钢筋拉拔试验细观数值模拟研究.docVIP

 n 钢筋拉拔试验细观数值模拟研究# 李建波1，付兵2* （1. 大连理工大学水利工程学院, 大连 116024； 5 10 15 20 25 2. 大连理工大学水利工程学院,大连 116024） 摘要：钢筋拉拔试验是研究钢筋-混凝土界面粘结特性的最直接手段之一。本文从钢筋-混凝 土界面的细观粘结机理出发，认为界面粘结力主要由化学胶着力、机械咬合力以及摩擦力组 成，将前二者的弱化过程看成损伤过程，当化学胶着力和机械咬合力完全破坏时，摩擦力为 钢筋和混凝土之间的主要作用力，用库伦摩擦进行模拟。考虑到混凝土的非均质特性，认为 界面细观单元力学特性服从 Weibull 分布。在此基础上，对光面钢筋的拉拔试验进行了数值 模拟，计算结果和试验结果吻合良好，验证了此方法的合理性。利用此方法对随机生成的 100 组数值试件进行分析，其拉拔强度呈现正态分布，均值为 31.17 kN。为保证设计的安全 裕度，建议选取具有 95%保证率的 29.92 kN 作为此工况的拉拔强度。 关键词：水工建筑物；钢筋混凝土结构；钢筋拉拔试验；细观数值模拟 中图分类号：TV31; TV41 Mesoscale numerical analysis of smooth rebar pullout test LI Jianbo, FU Bing (Institute of Earthquake Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024) Abstract: Rebar pullout experiment is one of the common and direct procedures to study the rebar-concrete interface mechanical properties. A mesoscopic damage FE model is applied in this paper to simulate the smooth rebar debonding procedure in the pullout test. The constitutive model of interface elements, in damage-friction type, is derived from the mechanical behavior of the steel-concrete interface. Weibull distributed parameters are also used in the analysis to describe the inhomogeneity of the interface, such as strength, elastic modulus. Finally, compared with the experimental results, the mesoscopic numerical model is verified. Key words: Hydraulic structure; Reinforced concrete structure; Rebar pullout test; Mesoscopic numerical analysis 30 0 引言 钢筋混凝土结构由于其具有承载能力强、延性好等良好的工程和力学性能已被广泛地应 用于高坝、核电站、桥梁、海洋平台、隧道等大型工程结构。钢筋与混凝土之间因具有足够 的粘结强度，使得钢筋和混凝土二者之间应力可以传递，而能够共同工作。在工程应用以及 35 试验中，钢筋和混凝土的粘结经常发生破坏，致使结构丧失全部或部分功能，从某种意义上 讲，钢筋和混凝土界面是钢筋混凝土结构中的薄弱环节，其粘结强度及本构关系对钢筋混凝 土结构的工作性能具有非常重要的影响。因此，钢筋-混凝土界面力学性能的研究是钢筋混 凝土结构设计和安全性评价的基础性工作[1-3] 。 拉拔试验 (Pullout Test) 研究是钢筋-混凝土界面力学性能的有效手段 [3-5] 。试验研究 40 是对计算模型的重要检验，也为界面力学参数选取提供了重要依据。Nilson [3] 在试验的基础 上，给出了粘结-滑移经验曲线，为结构设计、计算模型参数选择提供较好的参考。另外， 极端环境作用下的拉拔试验也是研究热点，如锈蚀钢筋-混凝土界面的静动力学性能就受到 了广泛的关注[6-8] 。这些试验成果加深了人们对钢筋-混凝土界面粘结机理的认识，为结构 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(200801411099) 作者简介：李建波(1977-), 男, 副教授, 主