Page 100 - 2022年第53卷第2期

ì æ ö 0.3
ï s ÷ ÷ 0 ≤ s ≤ s
ï τ ç ç
ï u è u ø u
s
ï
τ = í æ τ - τ ö （1）
ïτ + ç ç u r ÷ ÷(s - s ) s < s ≤ s r
u
ï u
u
ï è s - s u ø
r
ï
τ
î r s > s r
τ( ) s
D = 1 - （2）
E s
C
式中：τ为钢筋与混凝土之间的黏结应力；s 为混凝土与钢筋之间的相对滑移；τ u 为最大黏结应力，
τ u =4.0f ；τ u 为残余黏结应力，τ r = 1.2f kt ；s u 为最大黏结应力对应的滑移量，s =0.04d；s r 为残余应力对
k
u
应的滑移量，s =0.54d；d 为钢筋直径；f 为混凝土的抗拉强度标准值；E 为混凝土的弹性模量；D 为
tk
r
C
黏结滑移损伤因子。
2.3 钢筋模型 钢筋混凝土有限元分析中，钢筋模型主要有埋入式、分离式两大类 ［23］ 。埋入式模型
将钢筋埋入到混凝土中，假定在开裂前钢筋与混凝土黏结良好，开裂后通过调整开裂混凝土单元的
刚度矩阵，简单地模拟开裂处钢筋与混凝土间的相互作用。分离式模型根据钢筋与混凝土的力学性
能，分别采用不同的单元模拟，可以模拟钢筋与混凝土的黏结滑移影响，为此本文分别采用埋入式
和分离式两种计算模型模拟钢筋，来探究黏结滑移对钢衬钢筋混凝土管道承载特性的影响，具体的
计算方案见表 1。
表 1 计算方案
方案 钢筋模型 是否考虑黏结滑移 钢筋单元 钢筋与混凝土连接方式 黏结滑移强度
A 埋入式 不考虑 Truss 钢筋埋入
B 分离式 不考虑 Solid 共节点
C1 分离式 考虑 Solid 内聚单元 t u=4.0f tk
C2 分离式 考虑 Solid 内聚单元 t u=2.0f tk
C3 分离式 考虑 Solid 内聚单元 t u=f tk

3 考虑黏结滑移的钢衬钢筋混凝土管道承载分析

3.1 计算模型 三峡水电站为混凝土重力坝，引水管道采用钢衬钢筋混凝土结构型式，管道直径为
12.4 m，斜直段末端设计内水压力为 1.21 MPa。本文基于三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道 1∶2 大
比尺模型试验结构参数，考虑钢筋与混凝土的连接情况，分别建立钢筋的埋入式、共节点和分离式
连接的有限元模型，如图 2 所示。钢衬采用 16MnR 钢板，厚度为 16 mm，沿管轴线方向取 0.6 m；
钢 筋 采 用 II 级 钢 筋 ， 内 、 中 、 外 圈 分 别 布 置 一 层 ϕ 28@200 mm（RB1）、 ϕ 32@200 mm（RB2）、

y
x

图 2 三峡水电站钢衬钢筋混凝土管道有限元模型 （单位：m）

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