维普资讯 http://www.cqvip.com 湖南农机 ２００７．０７ 论钢筋混凝土的粘结滑移性能 尹剑 （长江大学城市建设学院湖北荆州４３４０２０） 摘要：国内外对钢筋混凝土的粘结滑移性能进行了大量的试验研究，得到了不同条件下的 粘结与滑移的本构关系。本文从试验装置入手对试验方法进行了较为系统的分析，对各类 试验的研究目的、试验基本内容等进行了综合对比，并对各种试验方法的优缺点进行了分析。 关键词：钢筋混凝土结构；试验方法；粘结滑移机理 中图分类号：ＴＵ３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７．８３２０（２００７）０７－０１６８－０２ Ｔｈｅｏｒｙ Ｇｌｕｅ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｋｎｏｔ Ｓｌｉｐｐｅｒｙ Ｍｏｖｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｙｉｎ Ｊｉａｎ （Ｊｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｈｕｂｅｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｃｏｌｌｅｇｅ ｌｆ￣ｈｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ｃｉｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ ｏｆＹａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ４３４０２０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｇｌｕｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｋｎｏｔ ｓｌｉｐｐｅｒｙ ｍｏｖｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ａ ｇｒｅａｔ ｄｅａｌ ｏｆｏｆｅｘ－ ｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｇｏｔ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆｇｌｕｅ ｎｋｏｔ ｗｉｔｈ ｓｌｉｐｐｅｒｙ ｍｏｖｅｄ ｏｆｔｈｉｓ Ｇｏｕ ｒｅｌａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｅｔｃ．ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ，ａｎｄ ｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆｔｈｅ ｍｅｒｉｔ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｎａａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａ ｍｅｔｈｏｄ；Ｇｌｕｅ ｎｋｏｔ ｓｌｉｐｐｅｒｙ ｍｏｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 钢筋混凝土的粘结滑移性能是直接影响结构和构件 同样离不开试验，先就从试验人手来分析比较，最后得出相 的受力性能、破坏形态、计算假定、承载能力、裂缝和变形的 关的结论。 主要因素。国内外由于对其的不同考虑而得出了各自不同 １．２各种试验方法的优缺点比较 的设计计算理论，但所有的研究都离不开试验，因此本文对 虽然试验方法比较多，但各自都有优缺点，现就以上面 试验方法进行了系统的分析，并作出了不同的评价，以期对 提到的试验方法作一下对比分析。拔出试验是比较早的试 今后粘结滑移性能的研究提供依据和基础。 验方法，一般简单的进行拔出试验确定临界锚长供设计者 参考，具有试件制作简单、成本低、试验易于进行，应用比较 １钢筋混凝土的粘结滑移性能 广泛等优点，但是同时着试验不能充分反映钢筋混凝土问 钢筋和混凝土两种性能不同的材料组成的组合结构 粘结性能的全过程。相比与拔出试验，梁式试验就考虑到 能够共同工作，其基本条件是两者之间具有可靠的粘结和 了与实际情况相符合，常用于模拟梁的剪跨区的斜裂缝和 锚固，所谓钢筋和混凝土之间的粘结应力指的是两者接触 正裂缝处的粘结锚固状态。但是也存在缺点就是试件的尺 面的剪应力，由两者之间的胶结力、摩阻力和咬合力三部 寸较大，制作成本较高，且试验较为复杂等。轴拉试验的缺 分组成。 点是一对平衡力比较难做到。而随着试验手段和测量技术 １．１试验方法 的发展，目前应用比较多的是钢筋内贴片的试验方法，通过 在各种钢筋混凝土构件中，根据应力性质可以将粘结 拉拔试验或者梁锚试验，可以得到钢筋与混凝土之间的平 应力分为两大类，筋端锚固应力和缝问粘结应力。根据钢 均粘结应力，但并不能反映不同粘结锚固位置处的粘结应 筋与混凝土的粘结机理、钢筋滑移等又可以将其分为光圆 力，而事实上粘结应力沿锚固长度是变化的。为了量测粘 钢筋和变形钢筋与混凝土的粘结滑移问题。研究这个问题 结应力沿锚固长度的分布，采取了在钢筋内开槽，布置电阻 ｉ 收稿日期：２００７４２７－０１ 作者简介：尹剑，长江大学城市建设学院，研究方向：建筑学 ・ １６８・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７．０７ 尹剑：｛ 应变片精确量测和由加载端、自由端滑移推算内滑移分布 的方法，就可以很好的知道粘结滑移的全过程。 １．３粘结滑移机理 其粘结滑移的机理是由两种材料间的胶结力、摩阻力 和咬合力来抗滑移。混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产 生的化学力即为胶结力，其主要与钢筋表面的粗糙程度和 水泥的性能有关。由于混凝土收缩，使得包裹钢筋的混凝 土紧压钢筋，两者产生滑移或者相对滑移趋势时，即产生了 摩阻力。其主要受到混凝土和钢筋间的摩擦系数及两者之 间的径向压应力影响。由于变形钢筋存在凸肋及光圆钢筋 表面粗糙不平，使得其与混凝土之间产生机械咬合力。光 圆钢筋的粘结力主要由胶结力和摩阻力组成，其强度较低。 变形钢筋在加载初期，粘结力主要由胶结力和摩阻力组成。 胶结力破坏之后，咬合力便成了粘结力的主要组成部分，因 此其强度较高。 ２影响因素 影响钢筋混凝土粘结性能的因素很多，大致归纳起来 有以下几类：混凝土强度和组成成分；钢筋位置、受力方向 与浇注方向；钢筋的直径和表面形状；钢筋周围的约束条 件；试件尺寸等。 ２．１混凝土强度和组成 当混凝土强度提高时，它和钢筋的化学粘着力和机械 咬合力随之增加，因而可以提高粘结强度。试验表明，混凝 土强度越高，粘结强度越大，但比值随混凝土强度的提高而 降低。 ２．２钢筋位置、受力方向与浇注方向 平行浇注（即钢筋水平布置，浇注方向为垂直方向）时， 直接位于钢筋下面的混凝土由于下沉及泌水，不能与钢筋 紧密接触，使粘结强度降低，对于变形钢筋，当钢筋的受力 方向与混凝土结硬时的下沉方向相同时，粘结强度降低，滑 动增大。 ２．３钢筋的直径和表面形状 钢筋的粘结面积与截面周界长度成正比，而拉应力与 截面积成反比，二者之比值（４／ｄ）反映钢筋的相对粘结面积， 直径较大（如ｄ￣＞３２ｍｍ）的钢筋，相对粘结面界小，不利于极 限粘结强度的提高。钢筋的外形对粘结强度有较大的影 响，例如变形钢筋的粘结强度高于光面钢筋，变形钢筋的肋 高、肋问距不同也影响粘结强度。 ２．４粘结滑移的本构关系 性 影响粘结强度的因素很多，使得钢筋与混凝土界面的 传力机理复杂，试验所得的曲线比较分散，研究者拟合过许 多粘结滑移曲线，但这些曲线之间也有较大的差异，几个较 具有代表性的关系式如下． Ｎｉｌｓｏｎ的经验公式： ｆ＝９．８ｘ１０。 一５．４７ｘｌ０ ＋０．８３６ｘ１０ （１） Ｈｏｕｄｅ和Ｍｉｒｚａ的四次项表示的经验公式： ｆ＝５．２９ｘ１０ 一２．５２ｘ１０ ＋５．８７ｘ１０ 一５．４７ｘｌ０６ ‘（２） 狄生林的公式： ｆ＝６．５９ｘ１０ 一２．１３ｘ１０ ＋０．２２ｘ１０ ’ （３） 以上三式，ｆ是粘结应力，以ＭＰａ计，滑移Ｓ以ｍｍ计。 其经验公式为：ｆ＝ ）ｇ （ ） （４） 其中 （ ）是用来描述粘结滑移关系随不同锚深变化的 位置函数，它可以用锚固深度Ｘ来表示，Ａｓ）即是用控制点 描述的粘结滑移分段表达式。 经验公式（１）、（２）、（３）形式都很简单，无法反映诸多的粘 结锚固影响因素，都只适用于特定结构在特定锚固条件下 的情况。比较上面所列举的几个经验公式可知，式（１）．（３） 表达式非常简洁，应用起来也很简单，但无法反映诸多的粘 结锚固影响因素，都只适用于特 定结构在特定锚固条件下的情况，只能在小范围内使 用；式（４）能综合考虑各种粘结条件的影响，但表达式较复 杂，可以反映诸多因素的影响，但实际应用困难。另外，由 于影响粘结的因素太多，以至于很难得到一个真正通用而 又易于应用的表达式，因此对于一些特殊的粘结问题，有必 要进行单独的试验和研究。 通过以上论述，得出以下几点结论： （１）ｊ￣验方法已经能够较好地反映静态的钢筋与混凝土 ａ粘结性能，但对于动态的粘结滑移 性能试验研究，国内外的研究尚不够。 （２）由于影响粘结的因素太多，以至于很难得到一个真 正通用而又易于应用的表达式，因此对于一些特殊的粘结 问题，有必要进行单独的试验和研究。 （３）可以充分利用计算机的技术，如ＡＮＳＹＳ分析软件 来辅助分析和研究。 参考文献： ［１］过镇海；时旭东．钢筋混凝土原理和分析［Ｍ］．清华大学出版社． ２００３版 【２］陈建平；包华．钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状［Ｍ】．南 通大学出版社．２００６ ・ １６９・