变形钢筋与混凝土粘结性能数值模拟与计算

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钢筋与混凝土的粘结性能是钢筋混凝土结构的重要组成部分,结构的开裂、裂缝宽度、挠度、强度以及延性等都直接或间接与其粘结性能有关。本文通过比选出一种合适的粘结-滑移本构关系,该本构关系为一连续可导函数,函数考虑了混凝土强度、保护层厚度、钢筋直径等参数的影响,并使用已有试验数据进行校核,验证该本构关系的正确性。再利用该本构关系和锚固钢筋埋置于混凝土中的基本受力方程和边界条件进行数值递推-迭代方法求解出钢筋沿锚固长度方向上逐点应力、滑移、粘结应力的响应,便能得到钢筋加载端的应力和滑移以及钢筋的应力和滑移分布情况,从而得到构件的整体力-滑移响应。并对计算结果进行了实验的对比和分析,对比结果显示与试验结果吻合良好。为了得到变形钢筋受力时混凝土的应力状态和构件的破坏形态以及避开粘结-滑移本构关系的影响,本文还使用实体有限元软件,通过等效相对肋面积的方法建立了变形钢筋的三维精细有限元模型,使用梯形横截面的环状肋代替变形钢筋复杂几何形状的月牙肋,与通常使用的二维梁单元模型模拟钢筋不同的是,该精细模型将钢筋横肋对混凝土的挤压效应体现了出来,且在钢筋与混凝土的界面上仅定义法向硬接触与摩擦接触,分别用于描述构件实际受力时的摩擦力和机械咬合力。在钢筋拉拔试验中,钢筋横肋对于混凝土的挤压作用得以体现,能够更加有效的模拟变形钢筋与混凝土之间的粘结滑移作用,使得模拟结果具有更高的参考价值。对拉拔过程中试件滑移劈裂现象的机理进行进一步的分析,并通过对比两种计算方法的钢筋应力分布以及粘结应力分布对加载端混凝土发生破坏时钢筋应力向内渗透的现象进行了解释。最后根据本文所采用的两种数值计算方法进行粘结性能试验的数值模拟工作,并将模拟结果与已有试验结果进行对比分析,用于验证模拟方法与模型的有效性和准确性,并总结分析加载方式对于钢筋混凝土拉拔试件破坏形态的影响,还利用一维的数值模拟方法计算了不同构件参数条件下锚固长度的结果,与我国规范以及其他国家规范计算锚固长度进行了对比和分析。
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