钢筋与混凝土动态粘结性能研究

The bond properties of steel and concrete under seismic loading are different from static loading, and the properties of reinforced concrete structure will also be influenced. By theoretical analysis, experimental research, and numerical simulation,the dynamic bond-slip properties of steel bar in concrete are investigated. Firstly, the effects of loading rate on the bond-slip properties of steel bar in concrete are experimental studied, the interaction between steel bar and concrete is investigated and the dynamic bond-slip constitutive model is developed. Then, the dynamic bond-slip element of reinforced concrete member is presented and is added into the finite element program Feappv. Last, considering the strain rate effects of steel and concrete and the dynamic properties of bond-slip between steel and concrete, the dynamic experiments of reinforced concrete member are numerical simulated using finite element analysis method, and the theoretical analysis methods are also investigated. This study can provide scientific basis for design and analysis of reinforced concrete structure under seismic loading.

地震动力荷载作用下，钢筋与混凝土之间的粘结性能不同于静力加载，进而影响钢筋混凝土结构的性能。本项目拟采用理论分析、试验研究和数值模拟的方法，研究加载速率对钢筋混凝土动态粘结滑移性能的影响。首先试验研究加载速率对钢筋混凝土粘结滑移性能的影响，探究内在作用的机理，并提出钢筋混凝土动态粘结滑移本构模型；然后，构建钢筋混凝土动态粘结滑移单元，编制相应的单元子程序，并加入到已有的有限元程序中；最后建立考虑钢筋和混凝土材料应变率效应以及钢筋混凝土动态粘结滑移性能的钢筋混凝土构件的有限元模型，对钢筋混凝土构件动态加载的试验结果进行数值模拟和对比分析，并探究其理论分析方法，为钢筋混凝土结构在地震作用下的设计及分析提供科学支持和依据。

地震动力荷载作用下，钢筋与混凝土之间的粘结性能不同于静力加载，进而影响钢筋混凝土结构的性能。本项目采用理论分析、试验研究和数值模拟的方法，研究加载速率对钢筋混凝土粘结滑移性能的影响。主要内容有：（1）试验研究加载速率对钢筋与混凝土的粘结滑移特性的影响。结果表明，随着加载速率的提高，钢筋与混凝土的粘结强度提高，提高的大小与钢筋的类型和直径、粘结长度、混凝土强度、加载方式有关。根据试验结果，提出钢筋与混凝土的动态粘结滑移本构关系。（2）在Abaqus的spring2单元的基础上，提出单弹簧连接单元，该单元可以考虑快速加载时钢筋与混凝土的粘结滑移特性，且将该单元应用于有限元数值分析方便有效。（3）试验研究了加载速率对钢筋混凝土梁力学和变形性能的影响。结果表明，随着加载速率的提高，钢筋混凝土梁的承载能力提高，提高的大小与梁材料的强度和剪跨比有关；具有相同强度和相同剪跨比的梁的延性降低；梁的刚度下降变快；等效粘滞阻尼比增大。加载速率不改变梁的破坏模式，但是改变了裂缝的分布。（4）基于Abaqus有限元软件，采用单弹簧连接单元作为粘结单元，考虑钢筋混凝土粘结性能的率相关性，对钢筋混凝土梁的动态粘结滑移性能进行了有限元数值分析。通过计算对比得出以下结论：加载速率提高，混凝土的应变率提高,钢筋混凝土间的最大粘结力提高，钢筋末端最大滑移量增大.结果表明,建立的有限元模型可以模拟钢筋混凝土间的动态粘结性能。本项目的研究结果对提高钢筋混凝土结构在地震作用下动态反应的分析精度有一定的参考作用。