钢筋与混凝土粘结性能的数值模拟方法

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发布时间：2021-09-13

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钢筋与混凝土粘结性能的数值模拟方法
王栋，牛荻涛，胡晓鹏
(1．同济大学土木工程学院，上海200092；
2．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055)
摘要：钢筋与混凝土的粘结是这两种材料之间的一种复杂的相互作用，是两者共同工作的前提。本文概括了粘结性能的研
究现状，并重点介绍目前国内外提出的主要数值模拟方法的基本理论、各自的优缺点及适用范围，同时对各种数值模拟方法
进行了横向比较，指出了数值模拟存在的缺陷，为准确模拟钢筋与混凝土之间的粘结作用提供了参考。
关键词：粘结性能；数值模拟；有限元模型；界面元模型
中图分类"~-：TU375 文献标识码：A 文章编号：1008—1933(2011)04—001—04
Numerical simulation methods Of bond behavior between steel bars and
concrete
W ANG Dong ，NIU Ditao ，HU Xiaopeng
(1．College of CMI Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；
2．College of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an 710055，China)
Abstract：The bond behavior between steel bars and concrete is a complex interaction between the two materials and the prerequisite for
them to work together．This paper summarized the research status on b0nd behavior，and emphasis on basic theory，merits and demerits
and application scope of the main numerical simulation methods introduced at home and abroad an present，the deficiencies of the
methods are pointed out and a horizontal comparison is made，in order to ofer reference to precise simulation of bond behavior between
steel bars and concrete．
Key words：bond behavior between steel bars and concrete；numerical simulation methods；finite element model；interface stress element
mod el
0 引言
钢筋和混凝土构成一种组合材料的基本条件是
二者之间有可靠的粘结和锚固，从而保证在荷载作
用下力能够在混凝土和钢筋的交界处实现传递，这
样钢筋才能发挥承担弯矩的作用，从而建立起结构
承载所必需的工作应力。钢筋与混凝土之间的粘结
作用是钢筋混凝土结构承受弯矩的前提，是分析诸
如钢筋端部锚固粘结与裂缝间粘结的不同应力状态
等理论问题和混凝土构件各种性能的基础，因此，对
粘结问题的研究在理论和工程实践中都有十分重大
的意义。
1 粘结力概述
1．1 粘结力的定义
在钢筋混凝土结构中，钢筋受力后将发生纵向
收稿日期：2010．11-05
作者简介：王栋(1984一)，男，陕西西安人，博士在读，主要从事结
构耐久性及可靠性研究。
E—mall：wdong19840426@hotmail．com
变形趋势，为保证变形协调共同工作，周围的混凝土
对钢筋的纵向变形将产生约束作用，从而在钢筋与
混凝土界面产生剪力效应，这种效应即为钢筋与混
凝土之间的粘结力。
1．2 粘结力的组成
目前，较公认的钢筋与混凝土之间的粘结力主
要由三部分组成：
1)水泥胶凝体与钢筋表面的化学胶着力。化
学胶着力是混凝土中的水泥凝胶体与钢筋表面产生
的吸附胶着作用，并且随着相对滑动而消失。
2)钢筋与混凝土接触面间的摩擦力。摩擦力
是由于混凝土硬化收缩对钢筋产生的握裹挤压作
用，因此，随着接触面摩擦系数的增大而增大。
3)钢筋与混凝土之间的机械咬合力。机械咬
合力对于光面钢筋主要是由于表面的凹凸不平产生
的，对于变形钢筋，则主要是由于两者的相互嵌套形
成。
对于光圆钢筋，在钢筋与混凝土发生相对滑移
前，粘结力主要表现为化学胶着力，而发生滑移后，
则取决于摩擦力和由于钢筋表面凹凸不平产生的咬