钢筋混凝土界面脱粘的有限元计算

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008钢筋混凝土界面脱粘的有限元计算陈艳华，冯蕾蕾，代兆立2，陈鸿雁(1．河北理工大学建筑工程学院，河北唐山063009；2．中国石油冀东油田公司，河北唐山063200；3．中石油辽河油田勘探开发研究院，辽宁盘锦124010)摘要：在不同加载方式下，通过ADINA中Parasolid和Native组合建模方法，建立了钢筋混凝土界面脱粘研究的三维有限元模型。通过模型参数选择，实现了对锚固深度、保护层厚度等因素的综合考虑。依据计算结果，探讨了锚固深度

2、、保护层厚度、加载方式、钢筋和混凝土摩擦等对钢筋混凝土界面脱粘的影响。并通过进一步分析，提出了混凝土保护层厚度与钢筋直径比、钢筋锚固长度与直径比等的最优值，并针对荷载作用方式和加载频率，提出了工程防护建议。关键词：钢筋混凝土；脱粘；循环荷载；界面；ADINA中图分类号：TU375文献标示码：文章编号：1672—7037(2008)03—0053—04等幅和变幅循环荷载是实际工程中的重要采用剪切筒模型，将钢筋与混凝土简化为与荷载作用形式。然而循环荷载作用下的钢筋混凝钢筋混凝土棱柱体尺寸相当的简体。混凝土体采土构件，因其受力方式不同于一般的静载及单调用ADINA的Parasolid建模方式，并通

3、过ADINA-M荷载作用，界面粘结强度及延性受到影响，改变下的布尔操作，得到图1所示三维几何模型。对模了整体结构的稳定性。所以对整个循环加载过程型中混凝土的底部实行全约束，钢筋自由。施加中界面特性进行研究显得极为重要。良好的界面如图2所示的循环荷载方式。粘结力是钢筋和混凝土这两种物理一力学性能完全不同的材料能够正常工作的必备条件。在外加荷载作用下，钢筋与混凝土之间可能发生相对滑移及界面脱粘现象J。有关钢筋和混凝土粘结性能的研究有很多，如从试验研究入手，建立钢筋与混凝土粘结的经验型或半理论型本构关系式【2胡】，直接影响着钢筋与混凝土粘结耐久性的研。目前，随着计算机技术的进步及其在工程领域的广泛

4、应用，钢筋混凝土界面粘结的有限元分析方法得到了迅速发展。图1钢筋混凝土构件几何模型21本文通过ADINA中Parasolid和Native组合l7建模方法，建立了钢筋混凝土界面脱粘研究的三4维有限元模型，并对循环加载方式下的界面脱粘R10进行计算和分析。萼731三维有限元模型建立1．1几何模型及荷载作用方式(a)方案1收稿日期：2008—05—18作者简介：陈艳华(1972一)，女，山东掖县人，副教授，博士，研究方向为材料损伤及结构安全，cyh427@163．com。基金项目：国家自然科学基金(50678059)：河北省教育厅科研计划(2005211o·54·华中科技大学学报(城市科学版)2

5、着循环次数的增多，锚固长度最小的钢筋滑移突≈1然增大，发生破坏，其他锚固长度的钢筋滑移曲山1线有逐渐接近的趋势，这说明适当的增加锚固长-R1芝度可以延缓钢筋的脱粘。锚固长度在300～600innl之间较为合理。—600nlnl—．卜-500nl／l(b)方案2g400lil／／l姜—300inin图2加载方案—一200inln漤簟。。√曩1．2定义单元延钢筋和混凝土都采用8节点的三维实体单元。分别为1混凝土材料和2双线形弹性材料。人1．3接触摩擦设定距加载端距离／mm(1)设定总体接触摩擦控制参数，将摩擦迭图4不同锚固长度对滑移的影响代次数设为5。表1列出了有限元计算钢筋脱粘情况，对于(2)

6、定义三维接触组。接触类型为3一D，初锚固长度较大的构件，钢筋还未拔出就已经超出步选定摩擦系数为0．2，可以依据情况改变该值，混凝土的破坏曲线，此时混凝土可能发生断裂或来模拟不同种类钢筋与混凝土之间的相互作用力。者劈裂破坏。由此可以得出，不能无限制的提高(3)定义接触面。本模型设有四个接触面。锚固深度，应该将其定义在一个合适的范围内。(4)定义接触对。也可在此定义摩擦系数，锚固长度选择400500iTlrn比较合理。并且可以覆盖定义接触组时所设系数。综上所述，锚固长度选择400600rntn，即锚固长度与钢筋直径之比为20—30较为理想。2模型计算与结果分析表1有限元计算界面脱粘2．1模型的破

7、坏情况通过模型的模拟运算，得到钢筋、混凝土的最终变形如图3(其中显示变形放大了10倍)。从图中可以看出试件首先在加载端混凝土处出现裂纹，并且不断发展，最后混凝土发生断裂而破坏。2．2．2保护层厚度的影响从图5可以看出加载初始，模型都有50mm左右的脱粘，加载35s时保护层厚度最小的模犁已经完全脱粘。加载至134个循环时混凝：t：亢径为2001TI1TI的模型钢筋脱粘。保护层对钏筋粘结应力的增长有一定的作用，可