钢筋与再生混凝土黏结破坏过程的能量机制研究

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发布时间：2021-12-13

资料介绍

提出外力作用下钢筋与再生混凝土间的滑移可以看作是界面材料在外力作用下产生的变形，指出用能量的方法研究黏结破坏问
题的合理性；分析了黏结破坏过程中的能量种类、相互转化过程以及对黏结破坏所起的不同作用；揭示了黏结破坏过程中的能量耗散和能
量释放特性，并从能量的角度划分了黏结破坏过程的 3个阶段；结合钢筋与再生混凝土的黏结滑移本构模型，对能量变化的微观机制进行
了探讨；最后，推导出含有界面内能变化量的平均黏结应力计算表达式，从能量角度对黏结应力的变化情况进行了分析。
关键词：再生混凝土；黏结破坏；能量耗散；能量释放；滑移硬(软 )化
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2011)02—0032—04
Energy mechanism of the bonding failure process between the rebars and the recycled concrete
WANG Bo．BAI Guo—liang
(Department ofCivil Engineering，Xi an University ofArchitecture and Technology，Xi’all 710055，China)
Abstract： Propose all ldea the slip betw een the rebar and the recycled concrete can be seen as the deformation of interface material under external force，point out the rationality ofthe method that using the energy policy to study the problem ofbond failure；an alyze the type ofthe energy
during the process ofbond failure，bond mutual conversion process and the different roles played by destruction；reveal the characteristics ofenergy dissipation an d energy release，and divide the three stages ofthe bond failure process from the perspective ofthe energy ；with the bond—slip con—
stitutive model，discuss the microscopic mechanism ofenergy changing．Finally，deduce to the formula ofthe average bond stress，an d analyze th e
bond stress from the energy point ofview．
Keywords： recycled concrete；bondfailure；energy dissipation；energy release；sliphardening(softening)
0 引言
近年来，国内对钢筋与再生混凝土问黏结滑移性能的研究
主要是采用试验研究的方式，并取得了一定的研究成果 [1_2]。笔者
所在课题组也进行了这方面的研究，根据 120个试件的拉拔试
验结果，分析了钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能，并提出
了适合钢筋与再生混凝土间黏结滑移本构关系的三段式曲线
模型[3】，具有重要的理论和工程实践指导意义。本研究尝试从能
量的观点出发对黏结破坏的内在机理进行研究。
从能量的角度对岩石变形破坏的过程进行分析已经取得
了显著的成果。以连续介质力学和不可逆热力学为基础的损
伤力学在混凝土材料研究中的应用，也可以看作是以能量分析
为基础的[7-81。文献【9]认为钢筋与再生混凝土的界面可以看作是
由这两种材料组成的新材料，其内部存在大量的微裂隙、微空
洞等缺陷，结合黏结滑移曲线定义了界面拟伤变量，对界面损
伤的发展过程进行了研究。文献【10]提出了细观损伤单元模型，
对混凝土材料损伤的随机性进行了分析。笔者认为，利用传统
的损伤力学研究方法对材料的破坏过程进行分析，是建立在连
续介质力学基础上的，而混凝土材料固有的微缺陷导致其并不
是完全意义的连续介质，这就造成了单纯从损伤的角度进行分
析有很大的局限性。有鉴于此，本研究提出把钢筋与再生混凝土
收稿日期：2010-09-08
基金项目：国家科技支撑计划(20O8BAK48B05)
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间的滑移看作是外力作用下界面材料产生的变形，当变形值也
即滑移量达到一定值时发生黏结破坏。在此基础上，指出用能量
的方法研究黏结破坏问题的合理性，并分析了黏结破坏过程中
的能量种类、相互转化方式以及对黏结破坏所起的不同作用。
利用耗散结构理论，划分了黏结破坏的阶段。最后，从能量的角
度对钢筋与再生混凝土的黏结滑移曲线进行了分析。
1 黏结破坏过程中的能量守恒
在外力作用下，钢筋与再生混凝土之间会产生滑移，而随
着外力的不断增大，滑移量也不断增大。已有研究嘲表明，钢筋与
混凝土的界面可以看作是由这两种材料组成的新材料。基于此，
本研究提出，外力作用下钢筋与再生混凝土间的滑移可以视为
由这两种材料组成的界面在外力作用下产生的变形，，当变形值
也即滑移量达到一定值时发生黏结破坏。
界面材料在变形破坏过程中，始终不断地与外界交换着物
质和能量，热力学状态也不断发生着变化。界面不仅受到外力做
功的影响，还受到环境热传递等的影响，同时，界面又会向外界
释放能量，如电磁辐射、声发射等。另外，界面也与外界环境进行
着物质交换(如界面材料孔隙中的空气、破坏时附着在钢筋表
面的混凝土碎末等 )。也就是说，所研究的系统并不是一个孤立
的或封闭的系统，而是一个开放的系统，必须采用非平衡热力