Page 145 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 李 健，等：重力和粘结性能对 RC 梁冲击位移及尺度效应的影响分析 461

3.2 粘结滑移作用的影响
基于 1.4.3 节给出的混凝土与钢筋间的粘结应
力-滑移曲线 [24] ，本节讨论粘结滑移作用对几何相似
RC 梁冲击响应的影响。 0 0.003
(a) 对照组
图 17 给出了粘结滑移作用对几何相似 RC 梁归 (a) Control group 等效塑性应变
一化跨中位移时程和峰值的影响。可以看出，考虑
钢筋与混凝土之间的相互作用后，不同尺寸 RC 梁归
一化跨中位移时程曲线的上升段并没有明显差别；
逐渐达到峰值后，随着尺度因子的增大，RC 梁的归
0 0.003
一化跨中峰值位移均增大，这与吴昊等 [21] 的研究结
等效塑性应变
论一致。然而，当梁进入回弹阶段，考虑粘结滑移作 (b) 考虑粘结滑移作用
(b) Group considering bond slip effect
用后，各系列 RC 梁残余位移均变化不大。这说明考
虑粘结滑移作用后，允许钢筋与混凝土之间产生相 图 18 粘结滑移作用对几何相似 RC 梁损伤模式的影响
Fig. 18 Effect of bond slip effect on damage modes of
对滑移，导致跨中峰值位移变大；而在回弹阶段，弹
geometrically similar RC beams
性 模 量 较 高 的 钢 筋 充 分 发 挥 了 其 拉 伸 性 能， 使 得
RC 梁整体的回弹能力变强，最终影响其残余位移。 混凝土与钢筋间的粘结滑移关系一般不严格满足经

75 70 对照组 典相似律，如图 5 所示。另外，考虑粘结滑移的影
归一化位移 / mm 50 对照组 粘结滑移 归一化位移 / mm 50 +8.42% +13.16% 好粘结和允许滑移两种情况下，RC 梁材料特性的空
响，本质上是构件内部非均质性发生了改变。在完
粘结滑移
60
+11.32%
间分布是不同的。在这些复杂的非线性变化影响
25
40
λ=2
λ=2
λ=3
λ=3
0 λ=1 λ=1 30 下，几何相似 RC 梁的跨中位移没有随经典相似律变
0 20 40 60 1 2 3 化。综上，建议在研究大尺寸或足尺 RC 梁冲击响应
归一化时间 / ms 尺度因子 的有限元建模中，根据文献 [24] 考虑混凝土与钢筋
(a) 时程曲线 (b) 跨中峰值位移
(a) Time-history curves (b) Mid-span peak displacement 间的粘结应力-滑移关系。

图 17 粘结滑移作用对几何相似 RC 梁归一化跨中位移的 60 60
归一化位移 / mm 归一化位移 / mm
+25.72%
影响 50 +22.97% 50 +14.47%
Fig. 17 Effect of bond slip effect on normalized mid-span +11.79%
displacement of geometrically similar RC beams 40 40

图 18 对比了粘结滑移作用对几何相似 RC 梁损 30 30
1 2 3 1 2 3
伤模式的影响。可以发现，假定钢筋与混凝土之间 尺度因子 尺度因子
为完好粘结时，由于钢筋与混凝土之间的相对滑动 (a) 粘结滑移 (b) 粘结滑移+重力
(a) Group considering bond (b) Group considering bond slip
被约束，不同尺寸 RC 梁底受拉区的混凝土均沿钢筋 slip effect effect and gravity

方向产生明显损伤，尤其是大尺寸梁。考虑粘结滑 图 19 不同条件下的归一化跨中位移尺度效应
移作用后，梁底混凝土沿受拉钢筋产生的损伤区域 Fig. 19 Scaling effect of normalized mid-span displacement
明显减小。结合图 17 可知，在冲击点附近的梁段 under different conditions

抵抗了更多的冲击荷载，导致产生更大的跨中峰值
3.3 重力和粘结滑移作用的共同影响
位移。考虑粘结滑移作用后，虽然梁的整体性有所
降低，跨中响应相对增强，但是钢筋的抗拉优势发挥 从位移时程角度分析，图 20 展示了考虑重力和
更明显，导致梁的整体回弹能力基本不变或略有提升。 粘结滑移作用时梁的归一化跨中位移。如前文所述，
对比图 16(a) 和 19(a) 可知，考虑粘结滑移作用后， 无论是单独考虑重力还是粘结滑移作用，RC 梁的

RC 梁的位移变化率增大，说明粘结滑移也增强了几 跨中峰值位移均会增大，该结论在图 20 中同样可
何相似 RC 梁跨中峰值位移尺度效应。根据文献 [24] 以得出。另外，无论以何种单一工况的结果作对照，
中建议的混凝土与钢筋间的粘结应力-滑移关系计 考虑两者共同作用后 RC 梁的跨中位移均增大，这
算方法（如图 4 所示）可知，相对滑移量与钢筋的直 说明两者共同作用对跨中位移的影响产生了叠加效果。
径线性相关。为了满足构造要求、符合工程实际， 从峰值位移尺度效应角度分析，对比图 19(a) 和
对于钢筋直径的选取往往难以满足等比关系。因此， (b) 可以发现，在仅考虑粘结滑移作用的基础上，考