钢筋拉拔试验细观数值模拟研究

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1、钢筋拉拔试验细观数值模拟研究李建波I，付兵2(1.大连理工大学水利工程学院，大连116024；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-混凝土界而粘结特性的最直接手段之一。木文从钢筋-混凝土界面的细观粘结机理出发，认为界而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，用库伦療擦进行模拟。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

2、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。利用此方法对随机牛成的100组数值试件进行分析，其拉拔强度呈现正态分布，均值为31.17kN。为保证设计的安全裕度，建议选取具有95%保证率的29.92kN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;TV41MesoscalenumericalanalysisofsmoothrebarpullouttestLIJianbo,FUBing(Institut

3、eofEarthquakeEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024)Abstract:Rebarpulloutexperimentisoneofthecommonanddirectprocedurestostudytherebar-concreteinterfacemechanicalproperties・AmesoscopicdamageFEmodelisappliedinthispapertosimulatethesmoothrebard

4、ebondingprocedureinthepullouttest.Theconstitutivemodelofinterfaceelements,indamage-frictiontype,isderivedfromthemechanicalbehaviorofthesteel-concreteinterface・Weibulldistributedparametersarealsousedintheanalysistodescribetheinhomogeneityoftheinterface,such

5、asstrength,elasticmodulus・Finally,comparedwiththeexperimentalresults,themesoscopicnumericalmodelisverified・Keywords:Hydraulicstructure;Reinforcedconcretestructure;Rebarpullouttest;Mesoscopicnumericalanalysis0引言钢筋混凝土结构山于其具冇承载能力强、延性好等良好的工程和力学性能己被广泛地应用于高坝、核电站

6、、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冇足够的粘结强度，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。在工程应用以及试验中，钢筋和混凝土的粘结经常发牛破坏，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屮的薄弱环节，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卜3］O拉拔试验(PulloutTest)研究是钢筋-混凝土界面力学性能的有效手段卩-5］。

7、试验研究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“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凶。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，为结构基金项冃：高等学校博士学科点专项科研基金资助项冃(200801411099)作者简介：李建波(1977-),男，副教授，主要研究方向是建筑结构抗E-mail:lijianbo9

8、9@163.com设计及安全性评价提供了第一手资料。然而，试验研究成果受试验条件的影响较大，得岀来的结果离散性较大。作为试验的补充，拉拔试验的数值模拟能够避开试验机特性对于试验结果的影响，弥补试验研究成果的不足［9,刖o在拉拔试验数值模拟屮，界面的本构关系对界面剪应力的分布有重要的影响。对于界面的力学性能的模拟，大多数学者或釆用基于强度理论的方法或釆用断裂力学方法。强度理论模型认为［11-15］—旦界面的剪应力达