲線劃分成若干線性的分段表達關(guān)系式。圖7-20多段式折線模型根據(jù)分段的數(shù)目，有存在三段式、五段式、六段式。在確定了若干個粘結(jié)應力和滑移的特征值后，以折線或簡單曲線相連即構(gòu)成完整的T-5關(guān)系曲線。.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：t=tu(S/S)4圖7-21歐洲規(guī)范中的eS模型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)163曲線中的特征值可選用下表中的數(shù)值:T-S曲線的特征值二城息超玷技態(tài).3”:?移mu：二UV]V]無約交分瞿履用良好xLrcn,不1'60.6I.0育2.5有的兵邕好CUO1,113.0堀笳橫肋*也一枝1二可”.徐有鄰等人建議的計算公式通過內(nèi)埋鋼筋應變分布的分析，徐有鄰等人建議了一個位置函數(shù)（粘結(jié)剛度分布函數(shù)）vG）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算點離加載端或裂縫處的距離）的變化規(guī)律，按下式表達：x<0.81ax>0.81a[v(x)x<0.81ax>0.81aL^la 人、v(x)=1，3571>4]Hl_a-式中l(wèi)a為鋼筋的錨固長度。于是，最終的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系為：t=。6）V（x）式中。（S）為由標準件的平均t-S曲線得到的相應于t的滑移函數(shù)，結(jié)合前述的特征強度和特征滑移值，可按下式確定：「Ms）=t44/s/sa 0<s<sa鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)4(S)=KjK24s164SA<S<SMS)=t-(t164SA<S<SMS)=t-(t-t)…Sr-Su4(s)=tr式中K1式中K1=t-K20；K2=T-T=Tu—K4Su-K5￥T+Tu uT+Tu u (S-Scr<4(s)=t-(Tu-T)上ST”TOC\o"1-5"\h\z；K=7~u cr^—。5 (S-SJ2\o"CurrentDocument"u cr后來，又給出了簡化的四段式的。（S）表達式（略去特征強度A點）以及位置函數(shù)w（x）的表達式：r0(S)=kS+kS21 2crS>SrTS yucrS>SrTS yu—cr\Scx1^< r式中k=TS2——TS一Xcruss(s-s)位置函數(shù)W（。按下列公式計算:錨固粘結(jié)情況：wG）=裂縫間粘結(jié)情況：W（Q=1.5sin7.5.5連續(xù)曲線型用連續(xù)的曲線方程建立粘結(jié)一滑移模型，可以得到連續(xù)變化的、確定的切線或割線粘結(jié)剛度，在有限元分析中應用較為方便。連續(xù)曲線鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)165有許多種，根據(jù)表達形式的不同，可以分為多項式型和分式型。.多項式型Nilson等人建議的模型Nilson等人對試驗資料統(tǒng)計回歸分析所得到的局部。-S曲線非線性關(guān)系表達式：T=10X103S—58.5X106+5.83x109S3式中工單位為kg/cm2，S的單位為cm(原文用的單位是psi和in)Houdle和Mirza在此基礎(chǔ)上考慮了混凝土強度的影響，得到下式:HoudleHoudle和Mirza在此基礎(chǔ)上考慮了混凝土強度的影響，得到下式:二(54x18S—25.7)x106S2+(5.98x109S3—0.588x1012S4清華大學滕志明等人建議的模型清華大學滕志明等人根據(jù)92個短埋長的拔出試件和12個軸拉混凝土試件的試驗數(shù)據(jù)，考慮了保護層厚度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：t=(61.5S—693S2+3.14x103S3—0.478x104S4)fF(x)式中f為混凝土抗拉強度，可按前述公式確定；F(x)為粘結(jié)力分布函數(shù)，”取F(x)=式中T單位為MPa；X為至最近裂縫的橫向距離，1為裂縫間距，最大值取為300mm，所有長度單位均為mm。F(x)反映了沿裂縫間距1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，其它計算公式考慮的影響較少，忽略了許多影響因素，但應用上較為方便。.分式型大連理工大學根據(jù)純彎構(gòu)件裂縫間局部粘結(jié)應力的分布特點推導出了用于計算光圓鋼筋和變形鋼筋粘結(jié)一滑移的計算公式。?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，并取高度為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)1662〃(〃為鋼筋重心至梁底面的距離)的部分為隔離體，計算簡圖如圖所示。假定受拉鋼筋的應力沿裂縫間按余弦分布，并假定混凝土的應力在2〃范圍內(nèi)均勻分布。最后推導出x處局部粘結(jié)應力與滑移量之間的關(guān)系：TG)ulcr2兀x2TG)ulcr2兀x2兀AEsin (A?1 s \~一1 cr \1.2兀x-x-bsin 2 1Jcr式中l(wèi)cr為裂縫間距;鋼筋的截面面積。u為單位長度上鋼筋的表面積；b為梁寬；&為?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行了縫間粘結(jié)試驗研究，并根據(jù)試驗結(jié)果，建立了如下的計算公式:2兀AEsin行了縫間粘結(jié)試驗研究，并根據(jù)試驗結(jié)果，建立了如下的計算公式:2兀AEsin把(2.536S-50.4S2+0.29x103S3)TG)=ulcr17 crA、2ab1 1 -2兀x--x-bsin 2 2 1Jcr復加載下的粘結(jié)性能粘結(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)強度的應力多次重復作用下，可能發(fā)生突然的脆性破壞，即粘結(jié)疲勞破壞。在經(jīng)歷多次應力重復循環(huán)后，其靜載強度明顯降低。在重復荷載作用下，由于鋼筋應力的重復加卸載，沿試件長度方向的粘結(jié)應力分布也不斷發(fā)生變化，內(nèi)部損傷逐漸積累，粘結(jié)強度和剛度都有所降低，相對滑移量不斷增大，這一切導致了沿試件長度上平均粘結(jié)強度的降低，此即為粘結(jié)退化。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)167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。特別是以光圓鋼筋為主筋的構(gòu)件，在多次重復加載下，可能會產(chǎn)生由于承載力下降而導致的提前破壞。鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)退化是一種不可恢復的過程。在工作應力范圍內(nèi)，當應力水平不變時，為數(shù)不多的重復荷載，并不引起粘結(jié)應力的顯著退化；加載過程中出現(xiàn)的應力峰值水平越高，對以后低應力下的粘結(jié)破壞的影響就越大。如應力峰值超過當前應力的一倍時，則粘結(jié)應力的降低可到50%或更多。粘結(jié)應力的退化，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)超出工作應力的應力峰值），也會對以后工作應力下的受力性能產(chǎn)生不利的影響?，F(xiàn) 4」6酎蚓咻胃廣打惴*M伴若曲廿用阿睥麻V 況 陽 皿 加圖7-22重復荷載下的。-S曲線重復加卸載的t-5曲線鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)168重復加卸載的T-5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荷載下的T-5曲線。當粘結(jié)應力較小，低于其疲勞強度時，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滑動不再增大，T-5曲線呈現(xiàn)直線關(guān)系。當粘結(jié)應力較小但高于其疲勞強度，開始重復加載時，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。但這是暫時的穩(wěn)定變形狀態(tài)。由于粘結(jié)應力值較大，每次加載都會引起滑移量的增加。如繼續(xù)施加重復荷載，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滑動逐漸（包括殘余變形）增大，曲線的斜率（剛度）減小。當重復次數(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)受重復荷載后，再靜力加載，其加載的T-5曲線的坡度很陡，這是因為絕大部分的滑動已經(jīng)在重復荷載下出現(xiàn)，肋前混凝土得到了強化，隨著荷載的增加，T-5曲線將基本上沿單調(diào)加載的T-5曲線上升。如果經(jīng)受的重復荷載的T較大，且重復次數(shù)較多，達到了強化極max限，相反會出現(xiàn)軟化。重復加載后，靜力加載T-5曲線將達不到單調(diào)加載的T-5曲線，粘結(jié)強度降低，剛度下降。粘結(jié)疲勞強度的影響因素粘結(jié)疲勞強度的主要影響因素有最大應力Tmj循環(huán)特征P=Tmin/Tmax、荷載重復次數(shù)n以及鋼筋的類型等因素有關(guān)。而混凝土強度和鋼吊直徑對粘結(jié)疲勞強度并沒有顯著的影響。.最大應力T與荷載重復次數(shù)nmax當P=0時，T越大，n越小。當t/T小于40%時，粘結(jié)強度降低不多，當達到max%時，粘結(jié)強度降低齒50%。.循環(huán)特征P"T./'a、與荷載重復次數(shù)n鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)169當最小粘結(jié)應力1m（10%%）保持不變，隨著最大粘結(jié)應力\曲的降低，n增大。mn' max.鋼筋的類型光圓鋼筋的粘結(jié)強度主要靠摩擦力，在重復荷載下，摩擦力逐漸減小，使其粘結(jié)強度要比變形鋼筋降低更多，不宜在承受動荷載的結(jié)構(gòu)中應用。光圓鋼筋表面的粗糙度對靜載下的粘結(jié)強度有很大的影響，這種影響在重復荷載下反映的更為突出。表面粗糙能提高其疲勞強度。粘結(jié)退化機理粘結(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。因為加載端的粘結(jié)應力最大，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。當粘結(jié)應力達到臨界值時，將產(chǎn)生較大的非彈性變形和局部擠碎，這時將出現(xiàn)“邊界層”的破壞。低于臨界值的粘結(jié)應力，由摩擦力及咬合力來傳遞。最大粘結(jié)應力向內(nèi)移動，“邊界層”的破壞也隨之向內(nèi)發(fā)展。與此同時，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滑動增長。應力水平越高，“邊界層”的破壞程度和范圍也越大，相對滑動也越大。圖7-23所示為重復加卸載情況下的構(gòu)件狀態(tài)。圖7-23重復加卸載情況下構(gòu)件狀態(tài)圖7-23重復加卸載情況下構(gòu)件狀態(tài)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義的分布圖 （c）加載端和自由端處受力及位移(a)t—S曲線(b)t第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)170（1）加載階段Of①一②當試件加載至最大值。皿袱（圖中的②），鋼筋加載端拉力達到最大值，鋼筋向右移動，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②一③一④當卸載至③和④時，肋前的混凝土和斜裂縫很少恢復變形，肋左的孔隙縮減不多，故試件的殘余變形大。卸載至④時，鋼筋加載端的應力為零，附近滑移區(qū)內(nèi)鋼筋應變大部分回縮，應力很小。但是左半部鋼筋在回彈時受到混凝土粘結(jié)力的反向摩阻約束，鋼筋的應力并不退回到加載時相應鋼筋的應力，而是高于加載時的應力，越接近試件的中間，應力高出得就越多，形成兩端小、中間大的拉應力分布。左右兩部分的粘結(jié)應力方向相反。自由端處由于鋼筋的殘余拉應力使肋與右側(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。這時內(nèi)裂縫均未閉合，存在較大的殘余滑動?；炷凛^大的不可恢復變形，使得肋的兩側(cè)均出現(xiàn)空隙，鋼筋與混凝土之間存在反向粘結(jié)應力。（3）再加載階段④一⑤再次加載至⑤，鋼筋加載端應力又增加到最大值，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，鋼筋的高應力區(qū)有擴展，粘結(jié)應力的峰值內(nèi)移。隨著荷載重復次數(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從加載端往自由端擴展，加載端的滑移區(qū)繼續(xù)擴大，試件的總變形和滑移一直增加，鋼筋的拉應力和粘結(jié)應力分布也隨著發(fā)生變化。復循環(huán)加載下的粘結(jié)性能鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義

第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)121局部粘結(jié)一滑移滯回試驗曲線.研究的意義鋼筋混凝土構(gòu)件在反復循環(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)非線性動力反應的一項重要因素。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，導致粘結(jié)機理發(fā)生變質(zhì)，局部粘結(jié)一滑移關(guān)系曲線呈現(xiàn)捏攏型，粘結(jié)強度不斷下降，滑動量不斷增大，耗能能力逐漸下降。所以，研究鋼筋混凝土構(gòu)件在反復拉壓循環(huán)下的粘結(jié)一滑移滯回曲線，對于梁柱、節(jié)點等構(gòu)件的恢復力特性有著極為重要的影響。.森田試驗在反復循環(huán)荷載作用下粘結(jié)應力一滑移關(guān)系的試驗研究中，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T-5曲線上升，直至達到控制滑動量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，T為零時存在絕大部分的殘余滑動；反向加載時，曲線漸緩，當-T01氏0.2TJ時應力基本不增加，而滑動量減小至零,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，此時沿反向單調(diào)加載T-S曲線下降，出現(xiàn)突然出現(xiàn)粘結(jié)應力急劇增長，即出現(xiàn)了強化現(xiàn)象。當S=—0.5mm時，相應的-T氏0.8t。反向卸載時，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。(2)第二循環(huán)自第二循環(huán)后，T-S曲線開始反映出粘結(jié)力特有的滯回特征。正向加載時，當-T氏0.2義0.8泉時，應力基本不增加，而滑動量減圖7-24T圖7-24T-5滯回曲線第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)172小至零，該階段粘結(jié)剛度幾乎為零；繼續(xù)正向加載，趨近于控制的滑動量時，再次出現(xiàn)強化現(xiàn)象，粘結(jié)剛度急劇增大，但當達到控制滑動量時，最大的粘結(jié)應力-T12/3M；近乎直線卸載至低于第一循環(huán)反向加載的應力％2（小于toJ時:應力不變，滑移量減小至零，粘結(jié)剛度幾乎為零；02 01當繼續(xù)反向加載出現(xiàn)反向滑動時，情況與前半個循環(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)應力繼續(xù)下降，滯回面積也不斷減小，最后區(qū)域穩(wěn)定。.反復荷載下粘結(jié)滑移的特性?控制滑移量情況如圖7-25所示，在給定滑動振幅的反復循環(huán)荷載下，粘結(jié)應力退化程度與控制的滑動量、循環(huán)次數(shù)及橫向約束作用等因素有關(guān)，控制的滑動量越大，經(jīng)受反復循環(huán)荷載后的粘結(jié)應力，比單調(diào)加載時同樣滑動量下的粘結(jié)應力下降的就越多。粘結(jié)應力的降低在前3個循環(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。控制滑移量 控制應力圖7-25反復荷載下的粘結(jié)滑移?控制應力情況當以應力控制反復循環(huán)加載時，在給定的應力幅下，曲線具有典鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)173型的滑移型滯回曲線的特征，滑移量隨著反復荷載次數(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速度與應力水平呈正比。當鋼筋的滑移達到一定數(shù)值后，滑移量再次加速增大，很快發(fā)生破壞。試驗表明：鋼筋滑移開始迅速增大，導致破壞時的滑移量和單調(diào)加載試驗中破壞峰值應力所對應的滑移量基本相同。變幅位移控制情況隨著一個方向控制位移的增大，另外一個方向的粘結(jié)應力的退化越嚴重。.粘結(jié)性能的衰減規(guī)律(1)反復荷載下粘結(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)應力的降低就