基于损伤理论的荷载与环境耦合作用下钢筋混凝土粘结损伤模型.pdf

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1、基于损伤理论的荷载与环境耦合作用下钢筋混凝土粘结损伤模型1.2211.21.2■徐立锋徐亦冬邹毅松吴凡燕春阳[摘要]钢筋混凝土构件中钢筋与混凝土的粘结作用是其续，并且这种不均质不连续将随材料的变形过程不混凝土的粘结应力比τ大，对应的滑移值也会比s能正常工作的重要条件。由于荷载与环境耦合锈蚀的作用，断演化。大，假设滑移值为s。则损伤演变方程为：造成钢筋混凝土构件中的材料不断破坏损伤，从而使得钢根据研究对象的特点，采用宏观方法对荷载与s－sD＝（7）筋混凝土之间的粘结性能不停地改变。本文基于损伤力学环境耦合作用下钢筋混凝土粘结损伤进行研究，其s的基本理论，定义了钢筋混凝土粘结滑移的损伤变量，

2、求主要研究过程包括以下四个阶段：选择合适的粘结上式中，当s＝s时，D的值为0，钢筋混凝出了粘结滑移的损伤演变方程，建立了荷载与环境耦合作损伤变量，描述试块的粘结损伤状态；建立粘结损土试块没有损伤；当s远大于s时，D的值趋向于1，用下钢筋混凝土拉拔试验的损伤模型。伤演变方程，描述粘结损伤的发展；建立考虑粘结钢筋混凝土试块几乎完全损伤；当D大于0且小于损伤的钢筋混凝土粘结滑移本构关系；根据初始条1时，钢筋混凝土试块存在不同程度的损伤。[关键词]损伤荷载粘结模型件和边界条件解出材料各点的应力、应变和损伤度。（2）钢筋微段横截面积作为损伤变量二、建立粘结损伤变量模仿有关学者对受拉直杆的损伤状态进

3、行分析一、概述1.有效应力时的方法，用钢筋微段的侧面积Adx定义损伤变量。钢筋与混凝土之间的粘结力主要是由化学胶着KACHANOV提出材料损伤的原因是材料缺陷导当试块没有损伤时，钢筋微段承受粘结应力的侧面力、摩擦力和机械咬合力三者共同组成。钢筋与混致有效承载面积的减少，假设材料完全无损伤时的积为Adx，当试块存在损伤时，钢筋微段承受粘结应凝土能够共同工作的基本前提，是钢筋与混凝土之横截面积为A，损伤后的有效承载面积减小为A，力的实际侧面积为Adx。则损伤演变方程为：间有稳定良好的粘结作用。钢筋混凝土构件浇筑完引入连续度标量ψ公式：A－A成后，钢筋氧化层受到水泥胶体的渗透作用。水泥dxdx

4、AD＝水化过程中，晶体的生长及硬化会产生化学胶着力，ψ=（1）Adx（8）A其值约为0.4～0.8MPa。光圆钢筋与混凝土之间的上式中，当Adx＝Adx时，D的值为0，钢筋混还有学者引入了连续度ψ的相补参量——损伤粘结强度主要取决于两者之间的化学胶着力与摩擦凝土试块没有损伤；当Adx＝0时，D的值为1，试变量D：力。当混凝土内部孔隙溶液的pH值下降到某个临界块完全损伤；当D大于0且小于1时，钢筋混凝土点或溶液氯离子的浓度达到某范围内，钢筋进入脱A－AD=＝－1ψ（2）试块存在不同程度的损伤。钝状态，钢筋的表面生成一层疏松的锈蚀产物，导A（3）粘结性能参数作为损伤变量致钢筋体积比未锈蚀前要

5、大得多。钢筋外围混凝土D是标量，在无损伤状态下，D的值为0。当D假设钢筋与混凝土粘结处存在一个粘结层，粘由于锈蚀产物体积的增大会产生环向拉应力，因此的值为1时，材料就达到了理论上的极限损伤状态，结层具有特定的材料属性，将K作为钢筋混凝土粘钢筋与混凝土的粘结力会暂时增大。随着钢筋锈蚀即完全损伤状态。结性能参数，试块没有损伤时为K，试块有损伤时的发展，钢筋与混凝土之间生成更为疏松的锈蚀层，定义σ=/FA为试块单轴拉伸时横截面上的名为K。则损伤演变方程为：化学胶着力的破坏使得钢筋混凝土之间的摩擦系数义应力，σ＝F/A为试块有效截面上的应力，可得：K－K减小，粘结性能大幅下降。当锈蚀产物对周围混

6、凝F＝σ.A＝σ.A（3）D＝（9）K土的锈胀力达到混凝土的极限抗拉强度时，钢筋混凝土结构就会出现裂缝。混凝土的保护层开裂产生可得到单轴拉伸时的有效应力为：上式中，当K＝K时，D的值为0，钢筋混凝土顺钢筋方向的锈胀裂缝，钢筋周围的混凝土对其约σ试块没有损伤；当K＝0时，D的值为1，试块完σ＝束力逐渐降低，钢筋与混凝土之间粘结作用就会大ψ（4）全损伤；当D大于0且小于1时，钢筋混凝土试块大减小。钢筋锈蚀对钢筋混凝土之间粘结性能的影存在不同程度的损伤。有学者提出通过应变等价原理来间接地测量材响如图1所示。上面定义的三种损伤变量各位优缺点，式（7）料的损伤状态。具体含义是，假设应力作用在损伤和

7、（8）的变量虽然直观易懂，但是钢筋微段的长度材料上引起的应变与有效应力作用在无损材料上引和侧面积目前还无法测量，（9）的变量——粘结性起的应变等价。根据应变等价假设，可以进行推导：能参数K可根据拉拔试验得到的钢筋混凝土粘结滑σσσ移曲线进行定义。所以，本文将使用粘结性能参数ε＝＝＝（5）EE(1－DE)K建立钢筋混凝土的粘结损伤模型。上式中σ为实际应力，E为损伤材料的弹性三、粘结损伤模型研究模量即有效弹性模量，σ为有效应力，E为无损