分類號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 士學(xué)位論文 論文題目 自密實(shí)高性能混凝土與 鋼筋粘結(jié)性能試驗(yàn)研究 學(xué)科、專業(yè) 結(jié) 構(gòu) 工 程 研究生姓名 鄭 永 陽(yáng) 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 余志武 教授 二六年五月 i 摘 要 由于自密實(shí)高性能混凝土具有的 眾多優(yōu)點(diǎn)，因而成為一種比較理想的建筑材料，目前已廣泛應(yīng)用于橋梁及各種工業(yè)民用建筑中。本文對(duì)自密實(shí)高性能混凝土與鋼筋的粘結(jié)錨固性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，所作的主要工作有： （ 1）通過(guò)分析鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固傳力機(jī)理和二者界面受力情況，推導(dǎo)了鋼筋與混凝土粘結(jié)特征強(qiáng)度值。 （ 2）通過(guò)對(duì) 24 個(gè)試件的拉拔試驗(yàn)探討了自密實(shí)高性能混凝土及普通混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)錨固 性能，并進(jìn)行了對(duì)比分析。 （ 3）研究了在大體積自密實(shí)高性能混凝土中，不同鋼筋端部彎鉤形式及不同錨固長(zhǎng)度的鋼筋與自密實(shí)高性能混凝土的粘結(jié)錨固性能。 （ 4）根據(jù)特征粘結(jié)強(qiáng)度和特征粘結(jié)滑移值，建立了粘結(jié)應(yīng)力 利用 拉拔試驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。 關(guān)鍵詞 ： 自密實(shí)高性能混凝土，粘結(jié)錨固強(qiáng)度，粘結(jié)應(yīng)力 s we is an on of it is in at of in as (1) By of of in of of (2) C) is on 4 of CC C is (3) of of on in (4) to a of by I 目 錄 第一章 緒論 . - 1 - 密實(shí)高性能混凝土的發(fā)展 . - 1 - 密實(shí)高性能混凝土的特點(diǎn) . - 1 - 密實(shí)高性能混凝土的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 . - 1 - 筋與混凝土粘結(jié)性能的研究 . - 3 - 結(jié)錨固的基本問(wèn)題 . - 3 - 內(nèi)外粘結(jié)錨固研究的發(fā)展及現(xiàn)狀 . - 8 - 文研究的主要內(nèi)容 . - 11 - 究目的 . - 11 - 究的主要內(nèi)容 . - 12 - 第二章 鋼筋與混凝土粘結(jié)特征強(qiáng)度 . - 13 - 述 . - 13 - 析計(jì)算原則 . - 13 - 算公式 . - 14 - 形鋼筋粘結(jié)特征強(qiáng)度推導(dǎo) . - 16 - 面內(nèi)壓力和環(huán)向應(yīng)力 . - 16 - 裂粘結(jié)強(qiáng)度 . - 16 - 裂粘結(jié)強(qiáng)度 . - 22 - 限粘結(jié)強(qiáng)度 . - 26 - 余粘結(jié)強(qiáng)度 . - 31 - 算公式與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 . - 33 - 圓鋼筋粘結(jié)特征強(qiáng)度 . - 34 - 結(jié)強(qiáng)度 . - 34 - 限粘結(jié)強(qiáng)度 . - 34 - 余粘結(jié)強(qiáng)度 . - 37 - 結(jié) . - 38 - 第三章 自密實(shí)混凝土與鋼筋粘結(jié)性能基準(zhǔn)試驗(yàn)研究 . - 39 - 述 . - 39 - 驗(yàn)?zāi)康?. - 39 - 料選用及力學(xué)性能 . - 39 - 拔試驗(yàn)方案 . - 40 - 件制作 . - 40 - 驗(yàn)方法及加載裝置 . - 41 - 驗(yàn)結(jié)果及分析 . - 43 - 壞形態(tài) . - 43 - 載滑移曲線 . - 44 - 果分析 . - 47 - 結(jié) . - 50 - 構(gòu)關(guān)系中的特征值 . - 50 - 構(gòu)關(guān)系曲線 . - 51 - 結(jié) . - 53 - 第四章 自密實(shí)高性能混凝土與鋼筋粘結(jié)大試塊試驗(yàn)研究 . - 54 - 述 . - 54 - 驗(yàn)?zāi)康?. - 54 - 料選用及力學(xué)性能 . - 54 - 件制作 . - 54 - 拔試驗(yàn)及結(jié)果分析 . - 55 - 驗(yàn)方法及加載設(shè)備 . - 55 - 驗(yàn)結(jié)果及分析 . - 56 - 結(jié) . - 62 - 第五章 自密實(shí)高性能混凝土粘結(jié)性能非線性有限元分析 . - 63 - 述 . - 63 - 料本構(gòu)關(guān)系 . - 63 - 筋本構(gòu)關(guān)系 . - 63 - 凝土本構(gòu)關(guān)系 . - 63 - 元模型 . - 64 - 凝土單元模型 . - 64 - 筋單元模型 . - 64 - 結(jié)單元模型 . - 65 - 線性方程組求解方法 . - 66 - 值分析結(jié)果 . - 67 - 限元模型的建立 . - 67 - 擬試驗(yàn)加載曲線 . - 67 - 結(jié) . - 70 - 六章 結(jié)論與展望 . - 71 - 論 . - 71 - 望 . - 71 - 參考文獻(xiàn) . - 73 - 致謝 . - 77 - 攻讀碩士學(xué)位期間參與科研及發(fā)表論文情況 . - 79 - 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 1 - 第一章 緒論 密實(shí)高性能混凝土的發(fā)展 密實(shí)高性能混凝土的特點(diǎn) 自密實(shí)高性能混凝土（ 稱 ，也有人稱為高流態(tài)混凝土 (是一種高性能混凝土。它具有良好的工作性能，即高流動(dòng)性、高抗分離性、高間隙 通過(guò)性即高填充性；從而實(shí)現(xiàn)了混凝土在自重作用而不需外加振搗情況下即可 穿越密集鋼筋、自行填滿模板的每個(gè)隅角。 與普通混凝土相比，自密實(shí)高性能混凝土有以下顯著優(yōu)點(diǎn)： （ 1）填充性能好。自密實(shí)高性能混凝土能夠穿越密集鋼筋，填充復(fù)雜結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位，從而確保工程質(zhì)量； （ 2）節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。由于不需要振搗，混凝土澆筑所用的時(shí)間將大大減少； （ 3）增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度。不需要振搗，可以澆筑成形狀復(fù)雜、薄壁及密集配筋的結(jié)構(gòu)； （ 4）改善工作環(huán)境和減少噪音污染； （ 5）大量利用粉煤灰等工業(yè)廢料，有利于環(huán)境保護(hù)； （ 6）節(jié)省電力資源； （ 7）綜合考慮，自密實(shí)高性能混凝土可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 自密實(shí)高性能混凝土在一些特殊工程中及 特殊條件下發(fā)揮著普通混凝土不可替代的作用。如： （ 1）密集配筋的混凝土結(jié)構(gòu)； （ 2）大體積混凝土及水下混凝土施工； （ 3）樁基礎(chǔ)及鋼管混凝土； （ 4）結(jié)構(gòu)加固及維修工程。 雖然自密實(shí)高性能混凝土具有以上諸多優(yōu) 點(diǎn)，但是自密實(shí)高性能混凝土對(duì)原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理都有非常嚴(yán)格的要求，且敏感度很高。 密實(shí)高性能混凝土的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 2 - 自密實(shí)高性能混凝土最早是在 20 世紀(jì) 70 年代初由前聯(lián)邦德國(guó)發(fā)明并應(yīng)用于工程中，后來(lái)傳至歐美及日本等國(guó)。這種混 凝土在日本得到了急速的發(fā)展，其使用量預(yù)計(jì)將占到了全部混凝土產(chǎn)量的 50。 （ 1）原材料選擇及配合比設(shè)計(jì) 國(guó)內(nèi)外在配制自密實(shí)高性能混凝土?xí)r所選 用的水泥一般使用普通硅酸鹽水泥。摻合料是自密實(shí)高性能混凝土不可缺少的 組成部分之一，一般常用的有粉媒灰、硅粉和礦粉等。細(xì)骨料在自密實(shí)高性能 混凝土中有雙重效應(yīng)，一是圓形顆粒的滾動(dòng)減水效應(yīng)；二是比表面積吸水率高 的蓄水效應(yīng)。因此宜選用級(jí)配好的中砂。自密實(shí)高性能混凝土中的粗骨料不應(yīng)過(guò)大，一般以小于 20宜，且應(yīng)選用圓形不含針狀、片狀顆粒的骨料。外 加劑是配制自密實(shí)高性能混凝土的關(guān)鍵組成材料，常使用各類高效減水劑、高效 水劑等。 與普通混凝土相比，自密實(shí)高性能混凝土 配合比計(jì)算涉及的因素較多，除了要滿足強(qiáng)度要求外，對(duì)工作性能有著更高的 要求。因此，自密實(shí)高性能混凝土配合比與普通混凝土配合比有很大差異，到 目前為止，仍然沒(méi)有形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 （ 2）結(jié)構(gòu)性能方面的研究 主要的研究有自密實(shí)高性能混凝土本構(gòu)關(guān)系1、 自密實(shí)高性能混凝土與鋼筋粘結(jié)錨固性能23、基本構(gòu)件受力性能1、自密實(shí)高性能混凝土梁收縮徐變性能和自密實(shí)高性能混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能4。 （ 3）在工程中的應(yīng)用 雖然在 20 世紀(jì) 70 年代，人們已經(jīng)開(kāi)始研究自密實(shí)高性能混凝土，但是由于當(dāng)時(shí)對(duì)外加劑及摻合料等的性能認(rèn)識(shí)不夠深 入，自密實(shí)高性能混凝土的應(yīng)用并不廣泛。直到 20 世紀(jì) 80 年代，人們對(duì)外加劑及摻合料的研究有了新的進(jìn)展，高性能混凝土的研究合應(yīng)用得到迅速發(fā)展，在 此背景下，自密實(shí)高性能混凝土技術(shù)才取得重大突破。 世界上跨度最大（主跨 1990m）的懸索橋 明石海峽大橋工程是自密實(shí)高性能混凝土成功應(yīng)用的典范。它的 2 個(gè)錨錠分別使用了 24 萬(wàn) 5 萬(wàn) 5自密實(shí)高性能混凝土。由于采 用自密實(shí)高性能混凝土施工新技術(shù)，兩個(gè)錨錠的施工從兩年半縮短到兩年，縮短工期 20；另外日本還在大量密集配筋工程中應(yīng)用自密實(shí)高性能混凝土。歐 美各國(guó)使用自密實(shí)高性能混凝土的工程也越來(lái)越多。美國(guó)西雅圖雙聯(lián)廣場(chǎng)是迄 今為止自密實(shí)高性能混凝土用于實(shí)際結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度最高的，該工程中 62 層的雙聯(lián)廣場(chǎng)鋼管混凝土柱，為了保證混凝土的密實(shí)性，混凝土從底層泵送，無(wú)振搗。 由于使用了自密實(shí)高性能混凝土降低成本 30。在加拿大 車(chē)場(chǎng)修繕工程中，自密實(shí)高碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 3 - 性能混凝土在沒(méi)有任何振搗的情況下，成功地 在布滿縱向筋及箍筋的加固工程中，填入 狹小空間。此外，在海洋平臺(tái)工程、房屋工程及隧道工程得到大量應(yīng)用。并且在工程預(yù)制的混凝土構(gòu)件和 制品的生產(chǎn)上使用自密實(shí)高性能混凝土技術(shù)有增多的趨勢(shì)。 在我國(guó)，自 20 世紀(jì) 90 年代初起，已有一些高等院校、科研及施工單位開(kāi)始對(duì)自密實(shí)高性能混凝土技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)深入的 研究，如清華大學(xué)、中國(guó)建筑科學(xué)研究院、中南大學(xué)、福州大學(xué)和北京城建集 團(tuán)等。自密實(shí)高性能混凝土也在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，典型工程有：首都 機(jī)場(chǎng)新航站樓筒體墻；國(guó)家大劇院超長(zhǎng)環(huán)梁；河南省人民醫(yī)院新病房樓底板； 長(zhǎng)沙市婦女兒童活動(dòng)中心綜合樓加固工程；湖南郴州市某高層宿舍；山西大學(xué) 0 號(hào)學(xué)生公寓；潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋；福建莆田啞鈴形鋼管混凝土拱橋；長(zhǎng)沙市洪山廟瀏陽(yáng)河大橋；華瑩山隧道；澳門(mén)觀光塔；武昌造船廠裝焊廠房工程；此外在我國(guó)其他省市（包括臺(tái)灣地區(qū)）都有許多工程應(yīng)用。 （ 4）規(guī)范、指南等指導(dǎo)性技術(shù)文件的制定及國(guó)際會(huì)議的召開(kāi) 日本和歐洲陸續(xù)制定了一些自密實(shí)高性能 混凝土應(yīng)用指南性的手冊(cè)。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)于 2005 年也頒布了自密實(shí)高性能混凝土設(shè)計(jì)與施工指南 （編號(hào)為 22004） 。 此外關(guān)于自密實(shí)高性能混凝土的國(guó)際會(huì)議也層出不窮，如： 1998 年自密實(shí)高性能混凝土國(guó)際會(huì)議在日本東京召開(kāi)； 1999 年在瑞典斯德哥爾摩 會(huì)上，召開(kāi)了 “首次國(guó)際 密實(shí)高性能混凝土研討會(huì) ”； 2001 年在英國(guó)倫敦召開(kāi)了 密實(shí)高性能混凝土建筑材料會(huì)議； 2001 年， 由東京大學(xué)主持， 同組織，在東京大學(xué)召開(kāi)了 “第二次自密實(shí)高性能混凝土國(guó)際研討會(huì) ”； 2005 年，由中南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和江蘇省建筑科學(xué)院主辦，在中國(guó)長(zhǎng)沙召開(kāi)了 “第一屆自密實(shí)高性能混凝土技術(shù)國(guó)際會(huì)議 ”。 隨著自密實(shí)高性能混凝土的發(fā)展，日本已 經(jīng)提出把自密實(shí)高性能混凝土作為標(biāo)準(zhǔn)混凝土，而不是特殊用途的混凝土。 筋與混凝土粘結(jié)性能的研究 結(jié)錨固的基本問(wèn)題 鋼筋和混凝土兩種性能不同的材料組成的 組合結(jié)構(gòu)材料能夠共同工作，其基本要素是二者之間的粘結(jié)錨固作用。然而由 于鋼筋和混凝土之間傳力機(jī)理復(fù)雜，影響因素多，至今仍然是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 理論中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。所謂鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力指的是二者 接觸面上的剪應(yīng)力，由鋼筋與混碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 4 - 凝土之間的膠結(jié)力、摩阻力和咬合力三部分組 成。由于試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的落后及未出現(xiàn)計(jì)算機(jī)有限元等分析手段， 對(duì)鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能的研究起步較晚，我國(guó)到七十年代才開(kāi)始該領(lǐng)域的研究。 驗(yàn)方法 1) 拉拔試驗(yàn) 拉拔試驗(yàn)是出現(xiàn)最早的試驗(yàn)方法，其試件的制作和試驗(yàn)都較簡(jiǎn)易。根據(jù)試?yán)卧囼?yàn) 件中是否配置了橫向鋼筋，拉拔試驗(yàn)可分為兩類。早期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究中，多用拉拔試驗(yàn)確定臨界錨固長(zhǎng)度（鋼筋屈服而不被拔出的最短長(zhǎng)度） ，以供設(shè)計(jì)參考。一些國(guó)家和國(guó)際組織包括中國(guó)規(guī)定了以 拉拔試驗(yàn)作為確定鋼筋在混凝土中粘結(jié)錨固強(qiáng)度的測(cè)試方法，但是對(duì)試驗(yàn)作了 不同的規(guī)定，如試件的尺寸、鋼筋埋入和粘結(jié)長(zhǎng)度以及是否配筋都有差異。拉 拔試驗(yàn)中試件多為棱柱形，鋼筋埋設(shè)在其中。試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)夾持鋼筋施加拉力（圖 1，直到鋼筋拉斷或者拉出或者試件發(fā)生劈裂破壞5。 2） 梁錨試驗(yàn) 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件除了受到拉力 作用之外，還通常受到彎矩和剪力的作用，而拉拔試驗(yàn)無(wú)法模擬這一復(fù)雜受力 情況，因此人們發(fā)明了梁錨試驗(yàn)6。一些國(guó)家和國(guó)際組織規(guī)定了以梁錨試件確 定受力鋼筋的粘結(jié)錨固強(qiáng)度。梁式試件有不同的構(gòu)造形式和尺寸，在此介紹常見(jiàn)的一種。梁試件（圖 1兩半制作，鋼筋在加載端和支座端各 有一段無(wú)粘結(jié)區(qū)，中間的粘結(jié)長(zhǎng)度為 中壓區(qū)用鉸相連，拉區(qū)為受力鋼筋。試驗(yàn)過(guò)程 中，可根據(jù)荷載準(zhǔn)確控制鋼筋拉力。相對(duì)拉拔試驗(yàn)，梁錨試驗(yàn)?zāi)芨玫啬M實(shí) 際鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋在混凝土中粘結(jié)錨固性能。但其缺點(diǎn)在于制作成本高、試驗(yàn)復(fù)雜。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 5 - 錨固鋼筋塑料套管鋼鉸錨試驗(yàn) 3） 鋼筋內(nèi)貼片試驗(yàn) 通過(guò)拉拔試驗(yàn)或者梁錨試驗(yàn)，可以得到鋼筋與混凝土之間的平均粘結(jié)應(yīng)力，但并不能反映不同粘結(jié)錨固位置處的粘結(jié)應(yīng)力 ，而事實(shí)上粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度是變化的。 為了量測(cè)粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度的分布，各國(guó)研究者7,8,9,10采取了在鋼筋內(nèi)開(kāi)槽，布置電阻應(yīng)變片精確量測(cè)和由加載端 、自由端滑移推算內(nèi)滑移分布的方法 (圖 1探索粘結(jié)錨固 系沿錨固長(zhǎng)度變化的規(guī)律，從而得出了一個(gè)位置函數(shù) （ x）來(lái)反映這種變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 構(gòu)關(guān)系更精確的描述。 凹槽應(yīng)變片灌膠合攏半鋼筋點(diǎn)焊圖 1鋼筋內(nèi)貼片試驗(yàn) 結(jié)機(jī)理 1）膠結(jié)力 混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產(chǎn)生的 化學(xué)力即為膠結(jié)力，其主要與鋼筋表面的粗糙程度和水泥的性能有關(guān)。 2）摩阻力 由于混凝土收縮，使得包裹鋼筋的混凝土 緊壓鋼筋，兩者產(chǎn)生滑移或者相對(duì)滑移趨勢(shì)時(shí)，即產(chǎn)生了摩阻力。其主要受到 混凝土和鋼筋間的摩擦系數(shù)及二者之間的徑向壓應(yīng)力影響。 3）咬合力 由于變形鋼筋存在凸肋及光圓鋼筋表面粗 糙不平，使得其與混凝土之間產(chǎn)生機(jī)械咬合力。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 6 - 光圓鋼筋的粘結(jié)力主要由膠結(jié)力和摩阻力 組成，其強(qiáng)度較低。變形鋼筋在加載初期，粘結(jié)力主要由膠結(jié)力和摩阻力組成 。膠結(jié)力破壞之后，咬合力便成了粘結(jié)力的主要組成部分，因此其強(qiáng)度較高。 響因素 1）混凝土強(qiáng)度 隨著混凝土強(qiáng)度提高，鋼筋與混凝土的粘 結(jié)力提高，且粘結(jié)力的提高與混凝土劈裂粘結(jié)強(qiáng)度大致成正比。同時(shí)，混凝土的組份也影響粘結(jié)強(qiáng)度。 2）鋼筋在混凝土中的相對(duì)位置 水平澆筑的鋼筋比垂直澆筑的鋼筋粘結(jié)力 稍低，而在構(gòu)件頂部的鋼筋比在構(gòu)件底部的鋼筋粘結(jié)力差。 3）鋼筋直徑和外形 直徑越大的鋼筋，相對(duì)粘結(jié)面積越小，不 利于粘結(jié)錨固。光面鋼筋的粘結(jié)力顯然低于變形鋼筋的粘結(jié)力。變形鋼筋主要 有月牙紋和螺紋鋼筋，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)比較，月牙紋鋼筋粘結(jié)錨固強(qiáng)度略低，滑移發(fā) 生較早且發(fā)展較快，但下降段平緩，后期強(qiáng)度相對(duì)減小較慢，延性較好，在大 滑移變形下仍能維持抗力，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震是一個(gè)有利因素。 4）保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距 對(duì)光面鋼筋，此因素影響不大；對(duì)于變形 鋼筋，保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距的增加，會(huì)提高粘結(jié)力，但當(dāng)保護(hù)層厚度過(guò)大 時(shí)，粘結(jié)破壞形式由劈裂破壞轉(zhuǎn)向混凝土齒剪壞，該因素就不再起作用了。 5）橫向配筋 橫向配筋使粘結(jié)力提高，延性增加。 6）外部壓力 一定的外部壓力會(huì)提高粘結(jié)力，其值與外 部壓力的平方根成正比，破壞形式為剪切形破壞，破壞時(shí)端部滑移較大。但壓 力過(guò)大時(shí)，粘結(jié)力不但不增加，反而降低，這是由于與壓應(yīng)力垂直方向的橫向拉應(yīng)力顯著增加。 7）鋼筋埋長(zhǎng) 試件中鋼筋的埋長(zhǎng)越長(zhǎng)，則受力后的粘結(jié) 應(yīng)力分布越不均勻，試件破壞時(shí)的平均粘結(jié)強(qiáng)度實(shí)際最大粘結(jié)應(yīng)力比值越小，故試驗(yàn)粘結(jié)強(qiáng)度隨埋長(zhǎng)（ l/d）的增加而降低。當(dāng)鋼筋的埋長(zhǎng) l/d5 后，平均粘結(jié)強(qiáng)度值的折減已不大。埋長(zhǎng)很大的試件，鋼筋加載段達(dá)到屈服而不被拔出。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 7 - 構(gòu)關(guān)系 鋼筋與混凝土粘結(jié)本構(gòu)關(guān)系的建立，為二者間 粘結(jié)性能的進(jìn)一步有限元分析研究提供了必要的條件。然而對(duì)于鋼筋與混 凝土粘結(jié)本構(gòu)關(guān)系，學(xué)者們并沒(méi)有統(tǒng)一的見(jiàn)解。下面列舉一些典型的本構(gòu)關(guān)系： 1） 式11+= (1式中，的單位為 N/S 的單位為 2） 式12+= (1式中， 的單位為 N/S 的單位為 3）滕智明公式13清華大學(xué)滕智明考慮了粘結(jié)力沿錨固長(zhǎng)度發(fā)生 變化的特性，提出以下的計(jì)算公式： )()( (1 += (1()=4 (1()為用來(lái)描述粘結(jié)滑移關(guān)系隨不同 錨深變化的位置函數(shù)。式中， 的單位為 N/S 的單位為 人們將 數(shù)據(jù)代入清華大學(xué)公式中，發(fā)現(xiàn) 式反映了粘結(jié)滑移點(diǎn)在裂縫中間的情況，而 式則反映了粘結(jié)滑移點(diǎn)在靠近裂縫或者構(gòu)件端部的情況，清華大學(xué)公式由于引 入了位置函數(shù)，有著更為廣泛的適應(yīng)性。 4）狄生林公式14 += (1式中 的單位是 kg/S 的單位是 5）宋玉普和趙國(guó)藩公式15碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 8 - ()+=式中：0 鋼筋單位長(zhǎng)度上的表面積，裂縫間距， 筋的彈性模量，凝土的彈性模量， 筋面積， a鋼筋重心至梁底的距離， b梁寬。 6）徐有鄰公式16)()( = (1式中， )(位置函數(shù)。 僅根據(jù)鋼筋在彈性范圍內(nèi)的單調(diào)受力情況 來(lái)確定其錨固長(zhǎng)度是不全面，因?yàn)樵诘卣鹱饔孟?，鋼筋將受到反?fù)荷載作用。 因而研究加載歷史對(duì)鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能的影響很有必要。 1987 年 7提出了在反復(fù)荷載作用下局部粘結(jié)應(yīng)力和滑移的關(guān)系曲線，并用于框架邊 節(jié)點(diǎn)在反復(fù)荷載作用下受力性能分析。 1997 年，美國(guó)學(xué)者 8通過(guò)單調(diào)加載、重復(fù)加載和反復(fù)加載三種加載制度研究鋼筋與混凝土的粘結(jié) 值分析方法 為了模擬鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力及相對(duì) 滑移，在二者之間可以插入特殊的粘結(jié)單元。目前，國(guó)內(nèi)外最常用的粘結(jié)單元有以下幾種。 1）雙彈簧粘結(jié)單元 它在垂直和平行于鋼筋表面方向設(shè)置了兩 個(gè)互相垂直的虛擬彈簧。這種單元具有彈簧剛度，而沒(méi)有實(shí)際幾何尺寸。 2）四邊形滑移單元 這是一種無(wú)厚度的矩形單元，由于雙彈簧粘結(jié) 單元只能集中在一點(diǎn)，因此相對(duì)而言，四邊形滑移單元能夠更好地反映粘結(jié)應(yīng)力的分布。 隨著大型通用有限元計(jì)算分析軟件的出現(xiàn)，研 究者開(kāi)始利用它們作為計(jì)算工具，以及它們所提供的二次開(kāi)發(fā)功能，編寫(xiě) 相應(yīng)的接口程序來(lái)進(jìn)行鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的研究，從而提高了工作效率。 內(nèi)外粘結(jié)錨固研究的發(fā)展及現(xiàn)狀 粘結(jié)錨固問(wèn)題是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本問(wèn) 題之一，但其研究卻起步較晚。20 世紀(jì) 40 年代后，隨著試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和有限元分析方法的出現(xiàn)，粘結(jié)錨固的研究才得到迅速發(fā)展。但是，鋼筋混凝 土粘結(jié)錨固理論仍然滯后于其他碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 9 - 領(lǐng)域的發(fā)展。 早期研究中，為滿足工程構(gòu)造要求，主要 以簡(jiǎn)單的拉拔試驗(yàn)確定臨界錨固長(zhǎng)度。隨著研究的深入，尤其是有限元分析方 法的運(yùn)用，從試驗(yàn)和理論上對(duì)粘結(jié)錨固機(jī)理進(jìn)行了深入的探討，并且提出了較 準(zhǔn)確和應(yīng)用廣泛的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系（ s ） 。在工程應(yīng)用方面，也解決了錨固、 搭接等設(shè)計(jì)和施工中的大量問(wèn)題。 在 20 世紀(jì) 30 年代，美國(guó)學(xué)者 9就鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能進(jìn)行了研究，提出了影響粘結(jié)強(qiáng)度的各個(gè)因素： 鋼筋表面情況、錨固長(zhǎng)度、變形肋的尺寸和位置、混凝土的密實(shí)度、混凝土保 護(hù)層厚度、鋼筋在混凝土中的位置及混凝土澆筑后的泌水程度等。 1951 年， 用鋼筋內(nèi)開(kāi)槽貼應(yīng)變片的方法測(cè)出了鋼筋的應(yīng)變，從而可以間接得到沿鋼 筋長(zhǎng)度上的粘結(jié)應(yīng)力分布。日本的后騰幸正采用在構(gòu)件中注入墨水的方法，第 一次形象地揭示了變形鋼筋與混凝土間通過(guò)咬合作用的機(jī)理20。 過(guò)對(duì)拉伸試件試驗(yàn)的分析， 提出了 s的曲線形式。 后來(lái)， 他又通過(guò)預(yù)埋應(yīng)變片的方法， 得出了隨錨固位置變化的 s關(guān)系。 學(xué)者通過(guò)各自的試驗(yàn)提出了各種 s 關(guān)系，其形式和 大致相同，只是修改了其中的一些參數(shù)。 1967 年， 1在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，明確提出了組成粘結(jié)力的 三種力，并分析了變形鋼筋的變形肋對(duì)粘結(jié)破壞機(jī)理的影響，以及開(kāi)裂前后鋼 筋應(yīng)力，混凝土應(yīng)力和粘結(jié)應(yīng)力的變化， 首次提出了鋼筋肋前混凝土壓碎對(duì)粘結(jié)應(yīng)力的影響。 同年， 2通過(guò)試驗(yàn)研究影響粘結(jié)的因素時(shí)， 提出了粘結(jié)力的大小與混凝土強(qiáng)度成正比。 1977 年， 3等學(xué)者提出了包括各主要因素的粘結(jié)應(yīng)力公式 += (1式中位為 kg/ R4基于橫肋對(duì)混凝土斜向擠壓而形成的錐楔受力機(jī)制，通過(guò)理論推導(dǎo)，計(jì)算出考慮保護(hù)層厚度的劈裂粘結(jié)強(qiáng)度 ( += (1式中， c/d 為混凝土保護(hù)層相對(duì)厚度， 1996 年， 5等學(xué)者提出有關(guān)粘結(jié)錨固力的計(jì)算公式： ()4/+= (1碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 10 - 1998 年， 6在前人的基礎(chǔ)上，對(duì)劈裂粘結(jié)應(yīng)力提出了以下計(jì)算公式： 普通混凝土： = (1高強(qiáng)混凝土： = (1上世紀(jì)八十年代以后，為了適應(yīng)高層及大跨度 結(jié)構(gòu)的需要，各種高性能混凝土相繼出現(xiàn)，如高強(qiáng)度混凝土和鋼纖維混凝土等。 7,28等學(xué)者通過(guò)對(duì)高強(qiáng)度混凝土與鋼筋粘結(jié)錨固性能的研究， 提出隨著高強(qiáng)度混凝土等級(jí)的提高，平均粘結(jié)應(yīng)力與混凝土強(qiáng)度的比值下降。對(duì)鋼纖維混凝土的粘結(jié)錨固性能，也進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究29,30,31,32,33。在混凝土中加入鋼纖維，混凝土強(qiáng)度增加，延性提高，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能也有一定的改善。 我國(guó)鋼筋混凝土粘結(jié)錨固的研究起步較晚，設(shè) 計(jì)規(guī)范中對(duì)錨固和搭接等問(wèn)題很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)照搬原蘇聯(lián)規(guī)范。在 20 世紀(jì) 70 年代初修訂設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，也僅做了一些臨界錨固（搭接）長(zhǎng)度的驗(yàn)證試驗(yàn)，并未有深入的研究。 1977 年之后，清華大學(xué)、華東水利學(xué)院（河海大學(xué)） 、冶金建筑研究總院、中國(guó)建筑科學(xué)研究院、南京工學(xué)院（東南大學(xué) ）等科研院校參閱分析了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，得到了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也提出了許多粘結(jié)錨固的新概念34353637。與此同時(shí)，他們開(kāi)展了一些深入的試驗(yàn)研究。 1981 年，南京工學(xué)院狄生林用鋼筋內(nèi)貼片和預(yù)埋傳感器的方法量得受彎鋼筋的應(yīng)變和滑移，得出了粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。 20 世紀(jì) 80 年代中后期，清華大學(xué)滕智明等提出了考慮粘結(jié)力隨錨固長(zhǎng)度而發(fā)生變化的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。 1987 年，大連理工大學(xué)宋玉普和趙國(guó)藩采用鋼筋內(nèi)貼片的方法，建立了粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。 中國(guó)建筑科學(xué)研究院的徐有鄰經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的理論 和試驗(yàn)研究，建立了適用于粘結(jié)錨固的系統(tǒng)看法，提出了比較科學(xué)合理的錨固設(shè)計(jì)方法37。他給出的粘結(jié)本構(gòu)關(guān)系形式為基本模式與位置函數(shù)的乘積。 宋玉普應(yīng)用應(yīng)力變分法建立了鋼筋混凝土梁在 集中荷載作用下鋼筋與混凝土間的粘結(jié)滑移模型，該模型能夠考慮材料特 性、保護(hù)層厚度等因素的影響及粘結(jié)滑移關(guān)系沿鋼筋位置的變化38。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 11 - 為了提高結(jié)構(gòu)的耐久性， 人們用環(huán)氧樹(shù)脂包裹鋼筋的方法達(dá)到防腐的效果，對(duì)包裹了環(huán)氧樹(shù)脂以后鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者3948在這方面作了大量的工作。試驗(yàn)研究表明，粘結(jié)力下降了 10%20%。 隨著建筑結(jié)構(gòu)使用年