混凝土植筋锚固极限承载能力及其拉拔破坏机理的数值试验研究

混凝土植筋锚固极限承载能力及其拉拔破坏机理的数值试验研究

张哲１唐春安２李连崇１徐涛２

１．东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳１１０００４；２太连理工大学土术与水利学院大连１１６６００）

摘要运用真实破坏过程分析ＲＦＰＡ２。系统，对钢筋与混凝土的相互作用进行了数值试验研究，分析

了钢筋受拉拔力作用下混凝土试块的极限承载力特性。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均

匀性影响，考查了不同锚固深度钢筋与混凝士两种材料之问的相互作用、破坏机理和破坏过程。数值试验

结果对于深入了解钢筋和混凝土的相互作用规律，对于植筋设计及提高植筋锚固承载力有重要的参考价值。

关键词

分类号锚固，拉拔试验，非均匀性，破坏模式，数值模拟Ｏ３１９．５６文献标识码Ａ文章编号Ｇ４４３５

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１引言

近年来，由于建筑业的高速发展，钢筋混凝土得以大量采用。同时促进了混凝土植筋在工程上有广泛的应用。植筋又称后锚钢筋，是在已硬化的混凝土上成孔，然后在孔中植入钢筋并灌注结构胶的一种锚固技术。这一技术既可用于现有结构的改造，也可以用于解决新建混凝士结构钢筋漏埋、位置偏移等问题。现在人们通过实际实验，对植筋锚固中钢筋受拉力作用后混凝土破坏模式进行了总结，可以分为四类，分别是：钢筋拉断、混凝土锥体破坏、粘结破坏、锥体．粘结复合破坏，这种分类方式客观上唯象的解释了植筋锚固中混凝土的破坏方式。到目前为止，对于钢筋混凝土受拉拔力作用破坏的研究主要侧重于实验室试验”４Ｊ，并取得了一定的成果。同时，对钢筋的极限应力作了理论上的探讨Ｈ“］。但由于物理试验费时、费力，试验过程中还容易受一些非相关因素的影响。一般计算中，把混凝土和钢筋之问的变形协调看做两者在构件中共同工作的条件，并未考虑滑移，特别是光圆钢筋与混作者简介：张哲（１９７７一），男，东北大学工程力学专业博士生研究生，主要从事岩石力学方面研究工作

张哲等：混凝土植筋链固极限承载能力及其拉拔破坏机理的数值试验研究．８２７

凝土之间的粘结作用过程。因此，理论上研究钢筋拉拔作用下混凝土的破坏过程是十分困难的。本文试图运用材料破裂过程分析ＲＦＰＡ２０系统，在充分考虑混凝土材料非均匀性的基础上用数值模拟的方法对这一破坏过程进行研究，探讨混凝土植筋锚固极限承载力特性。数值分析结果可作为相关植筋锚固计算的参考依据。

２数值分析

２．１ＲＦＰＡ”系统分析原理

本文所用的ＲＦＰＡ２Ｄ系统是大连力软科技有限公司为进行材料破坏过程分析而开发的，基于连续介质力学和损伤介质力学原理，具有应力分析、破坏分析等功能。应力分析采用有限单元法，破坏分析则根据修正后的库仑（ｃｏｌｕｍｎ）准则来检查材料中是否有破坏单元，对破坏单元则采用刚度特性退化（处理分离）和刚度重建（处理接触）的办法进行处理。文献【７．８】详细介绍了材料破裂过程的应力分析过程，叭单元单轴拉伸和压缩的弹性损伤本构关系为基础，给出了单元在一般应力状态下的弹性损伤演化过程中的应力分析方程。此外，ＲＦＰＡ”分析系统可以将材料的不均匀性参数引入到计算单元，假定参数服从某种分布（本文采用韦伯分布），以概率统计方法描述其离散性，充分考虑了混凝土材料的非均匀特性。

２．２数值模型及参数

锚固深度是影响极限承载力的首要因素皿针，为了考查锚固深度对极限承载力静影响程度，按照文献【３】建立模型，如图ｌ（ａ）所示，数值模型取试样过轴心的对称面，采用二维平面轴对称模型，如图ｌ（ｂ）所示，尺寸２００ｒａｍ×６００ｍｍ，模型划分成１００×３００＝３０，０００个细观单元。在钢筋上施加向上的载荷作用，整个加载过程采用位移控制的加载方式，加载位移增量ＡＳ－－０．００２ｍｒｌｌ。试样力学性质参数见表１。

图１模型示意图

Ｆｉｇ．１Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

为了考虑馒凝土的非均匀性，假设材料是非均匀的，郎细观单元的弹性模量和强度服从某种统计

分布（本文采用Ｗｅｉｂｕｌ分布）。

８２８第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集

表１数值模型参数

Ｔａｈｉｅ１Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ

兰兰竺兰

钢筋

粘结层

谩凝土鲎鐾２１０２０２５釜筮３５０６０８０！窆０．３０．１６０．１８鳖６０，８４．９０．１００．．

３混凝土破坏过程模拟

针对拉拔力作用下的极限承载力的计算，一般都是只考虑最终的状态，往往因为未考虑破坏过程

是渐进的，所得的结果一般较实际测量值大。这时一般采用修正系数进行调节，但这种手段不灵活，针对不同的影响因素，系数变化较大。而采用数值模拟的方法可以有效解决这一问题。

图２破坏过程应力图（Ｌ＝６０ｎｍａ）

Ｆｉｇ２Ｆａｉｌｕｒｅ

ｐｒｏｃｅｓｓ（Ｌ＝６０ｍｍ）

张哲等．湿壤土植筋罐固极限承载齄力及其拉拔破坏机理的数值试验研究 ８２９

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