單調(diào)荷載的銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)滑移研究現(xiàn)狀

劉 灃 霄

(河北省工程咨詢研究院，河北 石家莊 050051)

1 黏結(jié)滑移性能研究方法現(xiàn)狀

目前學(xué)者們主要采用試驗(yàn)的方法對鋼筋混凝土的黏結(jié)滑移性能開展研究。根據(jù)不同的試驗(yàn)需求、不同的影響因素，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的試驗(yàn)試件和試驗(yàn)方案。同時(shí)，也有不少學(xué)者應(yīng)用有限元等方法進(jìn)行理論研究，或者采用理論分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，分析得到相應(yīng)數(shù)學(xué)模型和預(yù)測公式，也都取得了許多進(jìn)展。但研究成果各異，沒有相對一致的觀點(diǎn)。說明目前對黏結(jié)滑移的研究尚不成熟，既有的成果和理論還需要進(jìn)一步完善。

2 銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外研究人員已圍繞變形鋼筋與混凝土之間黏結(jié)強(qiáng)度問題進(jìn)行了大量研究。研究鋼筋銹蝕對黏結(jié)強(qiáng)度的影響主要有縱筋的銹蝕，箍筋的銹蝕，表面裂縫寬度。其中，圍繞一、三兩方面，已取得了許多成果和結(jié)論。然而對箍筋腐蝕方面的研究很少。本節(jié)主要對既有的各種研究方法、試驗(yàn)方法、銹蝕類型進(jìn)行歸納和對比(見表1～表3)，總結(jié)了銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度研究現(xiàn)狀。

表1 不同研究方法的對比

表2 試件銹蝕類型的對比

表3 不同試驗(yàn)方法的對比

3 銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系研究現(xiàn)狀

3.1 黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系研究的發(fā)展

相關(guān)專家學(xué)者在二十世紀(jì)五六十年代，甚至更早的時(shí)間，便開始了鋼筋混凝土黏結(jié)滑移問題的研究。如Mains R M在1951年提到在鋼筋內(nèi)開槽的方法粘貼應(yīng)變片，進(jìn)而測量鋼筋的應(yīng)力[11]；60年代Lutz L A, Gergely P等指出黏結(jié)力有三種分量，對黏結(jié)滑移機(jī)理有了初步認(rèn)知[12]；60年代～70年代，Nilson通過對鋼筋混凝土的有限元分析及黏結(jié)試件的拉拔試驗(yàn)，得到了非線性黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型和局部黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型[13]。隨著理論研究的推進(jìn)及實(shí)驗(yàn)儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，很大程度上解決了早期試驗(yàn)研究時(shí)技術(shù)手段的限制。如90年代，徐有鄰[14]在大量拉拔試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，深入研究了變形鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)滑移關(guān)系，提出了黏結(jié)應(yīng)力—滑移的五段式本構(gòu)關(guān)系模型，并受到廣泛認(rèn)可。

3.2 不同黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系結(jié)論對比

與普通鋼筋相比，銹蝕鋼筋混凝土的黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系能更好地反映構(gòu)件的實(shí)際情況，也是評價(jià)構(gòu)件安全性和耐久性的依據(jù)。因此，在研究中應(yīng)該考慮鋼筋的銹蝕。袁迎曙對銹蝕鋼筋混凝土的黏結(jié)性能進(jìn)行了研究。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕試件的黏結(jié)滑移機(jī)理與非銹蝕試件類似，隨著鋼筋銹蝕率的增加，黏結(jié)剪切剛度呈現(xiàn)逐漸退化的趨勢。在分析試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了五段式的黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型，即微滑移、滑移、劈裂、下降和殘余五個(gè)階段，并給出了五個(gè)相應(yīng)的特征值[15]。

張偉平等[16]通過半梁式黏結(jié)試驗(yàn)得到了銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)應(yīng)力—滑移曲線，也將其劃分為相同的五個(gè)階段，不同的是沒有考慮銹蝕率，而是將銹脹裂縫寬度作為控制變量，并建立了銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)應(yīng)力—滑移本構(gòu)關(guān)系模型。

Kivell[17]進(jìn)行了單調(diào)及往復(fù)荷載下的中心拔出試驗(yàn)，試驗(yàn)考慮了箍筋的約束作用，通過分析所得的黏結(jié)滑移曲線，建立了考慮外部約束的銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)應(yīng)力—滑移本構(gòu)模型。

表4 不同本構(gòu)模型結(jié)論對比

同時(shí)，本節(jié)對比了不同研究中鋼筋銹蝕對黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的影響(如表4所示)，發(fā)現(xiàn)所得結(jié)論不盡相同，許多研究成果存在沖突。說明既有的本構(gòu)關(guān)系模型并不統(tǒng)一，還需要做進(jìn)一步的完善。

4 結(jié)語

本文綜述了銹蝕鋼筋黏結(jié)滑移性能的研究現(xiàn)狀。對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行了總結(jié)和分析。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究闡明了銹蝕鋼筋混凝土劣化機(jī)理，構(gòu)建了黏結(jié)強(qiáng)度和黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)許多研究成果不成熟，不完善。例如，多項(xiàng)研究得出的結(jié)論并不一致，甚至相互矛盾；現(xiàn)有的試驗(yàn)都是基于縮尺小構(gòu)件，研究結(jié)果對足尺大構(gòu)件的適用性還不明確。這些問題還要做進(jìn)一步研究。