钢筋混凝土构件的钢筋粘结滑移及性能影响数值模拟与分析

摘要

钢筋混凝土结构是目前国内外应用最为广泛的结构形式，主要由钢筋与混凝土两种材料复合而成。为了研究这二种材料之间的相互作用机理，本文以其基本构件为主要研究对象，分析钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系以及其对于构件整体性能与局部响应的影响。本文主要开展以下几方面的研究内容：　　(1)建立分离式有限元数值模型分析粘结滑移作用对拉拔构件与受弯构件受力性能的影响。基于OpenSees软件采用三维分离式建模方法对拉拔试件进行分析，研究不同加载时步钢筋与混凝土之间的粘结状态，分析网格尺寸对于计算结果的影响；基于此，针对受弯构件建立三维分离式有限元数值模型，研究其在单向加载下粘结滑移的本构关系以及粘结滑移对梁体承载力等性能的影响，分析钢筋与混凝土之间的滑移沿着梁长的分布，探究易于发生滑移的位置，比较包括钢筋锈蚀在内的不同参数对于粘结滑移曲线的影响；通过梁构件数值模型分析可知，即使在滑移量较小的情况下，粘结滑移对钢筋混凝土构件承载能力仍有一定影响。　　(2)建立多种柱构件有限元数值模型，分别采用三维分离式数值模拟方法、考虑钢筋应变渗透效应的纤维数值模拟方法及二维平面应力数值模拟方法进行分析，比较几种建模方法的优点和缺点；对于柱构件进行往复循环加载，探究粘结滑移在往复作用下的本构关系，考虑钢筋锈蚀作用，分别折减钢筋面积、钢筋屈服强度、钢筋与混凝土间的粘结应力建立柱构件不同分析工况的数值模型，以研究钢筋与混凝土之间粘结滑移关系的变化；研究表明在低锈蚀率下对于柱构件的承载能力起决定性作用的是钢筋截面积和屈服强度的折减，而在高锈蚀率下粘结滑移关系成为决定柱构件承载能力的重要影响因素，即随着锈蚀率的逐渐增加粘结滑移的影响越来越大。　　(3)分析钢筋应变渗透效应对剪力墙构件性能的影响。在前文分析的基础上采用二维交叉杆模型和一维纤维模型结合的方法分析剪力墙构件，其中剪力墙两侧暗柱采用纤维模型建模，在柱脚约束处建立零长度单元考虑应变渗透效应；分析表明考虑钢筋应变渗透效应后剪力墙滞回曲线模拟结果的初始刚度、捏拢效应以及反向加载的承载力与试验结果更加接近；当剪力墙暗柱纵筋发生锈蚀时，剪力墙的承载力随着锈蚀率的增加呈比例衰减。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外的研究进展及应用前景

1.3本文研究的内容及意义

2粘结滑移分离式有限元数值模型及其参数分析

2.1粘结滑移分离式有限元模型

2.2分离式数值模型的材料本构模型

2.3混凝土截断DP模型及其参数化分析

2.4本章小结

3拉拔试件和受弯构件粘结滑移及其影响的有限元数值模拟与分析

3.1拉拔试件有限元数值模拟与分析

3.2考虑粘结滑移的受弯构件有限元数值模拟与分析

3.3本章小结

4柱构件粘结滑移与静力往复分析

4.1往复荷载作用下粘结滑移的本构关系

4.2柱构件试验模型的数值模拟与分析

4.3本章小结

5剪力墙钢筋应变渗透效应及其影响的数值模拟与静力往复分析

5.1剪力墙构件数值模拟与分析

5.2钢筋锈蚀对剪力墙应变渗透效应的影响

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢