中图分类号：TU318 文献标志码：A 文章编号：1000-582X（2025）08-054-13

doi：10.11835/j.issn.1000-582X.2024.275

Study on the bearing capacity performance of steel fiber reinforced concrete structures based on the cohesive zone model

MENG Dongdong'，HUANG Yiqun²，LIN Benqing？

（1.China Communications Construction Rail Transit Subsidiary，Beijing10l3oo，P.R.China;2.SchoolofCivil

Engineering，Fujian UniversityofTechnology，Fuzhou 350118，P.R.China; 3.Collge ofCivil Engineering， Fuzhou University， Fuzhou 350108，P.R. China）

Abstract： This study proposes a numerical modeling method based on the cohesive zone model to investigate the mechanical response and fracture mechanism of steel fiber reinforced concrete （SFRC） structures.In the proposed model，cohesiveelementsareused tostimulate potential fracturesurfacesand rebar-concreteinterfaces.A constitutive model for SFRC fracture surfaces is developed by considering mixed-mode damage evolution， interfacial friction，and the fiber bridging effect.Aditionally，a modified bond-slipconstitutive model for the rebar-concrete interfaceis proposed，accounting fornormal separation.Tovalidate theproposed model，asriesof four-point bending experiments on SFRC specimens are conducted.The simulation results closely align with experimental observation，confirming the model’sability to accurately capture both mechanical response and fracture behavior.Parametric analysis reveals that inadequate fiber content or improper friction coefficients significantly reduce structural bearing capacity and ductility.

Keywords：steel fiber reinforced concrete;cohesive zone model;constitutive model; fracture mechanics; fibei bridging effect; bond-slip relation

钢纤维混凝土作为普通混凝土的改进材料，指在常规混凝土内部加入一定掺量的钢纤维，使混凝土在抗拉强度、裂缝扩展控制以及韧性等方面得到了很好的提高，受到了广泛的关注，并且已在工程中有所应用。对于钢纤维混凝土的本构模型，目前研究主要可分为两大类，一类是基于大量钢纤维混凝土材料抗拉/抗压试验结果而得到相应的单轴经验计算公式[或宏观力学本构[5;另一类则是从细观出发，专注研究纤维与混凝土间的相互作用，并结合试验结果建立纤维在混凝土内部拔出的黏结滑移计算方法[2]。上述本构模型虽然能在某些具体问题中得到较好的预测效果，但由于钢纤维混凝土结构实际在断裂破坏过程中可能同时会存在受压/受拉破坏、受剪破坏以及复合破坏，且纤维的桥接作用还会增加这些破坏的复杂性，现有的本构模型需要进一步改进才能表征这些破坏模式，相关研究仍有待开展。

内聚力模型，是一种基于内聚力单元的有限元计算模型。内聚力单元作为在实体单元中的内插过渡单元，只需要定义法向及切向的应力-应变（或应力-位移）关系，可较好地模拟界面断裂损伤行为，已被广泛的应用于宏、细观混凝土结构的计算中，如Lopez等[1-4将双线性损伤本构引入内聚力单元中，考虑砂浆基体、骨料、ITZ以及混凝土内部的潜在断裂面，建立了基于界面单元的混凝土细观结构计算模型，并较好地模拟了混凝土的细观开裂行为。……