混凝土断裂力学:钢筋局部黏结滑移效应分析

钢筋的局部黏结滑移效应在钢筋混凝土结构的性能中起着关键作用。为了模拟这种效应，本节采用Hoshino（1974）和Schaefer（1975）提出的接触单元，随后由Dinges等人（1985）进行了修改。图9.15显示了具有两组双节点的接触单元，还表示出了假定的单元线性黏结滑移位移。

黏结应力-滑移包络曲线通常也包括上升部分和下降部分，并且已有学者提出了不同模型。图9.15显示了根据CEB－FIP Model Code 1990（1993）得到的典型4段包络线0—1—2—3—E。组成黏结应力-滑移包络线的主要参数是最大黏结应力τu，残余黏结应力τr，对应于最大黏结应力的滑移值S1和S2，以及对应于残余黏结应力的滑移值S3。CEB－FIP Model Code 1990推荐0.6 mm，S3=2.5 mm用于正常设计目的。

图9.15　黏结滑移接触单元(www.xing528.com)

根据Reynolds和Beeby（1982）的研究，黏结强度与混凝土抗拉强度或抗压强度的平方根成正比。黏结强度随着保护层厚度的增加而增加，但随着钢筋尺寸的增加而减小。横向钢筋也增强了黏结强度。尽管对上述陈述已有普遍的一致性，但关于黏结参数的相对大小几乎没有共识。Nilson（1968）基于试验结果得出局部黏结应力-滑移关系，并给出峰值黏结应力和滑移值分别为τ=4.95 MPa和S1=0.011 mm。Mirza和Houde（1979）后来列出了局部黏结应力-滑移关系，并考虑了混凝土强度的影响。他们给出了峰值黏结应力为MPa和相应的黏结滑移，其中fco的单位是MPa。根据ACI委员会408（1991）的一项研究，黏结强度对应的滑移表现出相当大的离散，通常低于0.25 mm。Edwards和Yannopoulos（1979）从试验中观察到直径16 mm的热轧变形钢筋的散射范围为0.1~0.3 mm。

图9.16显示了Tassios（1979）提出的单调加载和循环加载下黏结应力τ与滑移S的关系。初始单调加载遵循包络曲线0—1—2—3，从点3开始的卸载反转将遵循路径3—4—5—6—7—8，从点8开始的卸载反转将遵循路径8—9—9'—3—E。如果负载反转从点3再次发生，则遵循路径3—4—5'—8—E'。其中3—4和8—9的加载路径和卸载路径是平行于原点包络线切线的直线。在相反方向上卸载和再加载时，黏结应力达到初始平台9—9'和4—5—5'处的残余黏结强度±τr。

图9.16　单调和循环加载下的黏结应力-滑移关系