1、第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)139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) 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。7.1.17.1.1 粘結(jié)應力及其分類1 1 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

2、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。2 2.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?？山频匕床牧狭W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)

3、破壞是一種脆性破壞。裂縫間粘結(jié)應力第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)140鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義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。7.1.27.1.2 研究現(xiàn)

4、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。7.1.37.1.3 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)

5、退化 是使節(jié)點區(qū)強度喪失和剛度降低的主要原因。 7.2 粘結(jié)性能試驗7.2.17.2.1 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。第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)141鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義1 1 靜力試驗方法圖 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(shè)置橫

6、向鋼筋（螺旋箍筋）以改善其性能。（三種試件圖 7-17-1 所示）梁式試驗梁式試驗（圖 7-27-2 ）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。梁式試驗試件梁端無粘結(jié)，中央為 10d10d 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 1.11.1 1.61.6。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。第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)142鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義圖 7-2 梁式試驗的構(gòu)件is圖

7、7-3 粘結(jié)試驗裝置第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)143鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義無論哪種試驗，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)-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

8、表試件內(nèi)部的-S-S 關(guān)系。目前，采用兩種局部粘結(jié)-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 7-47-4 所示。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)應力及滑動量 S 沿埋長分布接近于均勻，可近似地代 表均布 -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 S S和；c c 沿試件長度上是變化的。因此，鋼筋的位移gxgx，及與鋼 筋接觸面上的混凝土位移：hxhx，以及鋼筋與混凝土之間的相對滑移Sx=. gx-h hx沿試件長度方向上也是變化的。如果能夠直接量測試件 內(nèi)部的鋼筋與混凝土在接觸面上的相對滑

9、動量 S Sx，則局部粘結(jié)應力x與局部滑移 S Sx的關(guān)系便(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第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)144鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義不難得出。但是應該指出，在不會過分地破壞 粘結(jié)的條件下，量測試件內(nèi)部的相對滑動量 S Sx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定鋼筋及混凝土的應變分布， 利用系數(shù)關(guān)系間接地得出 S Sx:圖 7-5 拉伸試件中的應變及位移分布xxS Sx二0 0；sxdxdx - -0 0cdxdx2 2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)

10、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)。 TassiosTassios 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。第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)145鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義綜上所述，用于粘結(jié)-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。722722 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7-67-6 是 Amstu

11、tzAmstutz 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:（式中 d 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。aTd d64 dxI ! J50- - （賊眄1圖 7-6 拔出試驗中鋼筋應力第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)146鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義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

12、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。 7.3 粘結(jié)機理7.3.17.3.1 粘結(jié)力的組成粘結(jié)力主要是由三部分組成：1 1 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。2 2 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3 3 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

13、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(shè)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。圖 7-7 變形鋼筋的粘結(jié)機理第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)147鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義其實，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

14、 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。7.3.27.3.2 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。圖 7-8 光圓鋼筋的拔出試驗結(jié)果如圖 7-87-8 所示光圓鋼筋應力二s s、粘結(jié)應力以及加載端和自由端滑移量的試驗曲線。從中可以知道：（1 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，7 7JQ

15、JQO O.1-1-(a)-S 曲線MM4030第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)148鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義臨近破壞時，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 2）當荷載達到一/丄=0.4L0.6=0.4L0.6 后，鋼筋的受力段和滑移段繼續(xù) 擴展，加載端的滑移（S 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 3）當一 / = = 0.80.8 時，鋼筋的自由端開始滑動，加載端的滑移發(fā)展 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

16、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 4）當自由端的滑移為 S Sf=0.lL=0.lL 0.2mm0.2mm 時，試件的荷載達到最大 值 N Nu，即達到鋼筋的極限粘結(jié)強度。此后，鋼筋的滑移（S S 和 SJSJ 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。7.3.37.3.3 變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)1 1 無橫向配筋時變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗變形鋼

17、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 7-97-9 所示為無橫向配筋的粘結(jié)性能試驗結(jié)果，由圖可知：（1 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 2）當荷載增大到/u0.30.3 時，鋼筋自由端的粘結(jié)力也被破壞， 開始出現(xiàn)滑移 S Sf，加載端的滑移加快增大，鋼筋的受力區(qū)域和滑移區(qū)第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)149鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義域較早地遍布鋼筋的全長;（a）.- S曲線（b）應力和滑移分布

18、圖 7-9 變形鋼筋的拔出試驗結(jié)果（3 3）當增大到一/=0.4L0.5=0.4L0.5 時，即 -S-S 曲線上的 A 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，隨即，此裂縫向后延伸，形成表面縱向裂縫。荷載再增大時，會使肋前形成斜裂 縫與貫通。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，滑移的發(fā)展加快， -S-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 4）在出現(xiàn)裂縫后，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)。這 種擠壓力使得混凝土環(huán)向受拉，當超過

19、混凝土的抗拉強度時，就會出X圖 7-10 變形鋼筋的拔出試驗裂縫情況第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)150鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義現(xiàn)裂縫，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 5）當荷載接近極限值（Ju0.90.9 ）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Tu,并進入下降段，試件被劈裂開；2 2 配置橫向配筋時變形鋼筋的粘結(jié)性能試驗女口果配置了橫向鋼筋，當荷載較小（A A 點以前），橫向鋼筋的作用 很小，T- -s s曲線無區(qū)別。當試件出現(xiàn)內(nèi)裂縫（A A 點）后，橫向鋼筋約束 了裂縫的開展，提高了阻抗力

20、。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，但開裂時的應力和 相應的滑移量都有很大的提高。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 -S-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（/u0.30.3）在鋼筋拔出試驗的粘結(jié)應力一滑移全曲線上可

21、確定四個特征點，匸押血m(bt第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)151鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義即內(nèi)裂（-A、S S）、劈裂（. .crcr、S Scrcr）、極限（u、S Su）和殘余（r r、 S Sr）點，并以此劃分受力階段和剪力 - - S S 本構(gòu)模型。734734 粘結(jié)應力的分布1 1軸心受拉構(gòu)件的粘結(jié)應力 如圖7-127-12 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，故鋼筋應力匚s=N/N/A A?；炷翍Χ= =0 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

22、由 拉伸，在界面上產(chǎn)生粘結(jié)應力.，將 部分拉力傳給混凝土，使混凝土 受拉。粘結(jié)應力的大小取決于 鋼筋與混凝土之間的應變差6 -；c。隨著距端截面距離的增 大，鋼筋應力-s減小，混凝土的 拉應力二c增大，二者應變差逐漸 減小。直到距端部 1 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 =0=0。圖 7-137-13 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 6 二 N/AN/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)如圖圖 7-12 裂縫出現(xiàn)前的應力分布圖 7-13裂縫出第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)15

23、2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義應力的分如圖 7-13(d)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。2 2 鋼筋泥凝土梁中的粘結(jié)應力 如圖 7-147-14 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)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

24、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。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)7-14(b)和( (c)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)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。3 3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

25、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(shè)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)件的抗裂和承載第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)153鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義能力下降，甚至提前失效。這稱為粘結(jié)破壞，屬嚴重的脆性破壞。圖7-157-15 描述了幾種情況下端部錨固應力的分布特征。 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

26、。7.4.17.4.1 混凝土強度等級和組成成分(a)-S曲線(b).u- ft曲線圖 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。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，u主要取決于混凝土的抗拉強度 f ft, ,u與 f ft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

27、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。742742 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。7.4.37.4.3 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（u/ /max）越低，故實驗粘結(jié)強度隨埋長

28、（l/d）的增加而降低。當 埋置長度超過一定限值后，粘結(jié)破壞由鋼筋被拔出破壞轉(zhuǎn)為鋼筋屈服，埋置長度對其影響不大。 該限值一般取為 5d5d。7.4.47.4.4 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 2 -3 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)并不第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)155鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義隨直徑比例變化，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 乞 25mm 時，粘結(jié)強度影響不大；d d 32

29、mm32mm 時，粘結(jié)強度可能降低 13%13%。橫肋的形狀和尺寸不同，其 - - S 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%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。745745 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 Scr，S Su），且 - - S S 曲線下降段平緩，粘結(jié)延性好。圖 7-187-

30、18 給出了試件從劈裂應力至極限粘結(jié)強度的應力增量（- cr）隨橫向鋼筋配筋率 “ A Asv/CS/CSsv（ S Ssv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.-S 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劈裂縫，反而降低粘結(jié)強度。746746 澆注位置第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)156鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義澆注的混凝土在自重的作用下有下沉和泌水現(xiàn)象， 各個

31、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%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。7.4.77.4.7 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

32、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：1 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 2 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；3 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 間的機械咬合作用基本消失。748748 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

33、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?？?根據(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(shè)計和工程實踐 活動的規(guī)律性總結(jié)。第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)157鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義 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A、劈裂強度，r、極限強度u和殘余強度-r的計算。7.5.17.5.1 TassiosTassios 給出的粘結(jié)應力計算公式1 1 內(nèi)裂強度A對于光圓鋼筋和螺紋

34、鋼筋，內(nèi)裂強度A均可按下式確定：A=f fct式中：，為位置系數(shù)，.Af/c/c，當 c 2.5 時，一 1 ； l lo為錨固長度， c c 為保護層厚度；為取決于作用在混凝土三向應力場的系數(shù)；f fct為混凝土平均抗拉強度；2 2 劈裂強度-cr光圓鋼筋對于光圓鋼筋，其劈裂強度cr即為極限強度u，且基本無殘余強 度r。h h =i=icrcr蘭 0.40.4 紐+1+1 f fctct+0.4p+0.4py y3d3dsvsv3 3 丿dsdssv vy第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)158鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義式中為系數(shù)，當混凝土澆注方向與主筋方向一致時，=1；當與主筋方向垂直， =2

35、/3=2/3；為幾何系數(shù)，取決于箍筋形式，環(huán)箍為 1 1,井 式箍筋為 0.50.5,平行箍筋 0.250.25;A、和 S Ssv分別為橫向箍筋的截面面積和間 距；d 為主筋直徑；p py為作用于鋼筋交界面上的外部壓力；式中數(shù)字3030 的單位為 MPaMPa，并要求c/dc/d 0 0 卿0340003400血護叮盜巴 4】虬嚴.事刻扇瀑赴上妁擋石 3 樋丘柜鴨杜企止,-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 -S 的數(shù)學關(guān)系。根據(jù) -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。第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)163鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

36、非線性分析講義7.5.47.5.4 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-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 -S關(guān)系曲線。1.1.歐洲混凝土模式規(guī)范 CEB-FIPMC9CEB-FIPMC9 建議的四段式模型上升段以0 4指數(shù)曲線來描述： =.uS/S第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)164鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義曲線中的特征值可選用下表中的數(shù)值：皆 S 曲線的特征值MrMS 力 mnimni* * r

37、r1比* *0.1?0.60.61.01.0-1 毗上5 5, ,99a a- -CL401.01.0?.0?.01 1 W W嚴2 2 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))x x 來描述-S-S 曲線沿鋼筋嵌固深度 x 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：廣屮(x)=1.35$(x)=1.35$1 1 iixO.xO. & &. .I I lala 丿空-4 4 i ixo.xo. 8 8aJaJa 丿式中 l la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：

38、t t = = S S x x式中 S S 為由標準件的平均 -S-S 曲線得到的相應于的滑移函數(shù)，結(jié) 合前述的特征強度和特征滑移值，可按下式確定：(STAQS/SAOSSA.5x)=1.3501第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)165鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義S Sj j = = K KiK K24、S SS S=K K3K K4S S K K5S S2S= u - u - r5 5 ： S S _ _ 3 3srSu后來，又給出了簡化的四段式的(S(S ) )表達式(略去特征強度 A A 點) 以及位置函數(shù)-：x x 的表達式：r ( (S S kjSkjS + + kzSkzS2彳 ( (S

39、 S)uS S S Sr r位置函數(shù)匸 x x 按下列公式計算:7.5.57.5.5 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，在有限元分析中應用較為方便。連續(xù)曲線SA： S S一 WrWr式中 K Ki二cr-K-K24SC7SC7；K K2K K4=2Su(S(Su Sir )式中匕=crSjS)rSuSu -S)rScrSuSu_ Scr錨固粘結(jié)情況:裂縫間粘結(jié)情況：xU5sin亍S S S Sr r，u ，cr2o2S Su-S-Scrsisin nl l丿第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)166鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義有許多種，根據(jù)表達

40、形式的不同，可以分為多項式型和分式型1 1 .多項式型 NilsonNilson 等人建議的模型NilsNils。n n 等人對試驗資料統(tǒng)計回歸分析所得到的局部 -S-S 曲線非線性關(guān)系表達式：.=10 103S -58.5 1065.83 109S3式中.單位為 kg/cmkg/cm2, S S 的單位為 cmcm (原文用的單位是 psipsi 和 inin) HoudleHoudle 和 MirzaMirza 建議的模型HoudleHoudle 和 MirzaMirza 在此基礎(chǔ)上考慮了混凝土強度的影響， 得到下式:E=(54X103S25.7$106S2+(5.9809S30.5881

41、012S4)Jf；/415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) 9292 個短埋長的拔出試件和 1212 個軸拉混 凝土試件的試驗數(shù)據(jù)，考慮了保護層厚度 c c、鋼筋直徑 d 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：23344 = 61.5S-693S3.14 10 S -0.478 10 S ftsF x式中 f fts為混凝土抗拉強度，可按前述公式確定；F F x x 為粘結(jié)力分布函數(shù)，取式中單位為MPaMPa； x x為至最近裂縫的橫向距離， l為裂縫間距， 最大 值取為300mm300mm,所有長度單位均為 mmmm。F F x x 反映了沿裂縫間距

42、l 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。2 2.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。光圓鋼筋第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)167鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義在純彎段內(nèi)，選取一典型裂縫面 o o 到距離為 x x 的截面，并取高度為第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)168鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義2a2a （a a 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

43、分布，并假定混凝土的應力 在 2a2a 范圍內(nèi)均勻分布。最后推導出 x x 處局部粘結(jié)應力與滑移量之間的關(guān)系:式中 I Icr為裂縫間距；u u 為單位長度上鋼筋的表面積；b b 為梁寬；A A 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 2 兀x23 32 2 二 AEAEc csinsin2.536S2.536S50.4S50.4S20.290.29 10103S S3lcr 7.6 重復加載下的粘結(jié)性能7.6.17.6.1 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)強度的應力

44、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OUlUlcr%-%-x x 丄 sisi 門型A 22 2 I Icr2 2 二 AEAEc csinsin2 xI Icr第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)169鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義粘結(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

45、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%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。7.6.2

46、7.6.2 重復加卸載的 -S-S 曲線第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)170鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義重復加卸載的 -S-S 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 -S-S 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，- - S S 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

47、，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 - -s s 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， - - S S 曲線將基本上沿單調(diào)加載的- - S S 曲線上 升。如果經(jīng)受的重復荷載的Fax較大，且重復次數(shù)較多，達到了強化極 限，相反會出現(xiàn)軟化。重復加載后，靜力加載 -S-S 曲線將達不到單調(diào) 加載的 -S-

48、S 曲線，粘結(jié)強度降低，剛度下降。763763 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pax、循環(huán)特征min/max荷載重復次數(shù)門以及鋼筋的類型等因素有關(guān)。而混凝土 強度和鋼筋直徑對粘結(jié)疲勞強度并沒有顯著的影響。1 1 最大應力Fax與荷載重復次數(shù)門當 =0=0 時，maxmax越大，門越小。當maxmax/ /s s小于 40%40%時，粘結(jié)強度 降低不多，當達到 50%50%時，粘結(jié)強度降低約 50%50%。2 2 循環(huán)特征-min/ /max與荷載重復次數(shù) n n第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)171當最小粘結(jié)應力gin（ 10%10%s）保持不變，隨著最大粘結(jié)應力-ma

49、x的 降低，n n增大。3 3 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。764764 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。

50、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 7-237-23 所示為重復加卸載情況下的構(gòu)件狀態(tài)。（a）-S 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)非線性分析講義第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)172鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義（1 1）加載階段 0 0，當試件加載至最大值.max（圖中的），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

51、空隙；（2）卸載階段 當卸載至和時，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

52、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 3）再加載階段再次加載至，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。 7.7 反復循環(huán)加載下的粘結(jié)性能第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)173鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義7.7.17.7

53、.1 局部粘結(jié)一滑移滯回試驗曲線1 1 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)-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)-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。2 2.森田試驗在反復循環(huán)荷載作用下粘結(jié)應力-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 7-247-24 所示， 加載曲線沿著單調(diào)加載的 -S-

54、S 曲線上升，直至達到控制滑動量 S=+0.5mmS=+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，-為零時存在絕大部分的殘余滑動； 反向加載時，曲線漸緩，當- -01010.20.2“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 -S-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=S= 0.5mm0.5mm 時，相應的-0101 0.80.8“。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， - -S S 曲線開

55、始反映出粘結(jié)力特有的滯回特征。正向加載時，當-0.20.2 0.80.81 1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；圖 7-24 -S 滯回曲線第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)174鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義繼續(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-.-.2 22/3.2/3.4；近乎直線卸載至低于第一循環(huán)反向加載的應力.02（小于. .0101）時，應力不變，滑移量減小至零，粘結(jié)剛度幾乎為零；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 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

56、繼續(xù)下降，滯回面積也不斷減小， 最后區(qū)域穩(wěn)定。3 3 反復荷載下粘結(jié)滑移的特性控制滑移量情況如圖 7-257-25 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 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?？刂苹屏靠刂茟D 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 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

57、最大滑移量及殘余滑移量不斷增大。滑移量的增長速度與應力水平 呈正比。當鋼筋的滑移達到第七章鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)175鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析講義一定數(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。4 4 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 就越多；粘結(jié)應力的退化是以滑動增長的形式來表現(xiàn)的；-S曲線存在較為明顯的捏攏段，即存在較大的粘結(jié)應力的摩 擦區(qū)，摩擦粘結(jié)應力 十與卸載時的滑移值有關(guān)；反復荷載下粘結(jié)滑移包絡線形態(tài)與單調(diào)加載情況類似，當反復 荷載下的粘結(jié)應力小于 0.80.8時，反復荷載和單調(diào)加載粘結(jié)滑移包絡線 幾乎重合；當反復荷載下的粘結(jié)應力大于 0808u時，隨著反復次數(shù)和粘 結(jié)應力增大，反復荷載與單調(diào)荷載的包絡線相差也隨之增大。反復荷 載包絡線最大粘結(jié)應力-max、0.8