型鋼混凝土柱粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系與粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型共3篇型鋼混凝土柱粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系與粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型1型鋼混凝土柱（SteelReinforcedConcreteColumn，簡稱SRC柱）由鋼骨架管與混凝土填充物組成，結(jié)合了鋼管的強(qiáng)度與混凝土的韌性，是目前結(jié)構(gòu)工程中常用的一種結(jié)構(gòu)形式。在設(shè)計(jì)和分析SRC柱時(shí)，需要考慮到鋼管和混凝土的相互作用，特別是粘結(jié)的影響。因此本文將重點(diǎn)介紹型鋼混凝土柱中的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系和粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型。

一、粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系是描述型鋼混凝土柱中粘結(jié)滑移現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，通常用曲線圖表示。該曲線描述了粘結(jié)滑動(dòng)應(yīng)力（ShearStress，τ）和滑動(dòng)位移（SlidingDisplacement，D）之間的關(guān)系。由于SRC柱中的鋼管和混凝土之間的粘結(jié)力對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震性能和安全性能起著至關(guān)重要的作用，因此粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的正確建立對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析至關(guān)重要。

在理論分析中，常用經(jīng)驗(yàn)公式或數(shù)值模擬方法來估計(jì)SRC柱中的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。其中，最常用的經(jīng)驗(yàn)公式是波浪曲線法（WavyCurveMethod），將SRC柱中的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系用一條波浪形曲線來近似表示，如圖1所示。

圖1波浪曲線法表示的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

在工程實(shí)踐中，由于SRC柱中的混凝土與鋼管之間的粘結(jié)滑移關(guān)系與材料破壞及加載歷史密切相關(guān)，因此直接用經(jīng)驗(yàn)公式無法準(zhǔn)確描述所有的實(shí)際情況。因此，建議在分析中結(jié)合一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，以確定粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。

二、粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型

粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型是描述型鋼混凝土柱中粘結(jié)滑移之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，通常用曲線圖表示。該曲線描述了結(jié)構(gòu)中釋放粘結(jié)力后，SRC柱中的粘結(jié)滑移程度隨時(shí)間變化的特性。由于SRC柱中的鋼管和混凝土之間的粘結(jié)力在結(jié)構(gòu)的變形和承載能力方面起著重要的作用，因此粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型也對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的準(zhǔn)確性非常重要。

在理論分析中，粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型可以采用彈簧模型或粘塑性模型來描述。彈簧模型假定結(jié)構(gòu)中粘結(jié)力和滑移的關(guān)系為線性恢復(fù)力模型，但在實(shí)際情況中粘結(jié)力和滑移之間常常存在非線性關(guān)系。因此，在分析SRC柱的力學(xué)性質(zhì)時(shí)，通常采用粘塑性模型來描述粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型，如圖2所示。

圖2粘塑性模型表示的粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型

在粘塑性模型中，粘結(jié)滯移力（ViscousForce，F(xiàn)v）和粘結(jié)彈性力（ElasticForce，F(xiàn)e）是粘結(jié)滑移恢復(fù)力的兩個(gè)主要組成部分。當(dāng)釋放粘結(jié)力時(shí)，F(xiàn)v和Fe之間的平衡關(guān)系是由衰減曲線來描述的。衰減曲線的初始斜率是SRC柱中的彈性模量，隨著時(shí)間的增加，這條曲線逐漸趨近于零。

綜上所述，粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系和粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型是在分析和設(shè)計(jì)型鋼混凝土柱時(shí)必不可少的兩個(gè)數(shù)學(xué)模型。這兩個(gè)模型的正確建立對(duì)于準(zhǔn)確描述SRC柱中鋼管和混凝土之間的相互作用具有重要的意義。在實(shí)際應(yīng)用中，這些模型通常需要結(jié)合大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，以確保結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)和安全性能得到充分保障。型鋼混凝土柱粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系與粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型2型鋼混凝土柱是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，具有優(yōu)秀的抗震性能和節(jié)省鋼材的特點(diǎn)。其中，鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移性能對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能起著至關(guān)重要的作用。因此，本文將就型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系和粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型進(jìn)行探討。

1.型鋼混凝土柱粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系是指在一定載荷下，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力和滑移量之間的關(guān)系。其本構(gòu)關(guān)系通常表示為粘結(jié)力-滑移曲線，常見的曲線類型有線性型、雙線性型、非線性型等。下面就分別介紹這三種曲線類型的特點(diǎn)。

（1）線性型

線性型的粘結(jié)力-滑移曲線是指在鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力和滑移量之間呈線性關(guān)系，這種關(guān)系通常用斜率表示，即粘結(jié)強(qiáng)度。其表示如下：

τ=kτs

其中，τ為鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度；τs為鋼筋截面上的剪應(yīng)力；k為粘結(jié)強(qiáng)度系數(shù)。

（2）雙線性型

雙線性型的粘結(jié)力-滑移曲線是指在一定范圍內(nèi)，鋼筋滑移有一個(gè)線性的關(guān)系，但當(dāng)鋼筋滑移超過一定值后，粘結(jié)力與滑移量之間的關(guān)系發(fā)生了變化。這種變化通常表現(xiàn)為粘結(jié)力先增加，然后在達(dá)到峰值后逐漸減小，其粘結(jié)力-滑移曲線一般如下圖所示：


其中，T0為滑移的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，τp為粘結(jié)強(qiáng)度峰值。在鋼筋相對(duì)滑移較大的情況下，由于粘結(jié)力不再增加，可能出現(xiàn)相對(duì)滑移的情況，即滑移發(fā)生了回彈。

（3）非線性型

非線性型的粘結(jié)力-滑移曲線是指在各種情況下，鋼筋與混凝土之間的負(fù)荷-滑移曲線不滿足線性關(guān)系，且常常呈非對(duì)稱的形狀。其通常為復(fù)合曲線，其特點(diǎn)是：

①非線性型粘結(jié)強(qiáng)度峰值與滑移轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置不確定，且難以用數(shù)學(xué)模型精確描述。

②當(dāng)荷載降為零時(shí)，粘結(jié)力隨滑移量的減小有著不同程度的恢復(fù)：部分恢復(fù)、完全恢復(fù)或者無恢復(fù)。這種關(guān)系通常表示為滑移恢復(fù)力模型，下面將詳細(xì)介紹。

2.型鋼混凝土柱粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型

型鋼混凝土柱的粘結(jié)力隨滑移量的變化不僅影響其靜態(tài)承載力，還影響其動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，建立準(zhǔn)確的滑移恢復(fù)力模型對(duì)保證結(jié)構(gòu)安全具有重要作用。常見的滑移恢復(fù)力模型有兩種：恒定恢復(fù)力模型和非恒定恢復(fù)力模型。

（1）恒定恢復(fù)力模型

恒定恢復(fù)力模型是指型鋼混凝土柱在雙向正負(fù)軸荷載作用下，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)恢復(fù)力（或稱反彈力）為一定值，與滑移量無關(guān)。其恢復(fù)力模型表示為：

τr=kτp

其中，τp為粘結(jié)強(qiáng)度峰值；k為恢復(fù)系數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：該模型簡單易行，計(jì)算量小，適用于一般情況下的研究，如在有限元計(jì)算中采用。

缺點(diǎn)：該模型未考慮滑移量的影響，精度有限，不適用于精度要求較高的研究。

（2）非恒定恢復(fù)力模型

非恒定恢復(fù)力模型是指在雙向正負(fù)軸荷載作用下，粘結(jié)力隨著滑移量的變化而變化。其模型通常為滑移恢復(fù)力-滑移曲線，如下圖所示：


其中，τr為粘結(jié)恢復(fù)力；δ為滑移量；δY為粘結(jié)失效滑移量；τr,0為循環(huán)滯回初值；H為非線性彈簧剛度；τr,max為最大滯回力。

優(yōu)點(diǎn)：該模型較精確，適用于精度要求較高的研究。

缺點(diǎn)：該模型參數(shù)較多，計(jì)算量大。

三、結(jié)論

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系和粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型對(duì)于型鋼混凝土柱的分析分析具有重要意義。本文對(duì)于粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系和粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型進(jìn)行了探討。建議在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)具體情況選擇合適的模型。同時(shí)，未來需要進(jìn)一步提高模型的精度與魯棒性，以滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精度要求。型鋼混凝土柱粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系與粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型3在混凝土結(jié)構(gòu)中，型鋼混凝土柱是一種常用的構(gòu)件形式。它由型鋼和混凝土組成，具有高強(qiáng)度、高剛度、相對(duì)輕量的特點(diǎn)，并且具有較高的抗震性能。然而，型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移效應(yīng)對(duì)其受力性能和使用壽命產(chǎn)生重要影響。因此，在設(shè)計(jì)和施工階段必須針對(duì)型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移特性進(jìn)行深入的研究。

型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系

型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移行為是混凝土和鋼筋之間的相互作用的結(jié)果。因此，它的本構(gòu)關(guān)系應(yīng)考慮混凝土粘結(jié)、鋼筋拉伸和混凝土壓縮等因素，并且必須考慮混凝土強(qiáng)度和型鋼強(qiáng)度的差異。

一般而言，型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系可以通過等效線性模型進(jìn)行描述。該模型假設(shè)混凝土和鋼筋之間存在一定的非線性行為，但這種非線性行為可以通過直線來近似。

具體來說，等效線性模型可以表述為：

τ=Kεs

其中τ是剪應(yīng)力，K是一個(gè)比例系數(shù)，εs是相對(duì)位移，即粘結(jié)滑移量。

此外，由于混凝土在剪切過程中會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，因此需要進(jìn)一步考慮混凝土的加割切強(qiáng)度對(duì)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的影響。這可以通過引入一個(gè)奇異割切模型來實(shí)現(xiàn)。

粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型

在型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移過程中，除了剪應(yīng)力外，恢復(fù)力也是一個(gè)重要的參數(shù)。為了更好地描述型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移特性，需要建立一個(gè)能夠描述粘結(jié)滑移恢復(fù)力的模型。

一般而言，型鋼混凝土柱的粘結(jié)滑移恢復(fù)力模型可以分為線性恢復(fù)力模型和非線性恢復(fù)力模型兩種。其中，線性恢復(fù)力模型通常適用于小應(yīng)變下的情況，而非線性恢復(fù)力模型則適用于大應(yīng)變下的情況。

線性恢復(fù)力模型可以表述為：

P=kδ

其中P是恢復(fù)力，k是比例系數(shù)，δ是相對(duì)位移。