钢-聚乙烯混杂纤维水泥基复合材料与钢筋粘结锚固性能有限元分析

魏巍 刘诗恒 毛维浩

1.重庆大学土木工程学院 400045

2.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室（重庆大学） 400045

引言

工程水泥基复合材料（ECC）最先由Li［1，2］教授基于微观力学和断裂力学原理提出。该材料表现出优异的应变硬化性能和抗裂缝能力，故国内外研究人员试图利用该材料替代传统的普通混凝土，以改进和提升钢筋与混凝土的粘结性能。章文纲［3］进行了钢纤维混凝土的低周反复拉拔试验，结果表明，钢纤维混凝土与钢筋的粘结强度和刚度相比普通混凝土有较大提高。Lee 等人［4］通过钢筋拔出试验证实，聚乙烯醇纤维混凝土试件（PVA-ECC）中的钢筋锚固长度比普通混凝土中的小14%，并提出了钢筋在PVA-ECC中的粘结-滑移模型。Huang［5］等人进行了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件（PP-ECC）的拔出试验，结果表明，混杂纤维的引入对粘结强度有明显的提升，并提出了考虑纤维增强、箍筋约束和变形钢筋几何形状影响的极限粘结强度分析模型。

目前通过掺加钢纤维和聚乙烯纤维，已配制出钢-聚乙烯混杂纤维水泥基复合材料，试验表现出拉伸应变硬化特性，其拉伸应变能力可达到4%，极限拉伸强度接近7MPa，且受压弹性模量达到28GPa，是普通混凝土理想的替换材料。基于此，本文以试验数据为依据，通过建立有限元模型来模拟变形钢筋与新型混凝土之间的粘结性能。

1 有限元分析与建模

本文利用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行有限元建模分析，具体建模过程如下述。

1.1 变形钢筋钢肋的模型建立

以直径14mm的国产月牙形钢筋为例，正视图如图1a 所示，各横肋之间的倾角和间距分别标记为θ和L，肋的投影图如图1b所示，钢筋的尺寸参数H0、D、K、H见图1。……