钢筋与混凝土的相互作用解析.pdf

钢筋与混凝土的相互作用解析 通常并不考虑钢筋和混凝土间的相互作用 ，而是假定其位移协调 ，通 过叠加原理分别考虑各自对结构刚度和强度的贡献。但是 ，两种材料性能 相差巨大 ，比如钢筋的弹性模量比混凝土高出一个数量级 ，而且其应力- 应变关系在受拉区和受压区对称分布 ，混凝土则不同。这种材料上的不兼 容性导致钢筋和混凝土间发生粘结破坏、钢筋滑移及局部变形等。 下图展示了几种重要的钢筋和混凝土相互作用的机理 ，分别为拔出效 应、受拉刚化相应、销栓效应。 1.拔出效应 “拔出”通常发生在构件支座处 ，由于钢筋的锚固长度不足而导致粘结 破坏 ，钢筋被拔出。可以用沿钢筋表面分布的一系列弹簧模拟钢筋和混凝 土间的接触力 ，进而模拟拔出效应。 2.受拉刚化效应 受拉构件或梁受拉区混凝土开裂后 ，裂缝截面上的混凝土退出工作 ，但 裂缝间的混凝土继续承受拉力 ，使得混凝土内钢筋的平均应变或总变形小 于钢筋单独受力时的相应变形 ，有利于减小裂缝宽度和增大构件的刚度 ， 这种效应称为受拉刚化效应 （tension-stiffness or tension- stiffening ）。这种效应对于研究钢筋混凝土构件在混凝土开裂后的荷载- 变形特性是重要的。 考虑受拉刚化效应的方法总体上有三种 ： 根据粘结应力-滑移本构模型 ，建立粘结单元 ； 增大钢筋的刚度 ； 基于混凝土的平均应力和平均应变关系建立的 ，开裂后依然有一定的抗拉 强度的模型 ； 如果考虑到裂缝间距、钢筋布置及数量等因素 ，方法三相对简单易用。 根据开裂后应力-应变关系形式的不同 ，有多种模型 ，如下图所示。 应用 ABAQUS 自带的混凝土模型时 ，需要定义 （*tension stiffness ），此即上述第三种考虑混凝土受拉刚化效应的方法。若分析素 混凝土结构 ，（*tension stiffness ）即素混凝土的单轴受拉应力-应变曲 线 ，可直接按照规范附录 C 的建议取用 ；若分析钢筋混凝土结构 ， （*tension stiffness ）为考虑了纵筋有利作用的混凝土受拉应力-应变曲 线。两者的差别如下图所示 ，其中虚线为素混凝土单轴受拉曲线 ，实线为 考虑混凝土受拉刚化效应后的曲线。 受拉刚化效应的大小与配筋率、钢筋与混凝土间的粘结力的大小等因素 有关。在重复和反复荷载作用下 ，钢筋和混凝土的粘结状况会逐渐退化 ， 受拉刚化效应也会因此减弱。ABAQUS 帮助文档建议 ，对于配筋率相对 较大的结构 ，当采用较细密的网格时 ，可以假设混凝土开裂后 ，应力从峰 值点线性衰减为零 ，对应的应变为开裂应变的 10 倍。对于一般的分析 ， 作为近似 ，可采用此假设 ，如果想更加精确的考虑受拉刚化效应 ，可以去 查阅文献 ，此方面的英文文献很多。 3.销栓效应 混凝土受拉开裂后 ，钢筋可以直接承担部分剪力 ，此即销栓作用。 通过赋予开裂混凝土一定的刚度和强度 ，可以考虑这种效应。骨料咬合作 用也可以通过类似方式考虑。