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重复荷载作用下钢筋混凝土局部粘结应力滑移的现实模型 吴炳焕，M.ASCE1；和Se Hoon Kim2
摘要：钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度受反复疲劳载荷的影响。粘结应力-滑动关系对于实际估算这些裂缝宽度是必要的。因 此，本研究的目的是为重复载荷下的粘结应力-滑动关系提出一个现实的模型。为此，进行了一系列测试，以探讨重复载荷下
的粘结滑移行为。在测试中考虑了具有不同载荷循环次数的三种不同的粘结应力水平。目前的测试表明，如果不发生粘结破坏， 反复加载不会对粘结强度和峰值粘结应力下的滑动产生太大影响。但是，负荷滑移和残余滑移的值随负荷循环的增加而增加。 反复加载后的结合应力接近单调加载下的极限结合应力，随着重复加载次数的增加，重复加载后的结合应力的增加变得更加明 显。反复加载后的粘结应力-滑动关系是残余滑动，粘结应力水平和载荷循环次数的函数。滑移和残余滑移的模型也从当前的 测试数据中得出。基于安全疲劳准则，即极限粘结应力下的最大滑动准则，得出了粘结滑动失效的循环次数。
DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2007)133:2(216)
CE数据库主题词：粘合强度；重复加载；疲劳;混凝土，加固。
介绍
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钢筋和混凝土之间的粘结控制着混凝土和钢筋的复合性能。通常采用局部粘结应力-滑动关系来确定钢筋与混凝土之间界面的机械性能。这些界面粘结特性直接影响钢筋混凝土构件的开裂行为，包括裂缝宽度和裂缝间距。RC弯曲构件的裂缝宽度可以使用局部粘结应力- 滑动关系解析得出
（Balaacute;zs1993）。
桥梁结构中的钢筋混凝土梁通常承受反复荷载（Bresler 和 Bertero 1968 ； Rehm 和 Eligehausen 1979 ； Eligehausen等人1983；Balaacute;ss1991）。即使载荷的大小恒定， 在这种重复载荷下，裂纹宽度也会增加。因此，单调静态载 荷的裂纹宽度公式不能直接应用于反复载荷下的梁。分析钢 筋混凝土受弯构件的裂缝宽度还需要适当的粘结应力-滑动关系。因此，有必要建立一个现实的结合应力-滑移模型，
1首尔国民大学土木工程系教授，首尔市冠岳区新林洞San 56-1 电子邮件：bhohcon @ snu.ac.kr
2首尔市土木工程系研究员
首尔市冠岳区新林洞San 56-1大学电子邮件：hoonyda1@snu.ac.kr 注意。副编辑：Enrico Spacone。讨论开放至2007年7月1日。必
须为单独的论文提交单独的讨论。要将截止日期延长一个月，必须 向ASCE管理编辑提出书面要求。该论文的手稿已于2004年2月11日提 交审查并可能出版。该论文于2006年5月10日获得批准。133，第2号， 2007年2月1日。copy;ASCE， ISSN 0733-9445 / 2007 / 2-216–224 /
$ 25.00。
考虑到反复加载的影响。据报导了一些研究来确定钢筋和混凝土在反复荷载下的粘结性能（ Morita 和Kaku 1973; Edwards和Yannopoulus 1978;Balaacute;zs等1994; Yankelevsky等1992; Giuriani 1981; Vos 和Reinhardt 1982; Jimenez 等等人，1979； Kemp和Wilhelm，1979； FIB 2000）。但是， 大多数研究集中在粘结强度，滑移，SN关系以及重复载荷下 破坏循环的变化上。重复载荷下局部粘结应力-滑动关系的 通用模型尚未发布。
因此，本研究的目的是针对重复载荷下的局部粘结应力- 滑动关系提出一个现实的模型。首先进行重复加载后的拉拔 试验，然后推导重复加载下的局部粘结应力-滑动关系模型， 包括滑动和残余滑动模型。
实验程序
测试大纲
在本研究中，进行了多次加载后的一系列粘结试验。当前粘 结测试的目的是观察相对粘结应力水平以及施加的载荷循环 次数的变化对钢筋混凝土构件粘结应力-滑移行为的影响。主要的测试变量包括重复应力水平与粘结强度的比率以及施 加的载荷循环数。表1总结了当前粘结滑移测试中的测试变量。在测试中考虑了三种不同的相对粘结应力水平，分别为0.45、0.6和0.75。拔出测试之前施加的负载循环数分别为0、
10、100、1000、10,000和100,000。
表1.主要测试变量
|
重复键 |
循环 |
加载次数 |
||||
|
压力水平 |
0 |
10 |
100 |
1,000 |
10,000 |
100,000 |
|
0.45 |
S100N0 |
S45N10 |
S45N100 |
S45N1000 |
S45N10000 |
S45N100000 |
|
0.60 |
S100N0 |
S60N10 |
S60N100 |
S60N1000 |
S60N10000 |
S60N100000 |
|
0.75 |
S100N0 |
S75N10 |
S75N100 |
S75N1000 |
S75N10000 |
S75N100000 |
测试标本
标本的嵌入长度较短，为2db（钢筋直径的两倍），具有恒定 的粘结应力分布。包封的塑料管用于制造钢筋的未粘结部分。图1示出了粘结测试构件的示意图。混凝土盖的厚度足以避免纵向裂开。
用料
钢筋-钢筋的屈服强度为421 MPa，公称直径为16 mm。钢筋的肋骨样式如图2所示。钢筋的肋骨高度h为1.05 mm，肋骨间距sr 为11.55 mm。钢筋的粘结指数或相对肋骨面积fr 为0.098。
混凝土-28天时的平均混凝土抗压强度为37 MPa。该混凝土由I型波特兰水泥，最大尺寸为13 mm的碎花岗岩粗集料和河砂组成。混凝土配合比见表2。
测试程序和测量系统
粘结疲劳的测试装置如图1和2所示。参见图3和4。将恒定振 幅的重复载荷施加到指定的循环次数。在预定次数的加载循 环后，通过位移控制将样品加载至拉出失败。使用两对LVDT 在样品的未加载端测量滑移值。在每第10N次（N = 0,1，...， 5）重复加载次数下测量滑移和残余滑移的值。样品受到2 Hz的正弦脉动载荷，最小载荷为196 N（粘结应力= 0.107 MPa）。这里考虑的最大疲劳载荷水平是静态拔出破坏载荷 的0.45、0.60和0.75，
分别。在指定次数的重复加载之后，以最大加载速率进行拉拔测试直至失效。
-
- 毫米/分钟
这里要注意的是，本测试结果是指特定的混凝土强度，特 定的钢筋直径，特定的肋骨样式以及特定的混凝土覆盖层， 该覆盖层提供了足够的约束力来避免如前一节所述的分裂。 这些参数可能会部分影响粘结应力的滑动行为。在本模型中， 在计算粘结强度时考虑了混凝土的抗压强度。但是，正如Rehm和Eligehausen（1979）的研究所讨论的，对于不同类 型的钢筋，可以预期会有类似的行为。
这些参数对粘结滑移行为的影响超出了本研究的范围。
测试结果分析
无预紧的拔出测试
图5显示了在没有事先重复加载的情况下，单调加载下的局部粘结应力-滑动关系。粘结强度为23.65 MPa，峰值粘结应力为1.04 mm时的平均滑动。图6 显示了CEB-FIP型号代码
（1990）（MC90）提出的粘结应力-滑动曲线。无花果7-10 分别表示S45N10，S45N100，S45N1,000和S45N10,000的粘结
应力-滑动关系。可以看出，反复加载后的最终粘结应力接近单调加载下的粘结强度。但是，滑移值随着负载循环次数 的增加而增加。无花果图11-15分别显示了S60N10，S60N100， S60N1,000，S60N10,000和S60N100,000的键应力-滑动关系。
无花果图16-19分别描述了S75N10，S75N100，S75N1,000和S75N5,000的粘结应力-滑动关系。
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图1.粘结试样的几何形状（单位= mm） 图2.钢筋的几何形状（单位= mm）
结构工程杂志copy;asce / 2007年2月/ 217
表2.试验构件中所用混凝土的混合比
|
W / C |
暴跌 |
最大尺寸骨料 |
S/a |
单位重量（kg / m3） |
|||
|
(%) |
（厘 米） |
（毫米） |
(%) |
W |
C |
S |
G |
图1和图2所示的粘结应力-滑动关系如图4所示。5和6可以表示为
s
Balaacute;zs（1992）对202个试样的残余粘结强度进行了测试，结果发现，经疲劳测试的试样的残余粘结强度增加了约12％。他们得出结论，残余强度的增加部分是由于混凝土强度的增
( cy
T = T最大值
s
p
加
-
-
- 在相对较长的疲劳测试期间。
-
1
其中T最大值=峰值粘结应力;sp1=峰值粘结应力T最大值处的滑动 值；CY =经验常数。从目前的测试数据得出的粘结应力-滑动关系显示在
图21显示了在峰值粘结应力下滑移的变化
各种重复的应力水平和循环次数。如图21所示，对于各种恒定振幅的重复加载，峰值粘结应力下的滑移值变化不大。
T = 2.5fc 0.6
s
(
sp
0.32
, sp1= 1.04毫米， T
)
最大值=
0.6 (2)
因此，可以得出结论，在恒定的峰值重复载荷下，粘结强度和峰值粘结应力下的滑动不会改变。
2.5fc
1
其中T最大值= 2.5fc 0.6（MPa）和sp1= 1.04毫米。
反复加载后峰值粘结应力下粘结强度和滑动的变化
图20示出了在每个重复加载次数之后，拉拔测试的粘合强度的变化。如图20所示，在重复加载之后，粘合强度没有明显变化。这一发现与Rehm和Eligehausen（1979）的结果相吻合。Rehm和Eligehausen表明，如果在恒定振幅的循环载荷下没有发生疲劳破坏，那么与单调载荷相比，以前的重复载荷不会对粘结强度产生负面影响。科赫和
反复加载过程中滑移和残余滑移的变化
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