鋼筋與混凝土的相互作用

鋼筋與混凝土的相互作用鋼筋與混凝土的相互作用全文共1頁，當(dāng)前為第1頁。鋼筋與混凝土的相互作用鋼筋與混凝土的相互作用全文共1頁，當(dāng)前為第1頁。通常并不考慮鋼筋和混凝土間的相互作用，而是假定其位移協(xié)調(diào)，通過疊加原理分別考慮各自對結(jié)構(gòu)剛度和強度的貢獻(xiàn)。但是，兩種材料性能相差巨大，比如鋼筋的彈性模量比混凝土高出一個數(shù)量級，而且其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在受拉區(qū)和受壓區(qū)對稱分布，混凝土則不同。這種材料上的不兼容性導(dǎo)致鋼筋和混凝土間發(fā)生粘結(jié)破壞、鋼筋滑移及局部變形等。

下圖展示了幾種重要的鋼筋和混凝土相互作用的機理，分別為拔出效應(yīng)、受拉剛化相應(yīng)、銷栓效應(yīng)。

1.拔出效應(yīng)

“拔出”通常發(fā)生在構(gòu)件支座處，由于鋼筋的錨固長度不足而導(dǎo)致粘結(jié)破壞，鋼筋被拔出?？梢杂醚劁摻畋砻娣植嫉囊幌盗袕椈赡M鋼筋和混凝土間的接觸力，進(jìn)而模擬拔出效應(yīng)。

2.受拉剛化效應(yīng)

受拉構(gòu)件或梁受拉區(qū)混凝土開裂后，裂縫截面上的混凝土退出工作，但裂縫間的混凝土繼續(xù)承受拉力，使得混凝土內(nèi)鋼筋的平均應(yīng)變或總變形小于鋼筋單獨受力時的相應(yīng)變形，有利于減小裂縫寬度和增大構(gòu)件的剛度，這種效應(yīng)稱為受拉剛化效應(yīng)（tension-stiffnessortension-stiffening）。這種效應(yīng)對于研究鋼筋混凝土構(gòu)件在混凝土開裂后的荷載-變形特性是重要的。

考慮受拉剛化效應(yīng)的方法總體上有三種：

鋼筋與混凝土的相互作用全文共2頁，當(dāng)前為第2頁。根據(jù)粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型，建立粘結(jié)單元；

增大鋼筋的剛度；

基于混凝土的平均應(yīng)力和平均應(yīng)變關(guān)系建立的，開裂后依然有一定的抗拉強度的模型；1/212下一頁尾頁

如果考慮到裂縫間距、鋼筋布置及數(shù)量等因素，方法三相對簡單易用。根據(jù)開裂后應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系形式的不同，有多種模型，如下圖所示。

應(yīng)用ABAQUS自帶的混凝土模型時，需要定義（*tensionstiffness），此即上述第三種考慮混凝土受拉剛化效應(yīng)的方法。若分析素混凝土結(jié)構(gòu)，（*tensionstiffness）即素混凝土的單軸受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可直接按照規(guī)范附錄C的建議取用；若分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，（*tensionstiffness）為考慮了縱筋有利作用的混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線。兩者的差別如下圖所示，其中虛線為素混凝土單軸受拉曲線，實線為考慮混凝土受拉剛化效應(yīng)后的曲線。

受拉剛化效應(yīng)的大小與配筋率、鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力的大小等因素有關(guān)。在重復(fù)和反復(fù)荷載作用下，鋼筋和混凝土的粘結(jié)狀況會逐漸退化，受拉剛化效應(yīng)也會因此減弱。ABAQUS幫助文檔建議，對于配筋率相對較大的結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用較細(xì)密的網(wǎng)格時，可以假設(shè)混凝土開裂后，應(yīng)力從峰值點線性衰減為零，對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)殚_裂應(yīng)變的10倍。對于一般的分析，作為近似，可采用此假設(shè)，如果想更加精確的考慮受拉剛化效應(yīng)，可以去查閱文獻(xiàn)，此方面的英文文獻(xiàn)很多。

3.銷栓效應(yīng)

鋼筋與混凝土的相互作用全文共3頁，當(dāng)前為第3頁。混凝土受拉開裂后，鋼筋可以直接承擔(dān)部分剪力，此即銷栓作用。通過賦予開裂混凝土一定的剛度和強度，可以考慮這種效應(yīng)。骨料咬