Page 105 - 2022年第53卷第2期

度的降低，钢筋对混凝土的约束作用减弱，裂
缝处钢筋与混凝土的相对滑移量增大，但 3 种黏
结情况下，钢筋的滑移量均未超过 0.3 mm，未
超 过 规 范 ［24］ 允 许 值 1.12 mm（0.04d， d 为 钢 筋 直
径）， 可 认 为 钢 筋 与 混 凝 土 之 间 未 发 生 黏 结 破
坏。因此对于钢衬钢筋混凝土管道这种封闭的 S 1 S 2
管道结构，忽略二者之间的黏结滑移仍能够满
足计算分析和工程设计复核的要求。 图 14 黏结滑移理论裂缝宽度计算模型
4.2 钢材应力与黏结应力分析 图 12 为各方案

钢衬和内层钢筋应力的环向应力分布。由图 12 表 3 管道特征部位裂缝宽度 （单位：mm）
可知，钢筋与混凝土之间的黏结强度对钢材应
方案
力影响整体较小，3 种方案下的钢筋应力基本一 裂缝位置 模型试验
C1 C2 C3
致，黏结条件较好的 C1 方案下钢筋对混凝土约
内 0.078 0.083 0.109 0.124
束作用最强，裂缝处钢筋应力峰值最小。 左侧 中 0.300 0.235 0.329 0.356
管腰
进一步提取了 C1 方案下各层钢筋与混凝土 外 0.204 0.224 0.283 0.323
之间黏结应力在单位化的环向路径上的变化情 内 0.088 0.111 0.145 0.179
右侧
况如图 13 所示。由图 13 可知，3 种方案下整体 中 0.488 0.278 0.352 0.461
管腰
上 黏 结 强 度 越 大 ， 钢 筋 混 凝 土 间 黏 结 应 力 越 外 0.157 0.221 0.328 0.316
大，裂缝两侧黏结应力方向相反，与黏结滑移 内 0.100 0.102 0.118 0.158
管顶 中 0.423 0.220 0.294 0.331
方 向 一 致 。 黏 结 应 力 在 裂 缝 附 近 位 置 达 到 峰
外 0.132 0.146 0.167 0.214
值，远离裂缝位置逐渐减小，在两条裂缝中间
减少为 0。裂缝附近钢筋混凝土之间的黏结应力大于零，表明管道钢筋混凝土之间并未发生黏结破
坏，仍能保持较好的黏结。
4.3 裂缝分布和裂缝宽度分析 黏结滑移不仅对裂缝处的结构变形和钢材应力产生了一定的影响，
也会影响到裂缝的宽度和条数。C1、C2 和 C3 方案管道上半周裂缝条数分别为 15、13 和 12 条，这表
明钢筋与混凝土之间黏结强度较大时，传递的长度较短，平均裂缝间距越小，裂缝条数越多，但各
方案在裂缝截面上的裂缝形态与模型试验结果（图 7）比较一致，即中部最大，外侧次之，内侧最小。
本文采用黏结滑移理论计算宽度，即裂缝宽度等于两条裂缝之间钢筋与混凝土伸长量之差（式（3）），
其计算原理如图 14 所示。计算整理了两侧管腰和管顶裂缝的内、中、外裂缝宽度，如表 3 所示。从
表 3 可以看出，黏结强度较大的 C1 方案裂缝宽度计算结果与模型试验结果更为接近，说明正常情况
下管道混凝土与钢筋之间的黏结情况较好。有限元模拟结果内外侧裂缝宽度值略大于模型试验结
果，但中部裂缝宽度小于模型试验结果，说明该模型得到的裂缝宽度计算精度还有待提高。随着黏
结强度的增加，钢筋对混凝土的约束作用增强，限制了混凝土的滑动，裂缝宽度有所减小。黏结情
况特别差的情况（C3）更容易导致管道截面内中外钢筋处裂缝宽度增加，降低了管道耐久性，因此在
进行耐久性分析时应考虑钢筋与混凝土之间黏结强度的影响。
ω = ε l - ε l = s + s 2 （3）
c cr
s cr
cr
1
5 结论

本文结合三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道 1∶2 大比尺模型试验参数，钢筋分别采用埋入式和
分离式两种模型，基于内聚理论来模拟钢筋与混凝土间的黏结滑移特性，探究钢筋与混凝土之间的
黏结滑移以及黏结强度大小对钢衬钢筋混凝土管道承载特性的影响，可以得到以下结论：（1）考虑黏
结滑移以后，钢筋与混凝土之间的相互作用减弱，使得裂缝处钢筋变形在一段区域内而不是集中在

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