襄樊职业技术学院学报 第１０卷 第５期 双月刊 ２０１１年９月 ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７１－９１４Ｘ．２０１ １．０５．０２２ 钢筋与混凝土粘结滑移本构关系研究现状 冯依锋 （襄樊职业技术学院经济管理学院， 湖北襄阳４４１０５０） 摘要：国内外学者一直致力于研究钢筋与混凝土的粘结滑移本构关系，试图得到比较一致的结论，但由于钢 筋与混凝土间传力机理复杂、影响因素多，目前尚无可以通用的公式。文章就普通钢筋混凝土和锈蚀后的钢筋混凝 土两种情况下的粘结滑移本构关系的研究现状进行了阐述。 关键词：钢筋混凝土；粘结滑移；本构关系；锈蚀 中图分类号：ＴＶ２２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—９１４Ｘ｛２０１ １）０５—００２２—０３ 钢筋与混凝土之间的粘结性能是钢筋和混凝 土两种材料组成复合构件共同工作的基础，也是钢 筋 昆凝土结构承载受力的前提，这种作用使钢筋与 混凝土之间能够实现应力传递，从而在钢筋与混 凝土中建立起结构承载所必须的工作应力。粘结作 用由钢筋与混凝土之间的胶结力、摩阻力和机械咬 ｒ＝（５．３ｘ１０￣－２．５２ｘ１０％ ＋５．８６ｘ１０Ｎ ３＿５．４７ｘ１０％ ） ② 式中； 为混凝土抗压强度（ＭＰａ），ｒ为粘结应 力（ＭＰａ），ｓ为相对滑移量（ｍｍ）。 ３．清华大学滕智明教授通过试验研究，建议了 合力构成，其宏观效果是一种剪力，使受力钢筋的 应力沿长度发生变化；反之，没有钢筋应力的变化， 如下考虑混凝土强度、相对保护层厚度（ｃ）及离开 试件端部距离（ｄ）影响的ｒ—ｓ关系式： 就不存在粘结锚固作用。光面钢筋的粘结力主要 包括前两种，即胶结力和摩阻力，其主要问题是强 仁（６１．５ｓ－６９３ｓ２＋３．１４ｘ１０３ｓ ３＿０．４７８ｘ１０％ 、／车 ） ③ 度低，在不大的外力作用下，就会产生较大的相对 滑动 一）为位置函数， 、）：、／／４（１一孚）孚≤１．０ Ｖ ￡ 普通钢筋与混凝土粘结滑移本构关系 式中 为混凝土劈拉强度（ＭＰａ）， 为粘结应 力（ＭＰａ）， 为相对滑移量（ｍｍ）。 ４．东南大学的狄生林教授通过对梁式试件剪 跨内测点的试验数据统计分析，得到ｒ—ｓ关系式： 对于普通钢筋与混凝土在单调荷载下的粘结 滑移本构关系，目前存在有多种模型，基本分为分 段模型和连续曲线模型两大类，并且大多数的粘结 滑移本构关系式 ｒ—ｓ是建立在试验基础上的经验公 ｒ＝６．５９ｘ１０￣一２．１３ｘｌＯ￣ ＋０．２２ｘ１０％ ④ 式。下面介绍几个国内外具有代表性的粘结滑移本 构关系式。 式中：ｒ为粘结应力（ＭＰａ），ｓ为相对滑移量（ｍｍ）。 为了更清楚描述各不同本构关系间的差别，在 １．Ｎｉｌｓｏｎ通过对Ｂ．Ｂｒｅｓｌｅｒ和Ｖ．Ｂｅｒｔｏｒｏ拉伸试 件试验的分析，得到局部的非线性表达式为： ｒ＝９．７８ｘ１０２ｓ一５．７２ｘ１０４ｓ ＋８．３５ｘｌＯＳｓ ① 同一坐标系下绘出各种粘结一滑移关系曲线，如图１ 所示：在式②中取ｆ．＝４ｏ．７ＭＰａ；在式③中取 取与ｆ＝４０．７ Ｍｐａ对应的值。 ５．徐有邻研究员给出的五段式粘结滑移本构 关系（见图２）：【１１微滑移段（０一ｓ）、滑移段（ｓ—ｅｒ）、劈 ）＝１．０， 式中： ｒ为粘结应力（ＭＰａ），ｓ为相对滑移量（ｍｍ）。 ２．Ｍｉｒｚａ和Ｈｏｕｄｅ根据试验结果，提出了一个 四次多项式的经验公式： 裂段（ｅｒ—ｕ）、下降段（ｕ—ｒ）和残余段（ｒ点后）。由曲线 的临界转折点可定义四个粘结锚固特征强度：滑移 收稿日期：２０１１－０７—２０ 作者简介：冯依锋（１９８３～），男，安徽安庆人。助讲，硕士，研究方向：工程造价、建筑结构。 ２２ 钢筋与混凝土粘结滑移０”． 观状 罨 ０ ００ ０ ０１ ０ ０２ ０ ０３ ０ ０４ ０ ０５ ０ ０６ ｍｍ 图１各种粘结一滑移关系曲线对比 强度 、劈裂强度 一极限强度 、残余强度 ，相应 的特征滑移值为 Ｓｃｒ￣Ｓ 。 ｒ———一 微滑移段：Ｔ－－ＴＳ ／Ｖ （０＜ｓ＜ｓ ） 滑移段：ｒ＝Ｋ１＋Ｋ２ ＿＿（Ｓ ｓ ＜ ） 劈裂段：丁＝Ｋ３＋Ｋ ＋Ｋ ２（ｓ ＜ｓ ） ⑤ 下降段：丁＝ｒ ＝！： 二 （ｓ—ｓ ）（ ｒ＜Ｓ＜Ｓ ） Ｓｒ— “ 残余段：Ｔ－－Ｔ （ｓｒ＜ｓ） 文献认为这个模式不能反映粘结锚固位置对 粘结滑移关系的影响，［１１因此通过钢筋内贴片的短 锚和中锚试验，用位置函数 （ ）来描述这种规律，０．８ｌ 之前呈二次曲线缓升，峰值以后陡降以椭圆曲线模 拟（见图３），得到锚固位置 ｕ伯结滑移关系的表达 式如下。 ・ ［１－（１．２５￣－－１）２ Ｏ（ｘ）＝ ／ 广—————————Ｔ ＿．—⑥ １．３５ １－（５等一４）（ｏ．８１ａ＜ｘ￣＜１ ） 式中：ｚ 为钢筋锚固长度， 为锚固点到钢筋加 载端的距离。最终得到了考虑位置函数的ｒ—Ｓ本构 方程如式⑦所示。 ＝ （ ）Ｏ（ｘ） ⑦ 图３位置函数 二、锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移本构关系 对于锈后钢筋与混凝土的粘结一滑移本构关系 问题的研究，近年来国外许多学者通过拔出试验和 梁式试验进一步研究了锈后钢筋和混凝土的粘结 性能，最终建立了锈后钢筋与混凝土的粘结滑移本 构关系模型。 袁迎曙制作了１４ ｍｍ、１８ ｍｍ、２０ ｍｍ三种不同 钢筋直径的短锚拔出试件（锚固长度为２．５ ｄ），［２１通 过电化学原理对试件进行加速锈蚀并控制其锈蚀 蠹，得到０％、１％、２％、３％、４％、６％、８％、１０％共８种 不同锈蚀程度的试件，建立了不同锈蚀程度的粘 结一滑移分析模型（丁 ），其中ｒ为平均粘结应力，ｓ 为加载端滑移。 浙江大学金伟良、赵羽习制作了６个锚固长度 为１５０ ｍｍ的拔出试件，［３１首先从理论上推导了钢筋 应力（ｏｒｓ）、钢筋与混凝土的粘结应力（ ）以及钢筋与 混凝土的相对滑移ｓ）之间的相互关系，并通过数 学分析得到了三者的解析表达式；在此理论研究的 基础上，再通过钢筋开槽、内贴片试验实测了锚固 长度内钢筋应力的分布，通过安装千分表量测了加 载端和自由端的相对滑移，根据这些实测的试验数 据确定了解析表达式中的系数，最后给出了随不同 位置变化的钢筋与混凝土粘结应力和相对滑移关 系，推导出了反应这种变化规律的位置函数。 同济大学张伟平采用模拟梁剪跨区的半梁式 粘结试验，［４１通过外加电流加速钢筋锈蚀的方法，控 制试件表面不同锈胀裂缝宽度，分别对未锈、胀裂 前、胀裂时（０．０５ ｍｍ）及胀裂宽度为０．１５ ｍｍ、０．３ ｍｍ、 ０．６ ｍｍ等６种工况的试件进行研究，通过钢筋开 槽、内贴片方法实测了锚固区内各点的钢筋应力， 在此基础上，以钢筋应力的变化率来计算锚固区内 各点的粘结应力，通过在钢筋的两端安装位移计量 测了加载端和自由端的相对滑移，并引入一混凝土 不均匀变形系数以 ⑧式来推算钢筋锚固长度内 各点滑移分布，计算了不同锈胀程度的位置函数， 最终建立了考虑锚固位置影响的锈后钢筋混凝土 ２３ 冯依锋 粘结滑移本构关系。 ｓ ＝ 各点滑移分布，研究钢筋与 昆凝土间的粘结滑移本 一 ∑（她＋％Ａｌｓ ） ｉ＝１ 构关系，建立不同锈蚀程度试件的粘结传力函数， 并通过数值模拟来验证所建立的粘结传力函数的 正确性。 式中： 不均匀变形系数， 定义为界面应变与 截面平均应变比值。 冯依锋应用声发射技术对钢筋在实验室加速 锈蚀过程进行全程在线监测，ｉｓｌ确定锈蚀初始损伤 的位置及严重程度，并通过声发射技术对锈蚀后钢 筋混凝土试件加载破坏过程进行监测，研究钢筋粘 结界面损伤所表现出的声发射参量变化特征，通过 声发射定位技术识别锚固段的缺陷源的位置和发 展趋势，和初期的损伤识别对应。应用内贴应变片 法测得锚固区内不同位置的钢筋应力，在此基础 三、总结 目前许多学者通过钢筋开槽和内贴应变片的 方法来测量钢筋的应变，通过传感器或千分表测量 钢筋和混凝土之间的相对滑移，最终建立钢筋和混 凝土的粘结滑移本构关系。建立的粘结滑移本构关 系（ ｒ—Ｓ）中Ｓ是端部滑移或加载端和自由端滑移的 平均值，也有少数学者提出混凝土不均匀变形系数 来推算钢筋锚固长度内各点滑移，但这种建立的粘 结滑移本构关系一般只适用于特定的试验，并不能 被其它试验所验证。 上，以钢筋应力的变化率来计算锚固长度内的粘结 应力，由加载端、自由端滑移推算钢筋锚固长度内 参考文献： ［１］徐有邻，沈文都，汪洪．铜筋砼粘结锚固性能的试验研究【Ｊ１．建筑结构学报，１９９４，１５（３）：２６—３６． ［２］袁迎曙，余索，贾福平．锈蚀钢筋混凝土的粘结性能退化的试验研究『Ｊ１．工业建筑，１９９９，２９（１１）：４７—５０ ［３］金伟良，赵羽习．随不同位置变化的钢筋与混凝土的粘结本构关系【ＪＪ．浙江大学学报，２００２，３６（１）：１－６ ［４］张伟平，张誉．锈胀开裂后钢筋混凝土粘结滑移本构关系研究ｆＪ１．土木工程学报，２００１，３４（５）：４０—４３． ［５］冯依锋．锈蚀钢筋混凝土构件粘结传力函数试验研究【Ｄ】．南宁：广西大学，２００７． Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ Ｂｏｎｄ－ｓｌｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＦＥＮＧ Ｙｉ——ｆｅｎｇ （Ｘｉａｎｇｆａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｘｉａｎｇｙａｎｇ Ｈｕｂｅｉ ４４ １ ０５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｏｔｉｎｇ ｔｈｅｍｓｅｌｖｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｂｏｎｄ—ｓｌｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｒｙｉｎｇ ｔｏ ｇｅｔ ｍｏｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ－ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｍａｎｙ ｆａｃｏｒｓ，ｗｅ ｈａｖｅｎ＇ｔ ｇｏｔ ａｎｙ ｕｎｉ￣ｒｍ ｆｏｒｍｕｌａ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｂｏｕｔ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｌ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｂｏｎｄ—ｓｌｉｐ；ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ （审稿：田晓芳编校：罗纯）