(2005-陆新征)FRP_混凝土界面粘结滑移本构模型
文章编号:1000-6869(2005)04-0010-09
FRP 混凝土界面粘结滑移本构模型
陆新征1
,叶列平1
,滕锦光2
,庄江波
1
(1.清华大学土木工程系,北京100084; 2.香港理工大学土木与结构系,香港)
摘要:FRP 混凝土界面的粘结滑移关系是FRP 加固混凝土结构受力分析的基础。由于FRP 混凝土界面受力情况的特殊
性,通常很难通过试验直接获得粘结滑移关系,因而现有的粘结滑移本构模型或多或少存在一些问题。本文根据作者提出的细观单元有限元研究的结果,建议了一组新的界面本构模型以及界面剥离强度计算公式。根据本构模型简化程度不同,分别命名为:精确模型、简化模型和双线性模型。其中精确模型可以考虑不同界面胶层刚度的影响,简化模型和双线性模型则适用于一般界面粘结胶层。通过与大量界面试验结果的对比表明,本文建议的模型可以准确预测界面的剥离强度和剥离过程,且精度优于现有各模型。
关键词:纤维增强复合材料(FRP);界面粘结性能;粘结滑移;剥离强度中图分类号:TU375 02 文献标识码:A
Bond slip model for FRP to concrete interface
L U Xinzheng 1,YE Lieping 1,TE NG Jinguang 2,Z HUANG Jiangbo 1
(1.Department of Civil Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China; 2.Department of Civil and
Structural Engineering,The Hong Kong Polytechnic University,Hong Kong,China)Abstract:The local fiber reinforced polymer (FRP) to concrete bond slip model is the fundamental relationship to analyse the behavior of FRP strengthened RC structures.Due to the peculiarity of the load bearing mechanism of FRP to concrete interface,it is hard to acquire their bond slip relationship directly from test,so the existing bond slip constitutive models have more or less unsolved problems.In this paper,a group of new models and the formulas for calculating the debonding strength of interface are presented based on the predictions of a meso scale finite element model.These models are named as Precise Model,Simplified Model and Bilinear Model respectively according to different levels of sophistication.Among them,the Precise Model can consider different stiffnesses of adhesive layer,while Simplified Model and Bilinear Model are suitable for nor mal adhesive layer.Through comparisons with the large test database,the suggested bond slip models are sho wn to provide more accurate predictions of both the debonding strength and the strain distribution in the FRP sheet than the e xisting models.Keywords:fiber reinforced polymer;interfacial bond property;bond slip model;debonding strength
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50238030)及国家自然科学基金对外交流与合作项目(50411130323)。
作者简介:陆新征(1978- ),男,安徽芜湖人,讲师。收稿日期:2004年7月
1 引言
外贴FRP(Fiber reinforced polymer 纤维增强复合材料)加固混凝土结构近年来发展非常迅速[1]。FRP 与
混凝土之间的粘结是保证这两种材料共同工作的关
键。实际上,很多FRP 加固混凝土结构都是因为界面剥离而破坏的。因此,为建立相应的设计计算方法,安
全可靠地应用这项加固技术,有必要对FRP 与混凝土的界面行为进行深入研究,并提出准确可靠的界面粘结滑移本构模型。
面内剪切试验(图1)是研究FRP 与混凝土界面粘结性能的基本试验。尽管不同研究者使用的面内剪切的试验方法各有不同[2],但通过研究发现,不同试验方法对最终结果的影响并不大,因为各种试验方法的受
10
第26卷第4期建 筑 结 构 学 报Vol.26,No.42005年8月
Journal of Building Structures
Aug 2005
图1 面内剪切试验
Fi g 1 Direct pull test
力机理是基本相同的[3]。由面内剪切试验很难直接测定界面的局部粘结滑移关系,现有的粘结滑移模型一般通过以下两种方法间接获得[4~11]:
(1)在FRP上连续布置应变片,量测FRP的轴向应变分布 f,而后通过以下差分方程得到相应的局部粘结应力
=E f t f d f
d x
(1)
式中,E f为FRP的弹性模量,单位:MPa;t f为FRP的厚度,单位:m m。
局部滑移则通过对FRP应变从自由端按下式积分得到
s= f d x(2) 该方法虽然看似非常简单,但是往往因实际试验量测存在很多困难而难以获得准确的结果。首先,由于实际应变测点不可能布置得非常密,因而由差分d f/d x得到的界面粘结应力的误差也就相对较大;其次,由于界面下混凝土中裂缝和材料组分的随机分布,对测得的FRP应变有很大影响,如当应变片正好位于界面裂缝上方时,则所测得的应变将远大于临近位置的FRP应变,而当应变片正好位于骨料上方,则此处的应变又将远小于临近位置的应变。因此,很多研究者发现,即便试件设计完全一样,由式(1)和式(2)得到的局部粘结滑移关系也会有很大差异[7,10]。
(2)通过FRP端部荷载 滑移关系曲线推算界面粘结滑移关系[10]。但是,进一步的研究表明,FRP端部荷载 滑移曲线对粘结 滑移关系并不是非常敏感,不同的局部粘结滑移关系可以得到相似的荷载 滑移曲线[9,10]。
因此,目前如何直接从试验获得FRP 混凝土的界面粘结滑移关系还没有得到很好的解决。
本文根据作者提出的细观单元有限元模型,对界面粘结 滑移本构关系模型进行了研究,并提出了有关建议,较好地解决了这一问题。
2 FRP 混凝土界面剥离行为
在对现有界面粘结模型进行回顾以前,有必要先简单说明一下界面剥离行为。现有的试验研究表明:除非在胶层非常弱的情况下,一般FRP与混凝土界面的剥离破坏都发生在界面以下的表层混凝土中。即在表层混凝土中出现一条与界面平行的,自加载端向自由端发展的微观剥离裂缝,但这种剥离裂缝在试验中无法观测到。当混凝土块体比FRP宽时,被剥离下来的表层混凝土区域也一般要比FRP宽一些,如图1中虚线所示。另外,在一些试验研究中,靠近加载端有一段FRP没有和混凝土粘在一起(图1所示非锚固段)[12],而另一些试验研究没有设置这个非锚固段[3,7]。试验观察发现,如果没有这个非锚固段,则试件端部的混凝土经常会被拉下来一个三角形块体,因而会对加载端附近局部的界面粘结行为产生影响。不过,由于面内剪切试验的粘结长度一般都比较长,所以这种局部行为对整体的影响不是很大。根据现阶段的研究[2,10,11],一般认为界面粘结行为主要受到以下5个因素的影响:(1)混凝土强度;(2)粘结长度;(3)FRP 片材刚度;(4)FRP与混凝土宽度比;(5)胶层的强度和刚度。其中,混凝土强度对界面的破坏能G f有重要影响,因而也是影响界面粘结强度的主要因素。另外,试验和理论研究均表明,存在一个有效粘结长度L e,当粘结长度L大于L e时,剥离承载力将不再增加[1]。而FRP的刚度则将影响有效粘结长度L e。宽度比的影响机理目前还不是很清楚,本文认为它主要是影响界面的破坏能G f。
3 现有界面模型
界面模型包括粘结强度模型和粘结滑移模型。其中,粘结强度模型只能给出一个极限剥离承载力,而无法解释剥离过程。粘结滑移模型则可以给出整个剥离过程以及FRP应变分布规律。如前所述,试验量测剥离强度相对简单,而了解局部粘结滑移关系则相当困
11
难,因而粘结滑移模型的研究相对要少得多。根据现有文献,共收集到12个粘结强度模型和5个界面粘结滑移模型。粘结强度模型包括C HE N&TENG模型[2], MAEDA模型[4],TANAKA模型[18],HIROYUKI&W U模型[19],GE MERT模型[20,21],NE UB AUE R&ROSTASY模型[22],KHALI FA模型[23],C HAALLAL模型[24],IZUMO 模型[25],SATO模型[25],ISO模型[25],杨勇新模型[26];界面粘结滑移模型包括NAKABA模型[7],MONTI模型[28],DAI&UEDA模型[9],UEDA模型[10]和NE UBAUER&ROSTASY模型[29]。由于剥离强度量测容易,试验数据多,自1996年以来,粘结强度模型不断得到改进,近期的几个模型(杨勇新模型,C HEN& TE NG模型等)已经与试验结果吻合得较好。而界面粘结滑移关系的试验量测非常困难,相关的理论研究也很不够,因而现有的粘结滑移模型虽然能够在一定程度上反映界面剥离行为的主要特征,但与试验结果之间的差距还是比较大。
本文从文献中共收集到253个面内剪切试验结果[3,7,8,12~17,27],作为各种界面模型的试验依据。
4 建议的粘结滑移模型
由于通过试验直接获得FRP 混凝土界面行为有很大困难,因此本文作者在文献[30]中提出了一个基于细观单元的有限元模型。该方法是通过将混凝土单元划分成非常小的网格(0 25m m或0 5mm),并根据单元尺寸调整混凝土开裂后的受拉和受剪行为,模拟FRP 混凝土的界面剥离破坏过程并阐述其剥离破坏的机理,进而从有限元分析结果得到FRP应变分布及界面滑移情况,并通过式(1)和式(2)得到局部粘结滑移关系。
由于从细观单元有限元模型中得到的FRP应变分布密度要比试验量测密度高得多(有限元划分单元大小为0 25~0 5mm,而试验应变测点间距一般为5~ 10mm),这样式(1)差分的误差也会减小很多。同时,由于有限元模型中混凝土被视作均质材料,相当于对混凝土做了均匀化处理,这样就避免了界面下局部材料随机性分布带来的影响,使结果更加稳定。事实上,文献[30]所采用的方法是一种精细的数值试验,不仅可较好地研究和理解界面粘结行为,且其结果经试验标定后,所获得的界面粘结滑移模型也更具有合理性。4 1 精确模型
由细观有限元模型得到的典型界面粘结滑移关系如图2所示,该曲线有以下特点
:
图2 细观有限元模型得到的粘结 滑移曲线
Fig 2 Bond slip relationships from meso scale finite
element simulations
(1)粘结滑移曲线由上升段和下降段所组成,当滑移很大时粘结应力趋向于零。
(2)初始刚度远大于达到粘结强度 max(单位: MPa)时的割线刚度。这是因为在初始阶段界面为弹性变形刚度,而随着滑移量的增大,界面混凝土中出现了大量的微小裂缝,使界面刚度迅速下降。
(3)粘结强度 ma x和相应的滑移s0(即粘结滑移曲线的顶点坐标)(单位:mm)随混凝土抗拉强度f t(单位:MPa)的增加基本呈线性增长,而界面破坏能G f则基本随f t呈线性增长,如图3所示。
基于上述结论,本文建议以下分段式的界面粘结滑移关系
= max s
s0A
+B2-B s s0(3a) = max exp[- (s/s0-1)] s>s0(3b)式中,A,B为系数,A=(s0-s e)/s0,B=s e/[2(s0-s e)]。
根据有限元分析结果回归得到 ma x、s0和f t之间的关系如下
max= 1 w f t(3c)
s0= 2 w f t+s e(3d)式中,s e= max/K0为界面滑移量s0中的弹性部分(单位:mm); w为FRP 混凝土宽度影响系数。粘结滑移关系的初始刚度K0等于胶层剪切刚度和表层混凝土的剪切刚度的串连刚度,可表示为
K0=K a K c/(K a+K c)(3e)
12
(a)粘结强度 m
ax
(b)相应粘结强度时的滑移s
(c)界面断裂能G f
图3 界面粘结滑移参数与混凝土抗拉强度的关系
Fig 3 Relationships between key bond slip parameters
and concrete tensile strength
式中,K a 为胶层剪切刚度,K a =G a /t a ,G a 和t a 分别为参与受剪的胶层弹性剪切模量(MPa)及厚度(mm);K c 为参与剪切变形的表层混凝土的剪切刚度,K c =G c /t c ,G c 为混凝土的弹性剪切模量(MPa),t c 为界面下参与剪切变形的表层混凝土的有效厚度(mm),根据细观有限元分析,本文建议t c 取为5mm [30]。
将式(3a)积分,得到上升段的界面破坏能G a f
=
s
d s = ma x s 0
2A 31+B 2A
A
3/2
-B -
23B 3
A (3f )
而根据细观有限元结果,界面总破坏能G f 可以表示为
G f = 3 2
w f t f (K a )
(3g)
式中,函数f (K a )是考虑胶层刚度对界面剥离破坏能的影响。尽管有研究表明非常软的胶层可以提高界面的破坏能[9,10],但是由于这方面的试验还很不足,且对于普通胶层(K a 2 5GPa/mm),胶层刚度的影响并不显著[30]。故本文建议对于普通胶层取f (K a )=1。
粘结滑移曲线的下降段形状由参数 控制,对式(3b)进行积分,得到下降段的破坏能,它等于总破坏能G f 减去上升段的破坏能G a f ,由此可得 表达式为
= ma x s 0/(G f -G a
f )
(3h)
这里需要说明的是,式(3c,3d,3g)的关系是根据细观单元有限元模型得到的。由于计算规模限制,目前使用的细观单元有限元模型为平面模型,因而宽度影响系数 w 无法直接从有限元分析结果得到,本文采用以下方法,根据试验结果回归统计给出:
(1)取K a =5GPa/mm,根据有限元计算结果回归,取初始值 1=1 5, 2=0 02, 3=0 3;
(2)设 w =1,用步骤(1)中设定的参数取值计算各个试件的剥离承载力;
(3)将计算得到的剥离承载力和试验结果对比,回归出宽度比b f /b c 如图4所示;
(4)根据 w ,调整 1、 2、 3使剥离承载力的计算结果和试验结果吻合得更好;
(5)再次将计算得到的剥离承载力和试验结果对
比,修正 w ;
(6)重复步骤4和5直至 1、 2、 3的变化小于0 1%。
最后得到的三个参数取值为: 1=1 50, 2=0 0195, 3=0 308,宽度影响参数 w 为
w =
2 25-b f /b c
1 25+b f /b c
(3i)
由以上方法最终得到的粘结滑移模型,本文称之为 精确模型 ,其与有限元结果对比如图2所示。可见二者之间很接近。需要说明的是,式(3i)给出的
w 与式(4)C HE N &TE NG
[2]
建议的宽度影响系数很接近,但式(3i )基于更多的试验结果,其精度应该会略高一些(见图4)。
w =
2-b f /b c
1+b f /b c
(4)
4 2 简化模型
精确模型虽然精度较高,但其表达式比较繁琐,参
13
图4 FRP 混凝土宽度比
Fig 4 Evaluation of the FRP to concrete wid th ratio effect
数也较多。对于普通胶层情况,在基本不影响精度的情况下,可以对精确模型加以简化,如式5a~5e所示。
= max s
s0
s s0(5a)
= m ax e- (s s0-1) s>s0(5b)
s0=0 0195 w f t (5c)
=1
G f
max s0-2
3
(5d)
G f=0 308 2w f t (5e)式中,粘结强度 max和宽度影响系数 w按式(3c)和(3i)计算。
以上简化主要基于以下原则:
首先界面的初始刚度远大于峰值粘结应力时的割线刚度(一般初始刚度为峰值割线刚度的20~50倍),因此虽然式(5a)的初始刚度(对式(5a)求导)为无穷大,与实际情况有所不同,但对界面总体粘结性能的分析结果影响很小。再者,对于普通胶层,胶层刚度对界面破坏能的影响很小,因此可以对界面总能量及参数 的表达式加以简化。对于同样的试件,精确模型和简化模型对比如图2所示。可见在普通胶层情况下,两个模型之间几乎没有差别。
4 3 双线性模型
通过保持总破坏能G f和峰值粘结应力点坐标( ma x,s0)不变,可以将上述模型进一步简化为以下双线性模型
= ma x s
s0
s s0(6a) = ma x
s f-s
s f-s0
s0s
f
(6c)其中
s f=2G f/ max(6d)式中, max,s0,G f通过式(3c)、(5c)和(5e)计算得到。该双线性模型的形状如图2所示。
根据YUAN等的研究成果[11],界面剥离承载力可以按下式计算
P u= l b f2E f t f G f(6e)式中, l为锚固长度系数,如果粘结L>L e,则 l=1;如果L L e=a+ 1 2 1ln 1+ 2tan( 2a) 1- 2tan( 2a)(6f)其中 1= max s0E f t f (6g) 2= max (s f-s0)E f t f(6h) a= 1 2arcsin0 99 s f-s0 s f (6i) 在式(6i)中,本文用系数0 99代替了YUAN等建议的系数0 97[11]。其含义为:由双线性模型得到的有效锚固长度理论上是无限长的,因此本文取FRP应变为最大应变99%的点为有效锚固长度,而YUAN等建议取到最大应变97%的点。取为99%还是97%并不重要,调整的目的是使本文模型中计算得到的有效锚固长度和C HE N&TE NG[2]所计算得到的锚固长度更接近一些。另外,C HE N&TE NG[2]建议的锚固长度系数 l的表达式为 l=sin L 2L e L L e(6j)而在文献[22]中给出了另一种 l的表达式 l=L L e 2- L L e L L e(6k) 通过与数值计算结果对比(图5),发现式(6k)的结果要略优于式(6j)的结果。因此,在本文建议的粘结强度模型中,用式(6k)计算 l。 14 图5 粘结长度影响系数 Fig 5 Bond length influencial factor versus bond length 图6 建议粘结 滑移模型和现有模型比较Fig 6 Proposed and existing bond slip models 本文建议的粘结滑移关系和现有的粘结滑移关系对比如图6所示。可见NAKAB A 的模型和本文建议的模型形状最为接近,但是NAKAB A 模型的界面剥离破坏能要比本文建议模型的破坏能大得多。而对于普通刚度胶层,DAI &UEDA 模型和UEDA 模型的粘结强度明显过高。 5 本文建议模型和试验结果比较 5 1 剥离强度 利用本文建议的FRP 混凝土界面粘结滑移关系模型,通过数值计算[31]可以得到剥离承载力及FRP 中的应变分布。数值计算如下: FRP 片材被简化为一串1mm 长的桁架单元,而界面被简化为一系列一端固定,一端连接FRP 节点的弹簧单元。弹簧的本构关系服从界面粘结滑移关系。非线性迭代收敛标准为0 1%。 通过数值计算得到本文建议的界面模型剥离强度与试验结果对比如表1、2所示,可见本文建议的模型和试验结果非常接近,且优于所有现有模型。通过表2和图7还可以看出,精确模型的计算结果与简化模型几乎相同,略优于双线性模型。所以,本文建议的三 种模型都可以用于预测界面剥离承载力而不会有太大差别。从对比中还可以看出,尽管DAI &UE DA 等提出的粘结滑移模型形状和本文模型有着较大差异(图6),但是对承载力的预测还可以接受(平均误差为0 8%,方差0 23),说明单独用承载力评价粘结滑移模型的优劣是不全面的。5 2 FRP 应变分布 本文共收集并比较了12个试件的FRP 应变分布,数值计算结果均与试验结果吻合良好。部分计算结果与试验结果对比如图8所示(试验资料来源:PG1 22[12],S C FS 400 25[8],B2[16]), 可见精确模型和双线性 (a) 双线性模型 (b)精确模型 图7 建议粘结 滑移模型与试验结果比较Fi g 7 Test bond strength versus predictions of proposed bond slip models 15 (a)PG1 22 [12] (b)S CFS 400 25 [8] (c)B2 [16] 图8 建议粘结 滑移模型计算FRP 应变与试验结果比较Fig 8 Axial strains in FRP plate:test results versus predictions of the proposed bond slip models 模型都与试验结果吻合较好。而精确模型在弹性阶段以及最终剥离阶段的结果比双线性模型更好一些。 以试件PG1 22为例,不同粘结滑移模型计算得到的弹性阶段和剥离阶段应变对比如图9所示。在弹性阶段(图9a ,P/P u =0 4),不同模型预测的应变分布相互之间差别不是很明显,除了本文建议的模型外,NAKAB A 和MONTI 的模型预测结果也与试验结果比较接近。而在剥离阶段(图9b ,P /P u =1 0),不同模型之间的预测结果差别就非常明显了。本文模型明显优于其他各模型,而DAI &UEDA 模型虽然对大部分试件的承载力预测正确,但是FRP 应变的预测则与试验差距很远,说明该模型不能真实反映界面的粘结滑移行为。评价粘结 滑移模型的优劣需要同时考察剥离承载力和FRP 应变分布才能给出一个较全面的结论。 表1 253个试验的剥离强度和计算剥离强度的对比 (粘结强度模型) Table 1 Test to predicted bond strength ratios (bond s trength models) 序号模 型计算/试验方差相关系数R 2 1TANAKA 模型4 474 360 4812HIROY UKI &WU 模型 4 292 62-0 02783SA TO 模型1 9541 540 4944CHAALLAL 模型1 6831 260 2405K HA LIFA 模型 0 6800 1990 7946NEUBA UER &RO STASY 模型 1 3160 2210 8487IZUMO 模型1 2660 6410 6568 GEMER T 模型1 2241 0560 3289MAEDA 模型1 0940 2210 77310 ISO 模型 1 0870 3060 83011杨勇新模型0 9960 2620 76612CHEN &TENG 模型1 0010 1630 90313 本文模型(式6e ) 1 001 0 156 0 908 表2 253个试验的剥离强度和计算剥离强度对比 (粘结滑移模型) Table 2 Test to predicted bond strength ratios (bond slip models) 序号模 型 计算/试验方差相关系数R 2 1NEUBA UER &RO STASY 模型 1 3300 2780 8732 NAK ABA 模型1 3260 3060 8463MON TI 模型 1 5750 2590 8884D AI &UED A 模型(K a =5GPa/mm)1 0080 2300 8075UEDA 模型(K a =5GPa/mm) 0 5750 1170 8216本文模型(精确模型)1 0010 1550 9107本文模型(简化模型)1 0010 1550 9108 本文模型(双线性模型) 1 001 0 156 0 908 6 结论 本文基于细观单元有限元模型的分析研究结果, 16 (a)剥离前(PG1 22,P /P u =0 4) (b)剥离发展阶段(PG1 22,P /P u =1 0) 图9 所有粘结 滑移模型与试验FRP 应变比较 Fig 9 Ax ial strain in the FRP plate:test results versus predictions of all bond slip models 提出了一组新的界面模型。通过与253个面内剪切试验强度对比,以及12个面内剪切试件应变对比,可以得到如下结论: (1)典型的粘结滑移曲线由上升段和下降段组成,在滑移非常大时,其粘结应力趋向于零。 (2)一个正确的界面粘结滑移模型必须同时具有合理的曲线形状和准确的界面破坏能。前者可以通过比较FRP 应变加以验证,后者可以通过比较最终剥离承载力加以验证。单独用剥离承载力比较粘结滑移模型优劣是不够全面的。 (3)本文建议的粘结滑移模型无论是计算剥离强度还是计算FRP 的应变分布都与大量试验结果吻合良好,且明显优于其他模型。可以基于本文建议的粘结滑移模型建立FRP 混凝土界面单元本构关系,以进一步分析FRP 加固混凝土构件的剥离行为。 参 考 文 献 [1] TENG J G,C HEN J F,SMITH S T ,LAM L.FRP strengthened RC structures [M].UK:John Wiley &Sons,2002. 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Key words :burr owing int o method;water is olati on tube;ce ment ring;ce menting strength 隔水导管钻入法一般使用海水钻进,钻达设计深度后下入隔水导管并固井,这时隔水导管外面与水泥浆直接接触。为了摸清隔水导管与水泥浆固结作用规律,现场钻井过程中无法开展这些试验,就需要在陆地上开展模拟试验,通过试验研究隔水导管与水泥浆之间的作用规律,建立隔水导管与水泥浆固结力随时间的变化规律,为海上钻入法下隔水导 管施工提供科学依据。 1 试验准备 1.1 模型建立 1961年Bearden 和Lavne 就建立了一套简单的 实验装置[1] ,以确定水泥与管子之间的剪切胶结强度,如图1(a )所示。胶结强度是指水泥浆在环空中 第30卷第2期 石油钻采工艺 Vol .30No .2 2008年4月 O I L DR I L L I N G &PRODUCTI O N TECHNOLOGY Ap r .2008 3基金项目:中国海洋石油总公司科技攻关项目“钻入工况下隔水管下入深度的确定研究” (编号:Z2006S LTJ -0135)部分内容。 作者简介:翟慧颖,1982年生。2005年毕业于中国石油大学(北京)土木工程专业,现在石油与天然气工程学院就读岩土工程硕士,主要 从事海洋石油工程方面的科研工作。 第七章钢筋与混凝土之间的粘结 §7.1 概述 钢筋与混凝土的粘结是钢筋与其周围一定影响范围内混凝土的一 种相互作用，它是这两种材料共同工作的前提之一，也是对钢筋混凝土构件的承载力、刚度以及裂缝控制起重要影响的因素之一。粘结的退化和失效必然导致钢筋混凝土结构力学性能的降低和破坏。随着有限元法在钢筋混凝土结构非线性中的应用，钢筋与混凝土之间粘结和滑移的研究更显重要。 7.1.1 粘结应力及其分类 1．粘结应力的定义 粘结应力是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力。它并非真正的钢筋表面上某点剪应力值,而是一个名义值(对于变形钢筋而言)，是指在某个计算范围(变形钢筋的一个肋的区段)内剪应力的平均值，且对于变形钢筋来说，钢筋的直径本身就是名义值。 2．粘结应力分类 ·弯曲粘结应力 由构件的弯曲引起钢筋与混凝土接触面上的剪应力。可近似地按材料力学方法求得。由于在混凝土开裂前，截面上的应力不会太大，所以一般不会引起粘结破坏，对结构构件的力学性能影响不大。 该粘结主要体现混凝土截面开裂前钢筋与混凝土的协同工作机理。其大小与弯曲粘结应力及截面的剪力分布有关，即对于未开裂截面，弯曲粘结应力的分布规律与剪力分布相同。 ·锚固粘结应力 钢筋的应力差较大，粘结应力值高，分布变化大，如果锚固不足则会发生滑动，导致构件开裂和承载力下降。粘结破坏是一种脆性破坏。 ·裂缝间粘结应力 开裂截面的钢筋应力，通过裂缝两侧的粘结应力部分地向混凝土传递，使未开裂截面的混凝土受拉，也使得混凝土内的钢筋平均应变或 总变形小于钢筋单独受力时的相应变形，有利于减小裂缝宽度和增大构件的刚度，此即“受拉刚化效应”。 裂缝间粘结应力属于局部粘结应力范围。该粘结应力数值的大小反映了受拉区混凝土参与工作的程度。局部粘结应力应变分布复杂，存在着混凝土的局部裂缝和两者之间的相对滑移，平截面假定不再符合，且影响因素较多，如剪切破坏、塑性铰的转动能力以及结构中的弹塑性分析等。 7.1.2 研究现状 由于影响钢筋与混凝土之间粘结作用的因素较多，且差异性较大，较难给出理想的、普遍共同接受的计算理论。目前，还没有比较完整的、有充分论据的粘结滑动理论。各国规范处理方法各不相同，另外一方面，笼统的构造要求大大忽视了对粘结问题的进一步的研究。 7.1.3 研究的重要性 ·工程实践上的重要性——钢筋的锚固、搭接和细部构造； ·理论上的重要性——剪切破坏、裂缝宽度、塑性铰转动能力以及弹塑性分析问题的源头； ·有限元方法在钢筋混凝土结构中应用的要求，需给出粘结应力与相对滑动的数学模式； ·钢筋混凝土结构的动力反应，尤其是在大变形下的粘结性能的研究，在很大程度上取决于构件的连接部位的恢复力特性，粘结退化是使节点区强度丧失和刚度降低的主要原因。 §7.2 粘结性能试验 7.2.1 试验方法 结构中钢筋粘结部位的受力状态复杂，很难准确模拟。根据试验性质以及获取数据的内容，分为静力试验方法和动力试验方法。 钢筋与混凝土的粘结 随着社会的发展，技术的进步，钢筋混凝土材料在住房、建筑、交通、军事、水利等领域被广泛应用，钢筋混凝土结构就是利用了钢筋的高抗拉强度和混凝土的高抗压强度，而钢筋和混凝土之间的足够粘结是保证两者共同受力的前提。目前，两者完美的结合，造就了许多建筑奇迹，满足了结构的高强性、耐久性、抗灾性、抗震性等实用要求，保证了结构的使用寿命和使用安全。同时，也给人们的生产生活带来了翻天覆地的变化，让人们享受到安全舒适的生存环境。由此可见，钢筋和混凝土的粘结非常重要，下面从以下几个方面加以论述。 一、粘结力的作用 粘结力是指粘结剂与被粘结物体界面上分子间的结合力，粘结力使得钢筋和混凝土两种性质不同的材料在一起共同受力、共同工作，并承受构件因受荷在两种材料之间产生的剪应力，两者不至于发生滑移。如果粘结力失效，钢筋混凝土构件就会发生破坏。可见，粘结力的大小，直接影响着构件的稳定性和使用寿命。 二、粘结力的组成及粘结机理 钢筋和混凝土的粘结力由三部分组成： 1、化学胶结力 混凝土在硬化过程中，水泥胶体与钢筋之间产生的吸附 胶着作用，这种吸附作用力来自浇筑时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透，以及水化过程中水泥晶体的生长和硬化，这种作用力一般比较小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。 2、摩阻力 由于混凝土凝固时的收缩，使钢筋周围的混凝土握裹在钢筋上，当钢筋和混凝土之间出现相对滑移的趋势，则此接触面上将产生摩阻力。 对于光圆钢筋表面轻度锈蚀有利于增加摩阻力，但摩阻作用也很有限；对于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合也不大，因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的，为保证光面钢筋的锚固，通常需要在钢筋端部弯钩、弯折或焊短钢筋，以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。 3、机械咬合力 即钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力作用力，对于光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。 三、粘结问题的分类及相应的试验方法 第２６卷第１期２００９年１月 钻井液与完井液 ＤＲＩＬＬＩＮＧＦＬＵＩＤ＆ＣｏＭＰＩ，ＥＴＩ（）ＮＦＩ。ＵＩＤ Ｖ０１．２６Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２００９ 文章编号：１００卜５６２０（２００９）０１—００４２—０２ 泥饼厚度对固井二界面胶结强度的影响 杨宝林顾军郑涛秦文政陈雪峰 （中国地质大学（武汉）资源学院，武汉） 摘要泥饼夹在水泥浆和地层之间，其质量会直接关系到固井二界面的胶结质量。用现场钻井液在自制的仿制井筒上形成不同厚度的泥饼，然后注入水泥浆养护一定时问。通过测出不同样品的二界面抗压强度，计算出二界面胶结强度。实验结果表明，随着泥饼的增厚，二界面胶结强度显著降低，根据拟合趋势线得出二界面胶结强度与泥饼厚度呈指数关系，当泥饼厚度达到５ＩＴＩｒｌｌ时，固井二界面胶结强度将降为零。分析其根本原因在于，泥饼的内部结构并不是均一的，而是连续变化的，越靠近地层，泥饼越致密，泥饼的强度越大。与地层的胶结也越好，但是越靠近水泥浆，泥饼越疏松，孔隙度和渗透率越大，其强度越弱，二界面的胶结强度也就越小。 关键词水泥浆；泥饼；胶结强度；固井质量 中图分类号：ＴＥ２５６．９文献标识码：Ａ 固井后。泥饼夹在水泥浆和地层之间，其质量直接关系到固井－界面的胶结质量ＬｌＪ。周凤【ｆＩ等人对泥饼厚度、强度、弹性和塑性的影响囚素进行了较深入的研究心。４Ｊ，并建立了泥饼结构的物理和数学模型Ｋ，焦棣对低渗地层动态泥饼的形成进行了研究［６］，千西安等人对泥饼流变模捌进行ｒ研究［７］，雷宗明提出了泥饼参数的计算方法［８１等，但是未见泥饼厚度对固井二界而胶结强度的影响的相关报道。探索泥饼厚度对固井二界面的影响将对提高油井产能具有一定的指导意义，也有利了解决中国低渗透油田压裂时的隔层窜流问题。 １室内实验 １．１实验材料 由精砂、Ａ级油井水泥（葛洲坝水泥厂乍产）、自来水做成的仿地井筒；胜利油田钻井完井液；固井液：Ｇ级油井水泥（葛洲坝水泥厂生产）十０．３％分散剂＋１ｏｚｏ降失水剂＋自来水。 １．２实验方法 １．２．１仿地井筒的制备 将相关材料按一定配比混合搅拌均匀后注入仿地井筒制备模具中，在一定的外力作用下压实形成未改性的人造岩心。在实验室存放１ｄ，待其晾十且具有一定的强度和硬度后，摘占模具，用玻璃棒清除井壁岩屑，模拟井壁。 １．２．２不同厚度泥饼的形成 在仿地井筒一侧涂上黄油，再用适当大小的橡胶片将其黏实密封，防止钻井液从橡胶片与岩心的缝隙中漏失，从而更好地形成泥饼。然后再向井筒中灌注钻井液，放置一段时Ｉ．ⅡＪ，让其自然渗透滤失形成较厚的泥饼，待泥饼形成且能稳定同着在井壁以后，取下橡胶片，使用玻璃棒均匀刮抹。刮出０、０．５、１．０、１．５、２．０ｒｕｆｆｌ等不同厚度的泥饼各３个。１．２．３二界面的封固与模拟养护 再次用橡胶片黏实密封岩心的同一侧（一定要密封严实），然后往井筒中注入清水，浸泡２ｍｉｎ，相当于前置液的冲洗作用；再灌注水泥浆，注满，用细铁丝在井筒巾央朝同一个方向小心匀速搅拌一段时间，以清除水泥浆中的气泡，达到更好的固井效果，相当于振动固井，不过只适合在筒中心搅拌，防止破坏已形成的泥饼；最后将岩心样品放入恒温水浴养护箱中养护２周。 １．２．４胶结强度测试 养护结束后，取出岩心样品（见图１），待其冷却 基金项目：国家自然科学基金项目（５０７７４０７１）；国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００７ＡＡ０６２２０５）；湖北省自然科学基金项目（２００７ＡＢＡ０９６）。 第一作者简介：杨宝林，１９８６年生，主要从事固井方面的研究工作。地址：湖北省武汉市中国地质大学资源学院石油与天然气工程系０５级１班；邮政编码４３００７４；Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｂａｏｌｉｎ．１２３＠１６３．ｔｏｍ。 万方数据 钢筋与混凝土粘结——滑移关系 混凝土与钢筋间粘结滑移性能向来作为钢筋混凝土结构的重要使用参考依据 ,它是钢筋与混凝土共同协调工作的基础和前提,正因为他们之间的界面存在相互的粘结力 ,促使两种材料能够实现应力的传递 ,从而实现承受外部荷载的作用,这足以显示它对钢筋混凝土结构的重要性。目前关于普通混凝土与钢筋间的粘结滑移性能进行了大量的研究,并已出台了相应的国家规范标准,而再生混凝土作为一种新型的绿色环保材料 ,其应用于实际工程前,还有许多性能有待研究解决,再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能就是其中亟待解决的问题之一。且再生混凝土区别于普通骨料混凝土之处在于其骨料采用废弃混凝土破碎产生,再生骨料与水泥砂浆的界面情况远远复杂于普通骨料 ,然而粘结滑移性能恰恰是钢筋与再生混凝土两种材料界面之间的相作用,由于骨料界面的差异导致它们之间粘结界面的差异是必然的,这就更增加了对两种材料间粘结滑移性能研究的必要。钢筋与混凝土间粘结锚固性能是混凝土结构工作的前提和基础 ,目前关于再生骨料混凝土与钢筋间的粘结性能,国内外仅仅进行了一些简单的拉拔试验研究。在对再生骨料混凝土与钢筋之间的粘结强度进行了试验研究,得出的结论认为与普通混凝土的差异不大；通过试验发现再生骨料混凝土与纵向钢筋的粘结强度远大于与横向钢筋的粘结强度与其他试验结论较为接近,认为再生骨料混凝土与钢筋间的粘结强度较普通混凝土稍低。 考虑不同再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、强度、保护层厚度等因素对再生混凝土一钢筋间的粘结滑移进行试验,发现随着再生粗骨料取代率的增加,粘结性能有所提高,且在60%达到最大；相反,随着再生细骨料取代率的增加,粘结性能有所降低。但以上试验研究均统一采用基于平均粘结应力假设的简单拉拔试验进行试探性研究,即假设认为钢筋在再生混凝土中锚固段内的粘结应力处处相等 ,显然这并不完全符合实际钢筋受力状况。通过钢筋内贴片试验方法,完成了18个锈前钢筋—再生混凝土试块的拉拔试验,分别研究了再生骨料取代率、钢筋种类、混凝土抗压强度对其粘结滑移性能的影响,同时对钢筋在再生混凝土中长锚和短锚两种情况下其粘结应力分布的差异进行了研究分析,最后通过量测的钢筋应力理论推导钢筋在再生混凝土中的粘结位置函数,从而确定其粘结一滑移本构关系。并得出以下结论: 混凝土界面剂施工工艺 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】 混凝土界面剂 一、简介： 混凝土界面粘结剂主要用于处理混凝土、加气混凝土、灰砂砖及粉煤砖等表面，解决由于这些表面吸水特性或光滑引起界面不易粘结，抹灰层空鼓、开裂、剥落等问题。可以增强新旧混凝土这间以及混凝土与抹灰砂浆的粘结力。可以到代传统混凝土表面的凿毛工序，改善加气混凝土表面抹灰工艺，从而提高工程质量，加快施工进度，降低劳动强度，是现代不可缺少的配套材料。 二、产品性能： 三、使用方法： 1、清理基层：用钢丝刷清除混凝土表面涂灰、疏松与油污等，再用软刷清扫干净， 2、准备界面粘结料： a、将一份普通硅酸盐水泥（425*或525*）与一份建筑中砂（体积比）混合。 b、将上述干混料加入界面粘结剂液体中搅拌均匀。界面粘结剂：干混料=1：2（重量比）。搅匀成浆料状备用。 3、施工： a、用刷子或扫帚蘸取界面粘结料，均匀涂刷于混凝土表面，也可用砂浆喷枪喷涂，以覆盖基层为准。 b、待涂层初步干燥（不蘸手、不影响抹灰）即可进行下一工序作业。 c、施工形成1-4mm凹凸状砂浆涂层，不得有脱落和空鼓。操作环境温度应在5摄氏度以上。 d、夏天施工，可先在表面喷洒一遍清水，再刷粘结剂。 e、搅拌料浆时不得随意加水稀释。 混凝土界面剂 爱迪牌AD-1002混凝土界面剂是由自交联高分子聚合物乳液辅以适量助剂精制而成。拌入水泥、砂后所形成的聚合物砂浆既具有聚合物粘结力强、抗拉、抗弯强度高、抗渗性、抗冻融性及抗腐蚀性好等性能，又具有水泥能在潮湿环境中硬化和收缩小等特点。涂抹于混凝土表面后能形成与混凝土有较大粘附力并具有一定韧性的高强硬化体。采用本产品，可使混凝土与粉刷层结合牢固，抗热震性能和耐久性大为提高，粉刷前不需浇水，减轻施工难度，提高工程质量。 用途 1、新旧混凝土连接：用于施工缝、梁柱加固、旧基础改造等新旧混凝土连接、压剪强度提高3倍； 2、光滑基层抹灰：取代光滑混凝土表面的碱洗除油、人工凿毛等工序、可提高粘接力10倍以上，并可在旧面砖上粘贴新面砖； 3、混凝土修补及表面保护：可用于混凝土和钢筋的表面保护，防止劣化和腐蚀； 4、油污、起砂基层处理：有起砂或少量油污的基层可直接进行涂敷、抹灰处理。 产品特点 1、本品物理力学性能好，与多种材料粘结力强； 2、与粉状界面剂相比，施工时操作简便，便于控制和检验施工质量； 3、抗渗性能优良； 4、抗冻融性能优良； 1、menu>preferences>选structural 2、定义单元类型。Menu>preprocessor>element type>add/edit/delete,1号单元定义 SOLID65，为混凝土模型，2号单元为PILE20，为钢筋模型，3号单元为PLANE42。 3、定义实常数，Menu>preprocessor>real constants> add/edit/delete,选PIPE20， OK，输入OD=18，WTHK=8.99定义受拉钢筋定义，单击OK。再定义受压钢筋和箍筋实常数OD=8，WTHK=3.99。再选SOLID65单元，单击OK，不填入数值，单击OK。 4、定义材料属性。 Menu>preprocessor>material props>material models 在对话框中选MATERIAL，并两次单击NEW MODEL1，增加两个材料模型，选material models number1,Material models available >structural >linear>elastic>isotropic,设置弹性模量2.4e4,泊松比0.2，OK。material models available>structural>nonlinear>inelastic>non-metal plasticity>concrete,,前四个位置输入0.4,1.0,3，-1数值，OK。 选material models number2, 执行Material models available >structural >linear>elastic>isotropic，设置弹性模量2e5, 泊松比0.3， 执行material models available>structural>nonlinear>inelastic>rate independent>kinematic hardening plasticity>bilinear,在yield stss中输入350，OK。选material models number3, Material models available >structural >linear>elastic>isotropic，设置弹性模量2e5, 泊松比0.,25，执行material models available>structural>nonlinear>inelastic>rate independent>kinematic hardening plasticity>bilinear, 在yield stss中输入200，OK。退出材料属性定义框。 5、建立半个模型的所有节点 执行Main menu>preprocessor>modeling>create>nodes>in actives cs,建节点1（0,0,0），节点9（150,0,0） 执行Main menu>preprocessor>modeling>create>nodes>fill between nds,选择1和9号节点，在弹出对话框中单击OK。 执行Main menu>preprocessor>modeling>copy>nodes>copy 选择所有节点，单击OK，在copy nodes框中，itime=11,dy=30,inc=9,OK. 执行Main menu>preprocessor>modeling>copy>nodes>copy ，选所有节点，单击OK，itime=19,dz=-75,inc=1000,OK,得到半个模型节点。6、创建受压钢筋和箍筋单元， type,2 real,2 mat,3 建立水平箍筋模型 *do,ii.11.16,1 e ,ii,ii+1 *enddo *do,ii,83,88.1 e , ii,ii+1 *enddo 钢筋和混凝土的力学性能 问答题参考答案 1．软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么值作为依据？ 答：有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。 有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增 f作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度 y f，一般用作钢筋的实际破坏强度。 钢筋极限强度 u 图2-1 软钢应力应变曲线 硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前，应力应变按直线变化，钢筋具有明显的弹性性质，超过比例极限点以后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变均持续增长，应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b 点后，同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段，至钢筋被拉断。 设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋，则为0.9倍。为了简化运算，《混凝土结构设计规范》统一取σ0.2=0.85σb，其中σb为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。 图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线 2． 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？ 答：目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。 HPB235（Q235，符号Φ，Ⅰ级）、热轧带肋钢筋HRB335（20MnSi ，符号，Ⅱ级）、热轧带肋钢筋HRB400（20MnSiV 、20MnSiNb 、20MnTi ，符号，Ⅲ级）、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi ，符号，Ⅲ级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。 3． 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？ 答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。 冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。 冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。 4． 什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？ 答：均匀伸长率δgt 为非颈缩断口区域标距的残余应变与恢复的弹性应变组成。 s b gt E l l l 000'σδ+-= 0l ——不包含颈缩区拉伸前的测量标距；'l ——拉伸断裂后不包含颈缩区的测量标距；0b σ——实测钢筋拉断强度；s E ——钢筋弹性模量。 均匀伸长率δgt 比延伸率更真实反映了钢筋在拉断前的平均（非局部区域）伸长率，客观反映钢筋的变形能力，是比较科学的指标。 5． 什么是钢筋的包兴格效应？ 答：钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。1887年德国人包兴格对钢材进行拉压试验时发现的，所以将这种当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象，称为包兴格效应。 6． 在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？ 答：钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 7． 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。 答：（1）对钢筋强度方面的要求 普通钢筋是钢筋混凝土结构中和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，主要是 !建模 finish$/clear$/prep7 ET,1,SOLID65 ET,2,LINK8 k,,60,210,0 k,,-60,210,0 k,,-60,-210,0 k,,-20,-210,0 k,,20,-210,0 k,,60,-210,0 k,,60,210,50 k,,-60,210,50 k,,-60,-210,50 k,,-20,-210,50 k,,20,-210,50 k,,60,-210,50 *do,j,0,58,1 *do,i,7+j*6,12+j*6,1 kgen,2,i,,,,,100,,, *enddo *enddo k,,60,210,6000 k,,-60,210,6000 k,,-60,-210,6000 k,,-20,-210,6000 k,,20,-210,6000 k,,60,-210,6000 *do,i,1,367,6 l,i,i+1 l,i+1,i+2 l,i+2,i+3 l,i+3,i+4 l,i+4,i+5 l,i+5,i *enddo *do,i,1,6,1 *do,j,i,i+360,6 l,j,j+6 *enddo *enddo !附加点 k,,100,250,0 k,,-100,250,0 k,,-100,-250,0 k,,100,-250,0 k,,60,250,0 k,,-60,250,0 k,,-60,-250,0 k,,60,-250,0 k,,100,250,6000 k,,-100,250,6000 k,,-100,-250,6000 k,,100,-250,6000 k,,60,250,6000 k,,-60,250,6000 k,,-60,-250,6000 k,,60,-250,6000 !粘体 v,1,2,3,6,367,368,369,372 v,373,377,380,376,381,385,388,384 v,378,374,375,379,386,382,383,387 v,377,378,2,1,385,386,368,367 v,6,3,379,380,372,369,387,388 vglue,all NUMMRG,KP, , , ,LOW !参数 R,1,1256, R,2,113.04,0, MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,1.8145e10 MPDATA,PRXY,1,,0.2 TB,kinh,1,1,13,0 TBTEMP,0 TBPT,,0.0002 , 3629000 TBPT,,0.0004 , 6876000 TBPT,,0.0006, 9741000 TBPT,,0.0008, 12224000 TBPT,,0.001, 14325000 TBPT,,0.0012, 16044000 TBPT,,0.0014, 17831000 TBPT,,0.0016, 18336000 TBPT,,0.0018, 18909000 TBPT,,0.002, 19100000 TBPT,,0.0024, 19063032 PQ-Fiber 概述 PQ-Fiber是清华大学土木工程系结构工程研究所基于大型通用有限元程序ABAQUS开发的一组材料单轴滞回本构模型的集合。主要用于在钢筋混凝土结构、钢结构等的弹塑性时程分析中定义杆系结构的材料本构，同时可用于任何只需要定义材料单轴滞回本构模型的情况。 作者以FORTRAN编译文件.obj的形式在网上免费发布PQ-Fiber的最新版本，以供广大科研与工程设计人员使用，发布的版本没有功能限制。请使用者尊重知识产权。 版本信息：v1.3 （下载-单击右键“另存为”） 包含的材料模型（详细介绍见第三节）： UConcrete01，UConcrete02，USteel01，USteel02，USteel03 使用过程中如有问题，请与作者联系： 潘鹏（Email: panpeng@https://www.wendangku.net/doc/ad4791987.html,） 曲哲（Email: qz@https://www.wendangku.net/doc/ad4791987.html,） 通信地址：北京清华大学土木工程系，100084 相关下载： 在ABAQUS中使用 1. 在ABAQUS中使用本模型 （1）定义材料 在Properties模块中定义User Material，如图1所示。材料名的前几个字母必须与第三节中定义的某一个材料名相一致。需要分别选择General选项卡中的User Material和Depvar两个选项。 在User Material选项中定义该材料所需要的所有材料属性，如图2所示。在Depvar选项中定义该材料所需的状态变量的个数，如图3所示。 也可以在.inp文件中直接添加用户自定义材料，下面给出了一个例子。 *Material, name=UConcrete01 *Depvar 5, *User Material, constants=4 30., 0.002, 10., 0.005 材料名，短横线之前的字母必须与第三节中的定义相一致。 状态变量选项 用户自定义材料选项 火灾后钢筋混凝土节点钢筋粘结滑移模拟 钢筋混凝土节点在受到火灾作用后，钢筋与混凝土之间的粘结力出现了大幅度的下降，这就导致了两者之间较大的粘结滑移现象。在进行钢筋混凝土节点抗震性能研究的时候，其滞回曲线出现了大的滑移现象，这与两者之间粘结力下降导致的滑移量增大有着直接的关系。在ABAQUS中利用非线性弹簧单元来模拟两者间的粘结滑移是比较合适的，下面介绍弹簧单元及在本次模拟中的应用。 第一部分：弹簧单元 弹簧单元时一种连接单元，在ABAQUS中它具有以下的性质： 1.能够将力和相对位移联系起来 2.在ABAQUS/CAE中能够将相对转角和弯矩联系起来 3.可以是线性的也可以是非线性的 4.如果是线性弹簧，可以基于频率直接进行稳态动力分析 5.也可以基于温度和其他场变量的求解 6.可以通过虚拟的弹簧刚度来模拟理想状态下的结构阻尼因子 弹簧单元始终利用力和位移来描述。当弹簧与某一自由度上的位移相关时，相对位移和力这些变量就在弹簧单元中表现。如果弹簧单元与某一自由度上的转角相关，它就是扭转弹簧，相对转角通过弹簧转化成弯矩。 粘滞性弹簧的行为在ABAQUS/CAE中可以通过频变弹簧和频变阻尼的组合成功模拟。 典型应用 弹簧单元被用来模拟实际的物理弹簧和理想化的轴向扭转组件。还可以模拟阻止刚体运动的反力。它们还可以通过假设的弹簧刚度指定结构阻尼系数来模拟结构的阻尼。 选择适当的单元类型 Spring1，Spring2单元可以应用在隐式分析中，Spring1用在定义点和区域之间，Spring2用在定义点和点之间，这两种单元作用的都是以特定的方向。 SpringA可以应用在显示分析也可以应用在显式分析中，通过连接两个节点的作用线产生作用，因此在大的位移相应分析中这个作用线可能会产生旋转。 Spring1，Spring2弹簧单元都能够定义位移和旋转的自由度（后种情况被称为扭转弹簧）。然而，在大位移响应分析时应用扭转弹簧需要仔细考虑在节点上整体的转动情况。因此，在大位移响应分析时，连接单元应用的比扭转单元更加广泛。 Input 文件使用方法 使用下面的方式定义点和区域间的作用方向不变的弹簧 *Element,type=Spring1 使用下面的方式定义点和点的作用方向不变的弹簧 *Element,type=Spring2 使用下面的方式定义点和点的作用方向由两点间的作用线定义的弹簧 *Element,type=SpringA ABAQUS/CAE使用方法 在Property和Interaction模块中：点击SpecialSprings/DashpotsCreate，然后选择下列方式定义不同的弹簧单元： ）Connect Points to Ground:选择点，然后定义弹簧刚度（等同于Spring1，然后定义弹簧刚度（等 混凝土界面剂 一、简介： 混凝土界面粘结剂主要用于处理混凝土、加气混凝土、灰砂砖及粉煤砖等表面，解决由于这些表面吸水特性或光滑引起界面不易粘结，抹灰层空鼓、开裂、剥落等问题。可以增强新旧混凝土这间以及混凝土与抹灰砂浆的粘结力。可以到代传统混凝土表面的凿毛工序，改善加气混凝土表面抹灰工艺，从而提高工程质量，加快施工进度，降低劳动强度，是现代不可缺少的配套材料。 二、产品性能: 三、使用方法： 1、清理基层：用钢丝刷清除混凝土表面涂灰、疏松与油污等，再用软刷清扫干净， 2、准备界面粘结料： a、将一份普通硅酸盐水泥（425*或525* ）与一份建筑中砂（体积比）混合。 b、将上述干混料加入界面粘结剂液体中搅拌均匀。界面粘结剂：干混料=1 : 2 （重量比）。搅匀成浆料状备用。 3、施工： a、用刷子或扫帚蘸取界面粘结料，均匀涂刷于混凝土表面，也可用砂浆喷枪喷 涂，以覆盖基层为准。 b 、待涂层初步干燥（不蘸手、不影响抹灰）即可进行下一工序作业。 c、施工形成1-4mm凹凸状砂浆涂层，不得有脱落和空鼓。操作环境温度应在5摄氏度以上。 d、夏天施工，可先在表面喷洒一遍清水, 再刷粘结剂。 e、搅拌料浆时不得随意加水稀释。 混凝土界面剂 爱迪牌AD-1002 混凝土界面剂是由自交联高分子聚合物乳液辅以适量助剂精制而成。拌入水泥、砂后所形成的聚合物砂浆既具有聚合物粘结力强、抗拉、抗弯强度高、抗渗性、抗冻融性及抗腐蚀性好等性能，又具有水泥能在潮湿环境中硬化和收缩小等特点。涂抹于混凝土表面后能形成与混凝土有较大粘附力并具有一定韧性的高强硬化体。采用本产品，可使混凝土与粉刷层结合牢固，抗热震性能和耐久性大为提高，粉刷前不需浇水，减轻施工难度，提高工程质量。用途1、新旧混凝土连接：用于施工缝、梁柱加固、旧基础改造等新旧混凝土连接、压剪强度提高3 倍； 2、光滑基层抹灰：取代光滑混凝土表面的碱洗除油、人工凿毛等工序、可提高粘接力10 倍以上，并可在旧面砖上粘贴新面砖； 3、混凝土修补及表面保护：可用于混凝土和钢筋的表面保护，防止劣化和腐蚀； 4 、油污、起砂基层处理：有起砂或少量油污的基层可直接进行涂敷、抹灰处理。 产品特点 1、本品物理力学性能好，与多种材料粘结力强； 2 、与粉状界面剂相比，施工时操作简便，便于控制和检验施工质量；3、抗渗性能优良； 4、抗冻融性能优良； 5、耐酸、碱和盐的腐蚀性能好； 6、可在潮湿环境下施工与硬化； 基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能 的研究[整理] 基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究 摘要:考虑到钢筋与混凝土界面受力的复杂性，基于用来模拟三种裂缝和失效的零厚度界面单元，采用分离式模型，引入内聚力黏结模型，并以文献中的拉拔试验结果为参照，利用abaqus中cohesive element单元建立起钢筋拉拔试验的计算模型。通过与文献中试验结果的比较，结果符合较好，验证了该计算模型的合理性。关键词:钢筋混凝土粘结;拉拔试验;黏结单元;数值模拟 0.引言 混凝土结构中，钢筋与混凝土这两种材料之所以能够共同作用、承担外荷载，其中一个很重要的原因是混凝土硬化后与钢筋之间形成了良好的粘结。尽管对粘结试验的研究已有一百多年的历史，国内外的学者发表了为数众多的试验和理论资料，但是由于影响粘结的因素很多破坏的机理复杂，以及试验技术方面的原因等，目前粘结问题还没有得到很好的解决。关于粘结的机理还不能提出一套比较完整的、有充分论据的粘结滑移理论。由于试验中存在诸多不确定性，数值模拟在钢筋混凝土粘结性能分析中也逐渐重视起来，自上世纪六十年代美国学者把有限元引入钢筋混凝土结构的分析以来，有限元已经成为对混凝土问题进行研究的一种典型的数值模拟方法，目前有限元模拟主要有以下三种分析模型:l)分离式模型;2)组合式模型;3)整体式模型。 由于整体式模型不能反映钢筋混凝土这种非均质材料的微观受力机理，而组合式模型假定钢筋与混凝土粘结可靠而不产生相对位移，这又与实际的微观机理不符，因此对粘结性能的研究只能采用分离式模型。 在土木工程结构中，最为常用的一种结构形式就是钢筋混凝土结构，在各类房屋、水坝、桥梁、道路中都有广泛应用。ANSYS软件提供了专门的钢筋混凝土单元和材料模型。本算例将介绍ANSYS软件分析混凝土一些基本应用。 (1) 首先建立有限元模型，这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid 65，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加Solid 65号混凝土单元。 (2) 点击Element types窗口中的Options，设定Stress relax after cracking 为Include，即考虑混凝土开裂后的应力软化行为，这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。 (3) 下面我们要通过实参数来设置Solid 65单元中的配筋情况。进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Real Constants->Add/Edit/Delete，添加实参数类型1 与Solid 65单元相关，输入钢筋的材料属性为2号材料，但不输入钢筋面积，即这类实参数是素混凝土的配筋情况。 (4) 再添加第二个实参数，输入X方向配筋为0.05，即X方向的体积配筋率为5%。 (5) 下面输入混凝土的材料属性。混凝土的材料属性比较复杂，其力学属性部分一般由以下3部分组成：基本属性，包括弹性模量和泊松比；本构关系，定义等效应力应变行为；破坏准则，定义开裂强度和压碎强度。下面分别介绍如下。(6) 首先进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Material Props-> Material Models，在Define Material Model Behavior 窗口中选择Structural-> Linear -> Elastic-> Isotropic，输入弹性模量和泊松比分别为30e9和0.2 (7) 下面输入混凝土的等效应力应变关系，这里我们选择von Mises屈服面，该屈服面对于二维受力的混凝土而言精度还是可以接受的。在Define Material Model Behavior 窗口中选择Structural-> Nonlinear-> Inelastic-> Rate Independent-> Isotropic Hardening Plasticity-> Mises Plasticity-> Multilinear，输入混凝土的等效应力应变曲线如下图所示。 (8) 最后输入混凝土的破坏准则，在Define Material Model Behavior 窗口中选择Structural-> Nonlinear-> Inelastic-> Non-metal Plasticity-> Concrete，设定混凝土的裂缝张开剪力传递系数为0.5，裂缝闭合剪力传递系数为0.9，混凝土的单轴抗拉强度为3e6，单轴抗压强度为30e6，开裂软化参数为1，其他空着使用默认值。其参数具体意义参见《混凝土结构有限元分析》一书。 (9) 接着还要定义钢筋材料性质。在Define Material Model Behavior窗口菜单中选择Material-> New，加入新的材料。添加以下属性： Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定材料的弹性模量为2×109， 泊松比为0.27。。进入Structural-> Nonlinear->Inelastic-> Rate Independent->Isotropic Hardening Plasticity->Mises第三节钢筋和混凝土粘结强度对比试验.
隔水导管与土壤胶结强度试验分析研究
钢筋与混凝土之间的粘结
钢筋与混凝土的粘结
泥饼厚度对固井二界面胶结强度的影响
钢筋与混凝土粘结——滑移关系
混凝土界面剂施工工艺
钢筋混凝土梁步骤
钢筋和混凝土的力学性能
钢筋混凝土建模参考
混凝土模型
火灾后钢筋混凝土节点钢筋粘结滑移模拟
混凝土界面剂施工工艺标准
基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究[整理]
钢筋混凝土建模步骤