肋間距超限鋼筋與混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

孫昊　李繼超　甘丹

摘要：為分析肋間距超限對鋼筋與混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度的影響，共制作了36個(gè)鋼筋肋間距超限試件和合格試件，進(jìn)行了對鋼筋肋外形特征變化比較敏感的中心拉拔試驗(yàn)；通過中心拉拔試驗(yàn)結(jié)果的對比，分析了2類試件在破壞模式、荷載位移曲線、承載力和粘結(jié)強(qiáng)度方面的差異。研究結(jié)果表明：所有試件破壞時(shí)只發(fā)生了鋼筋粘結(jié)滑移破壞和混凝土劈裂破壞，鋼筋均未達(dá)到屈服強(qiáng)度；2類試件破壞承載能力相差9%～15%，且離散性相對較小；2類試件粘結(jié)強(qiáng)度相差小于12.4%；在滿足錨固長度和搭接長度的前提下，鋼筋肋間距超限10%左右對鋼筋與混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度基本沒有影響。

關(guān)鍵詞：鋼筋；混凝土；粘結(jié)強(qiáng)度；肋間距超限；拉拔試驗(yàn)；破壞模式；承載能力

中圖分類號：TU375文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： In order to analyze the influence of overrun rib spacing on bond strength between steel and concrete， 36 specimens with overrun and standard rib spacing were manufactured. The pullout tests which were sensitive on the shape characteristics of steel rib were carried out. The failure mode， loaddisplacement curve， carrying capacity and bond strength were analyzed by comparing the pullout test results. The test results show that all specimens only appear bond slip failure and concrete splitting failure. The strength of all steels cannot reach their yield strength. The carrying capacity difference of the two types of specimens is 9%15%， and the discreteness is relatively small. The bond strength of the two types of specimens differs by less than 12.4%.There is no effect on bond strength of concrete and steel when the rib spacing overruns about 10% while they are satisfied the anchorage length and lap length.

Key words： steel； concrete； bond strength； overrun rib spacing； pullout test； failure mode； bearing capacity

0引言

鋼筋與混凝土能夠共同工作的基本前提是鋼筋和混凝土間具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素有鋼筋的外形特征、混凝土強(qiáng)度、骨料的粒徑、數(shù)量和表面形態(tài)、澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置、保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距、橫向配筋等，其中以鋼筋的外形特征最為重要[15]。帶肋鋼筋由于表面軋有肋紋，能與混凝土犬牙交錯(cuò)緊密結(jié)合，其化學(xué)膠著力和摩擦力仍然存在，但主要是鋼筋表面凸起的肋紋與混凝土的機(jī)械咬合作用，因此，熱軋帶肋鋼筋的外形特征成為影響鋼筋與混凝土間粘結(jié)錨固性能的主要因素[610]。

中心拉拔試驗(yàn)的試件制作及試驗(yàn)裝置比較簡單，試驗(yàn)結(jié)果便于分析，特別是對鋼筋外形特征的變化比較敏感，通常作為對不同類型鋼筋粘結(jié)性能比較的基準(zhǔn)試驗(yàn)方法[1112]。為研究肋間距超限對鋼筋和混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度的影響，制作了36個(gè)鋼筋肋間距超限試件和合格試件進(jìn)行中心拉拔對比試驗(yàn)，從最終破壞模式、荷載位移曲線、承載力3個(gè)方面分析肋間距超限對鋼筋和混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為分析肋間距超限鋼筋對粘結(jié)強(qiáng)度的影響，分別選取20，22的HRB335級鋼筋肋間距超限和合格試件進(jìn)行中心拉拔對比試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析該批肋間距超限鋼筋對整體結(jié)構(gòu)的影響，肋間距超限鋼筋檢測過程見圖1，檢測結(jié)果見表1，其中d為鋼筋直徑。20鋼筋肋間距超限10.2%，22鋼筋肋間距超限5.3%，鋼筋的其他力學(xué)指標(biāo)均符合要求。

1.2試件設(shè)計(jì)與制作

根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）[13]和歐洲混凝土協(xié)會(huì)推薦的鋼筋錨固性能試驗(yàn)方法，本文試驗(yàn)共制作不加套筒（A模式）、一端加套筒（B模式）和兩端均加套筒（C模式）3種類型的試件，20，22鋼筋肋間距超限和合格的試件各制作3個(gè)，共計(jì)36個(gè)試件，所有試件均為邊長150 mm的立方體，鋼筋長度為500 mm，較短的一端伸出10 mm，具體形式見圖2。試件編號的含義如下：1代表肋間距合格鋼筋，2代表肋間距超限鋼筋，20，22代表鋼筋直徑；A，B，C對應(yīng)試件的3種模式，尾數(shù)1，2，3代表每種類型有3個(gè)相同的試件。以122B3為例，該編號表示肋間距合格，直徑為22 mm，B模式的第3個(gè)試件。

具體加載裝置如圖4所示。試驗(yàn)加載采用分級逐步加載，按預(yù)估最大承載的1/10分級加載，以不超過400 N·s-1的加載速度拉拔鋼筋，加載到預(yù)估最大承載的90%時(shí)，將加載步按預(yù)估最大承載的1/20分級加載。發(fā)生下列情況時(shí)應(yīng)立即停止加載，具體情況有：鋼筋達(dá)到屈服點(diǎn)，混凝土發(fā)生破裂，鋼筋已從混凝土中拔出。試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)采集荷載與位移數(shù)據(jù)，荷載采用試驗(yàn)機(jī)自帶的壓力傳感器采集，位移用TDS手動(dòng)連續(xù)采集。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1破壞模式

綜合試件加載試驗(yàn)結(jié)果，所有試件破壞時(shí)只發(fā)生了鋼筋粘結(jié)滑移破壞和混凝土劈裂破壞，所有鋼筋均未達(dá)到屈服強(qiáng)度，具體破壞式見圖5，6。打開發(fā)生劈裂破壞的試件，劈裂面肋間的混凝土有被擠碎和滑移的痕跡，越靠近受拉端，肋間的混凝土擠碎越明顯。無論是肋間距超限的鋼筋試件還是肋間距合格的鋼筋試件，主要劈裂縫大部分沿鋼筋縱肋方向發(fā)生。

發(fā)生粘結(jié)滑移破壞的月牙紋鋼筋荷載滑移曲線的下降段較平緩，后期強(qiáng)度相對較高，延性較好。發(fā)生劈裂破壞的試件是由于其肋間混凝土齒比較強(qiáng)，不易被擠碎、剪斷，試件的破壞發(fā)生比較突然，具有脆性破壞的特征，因此荷載位移曲線的下降段基本采集不到。通過比較不同類型試件加載過程中荷載位移曲線可知，月牙紋鋼筋在較大滑移變形下仍能維持一定抗力，這種特點(diǎn)對結(jié)構(gòu)抗震有利。

2.3承載力對比分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到不同類型試件的極限承載力，見表2，3。從承載力統(tǒng)計(jì)表分析可知：對于相同類型的肋間距超限與合格的試件，肋間距偏大試件的承載力有一定程度的下降，承載力下降9%～15%，與以往此類試驗(yàn)結(jié)果偏差相同[10]；試件承載力的均方差在0.05～0.26 kN之間，表明拉拔試驗(yàn)同類型試件試驗(yàn)結(jié)果的離散性相對較小，試驗(yàn)結(jié)果可靠性能夠得到保證。

2.4A模式試件粘結(jié)強(qiáng)度對比分析

對于滑動(dòng)變形沒有達(dá)到0.10 mm的試件，取承載力最大值來計(jì)算試件的粘結(jié)強(qiáng)度。A模式不同類型試件粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如表4，5所示。經(jīng)計(jì)算，肋間距合格的22試件鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度為8.3 MPa，肋間距超限的22試件鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度為7.4 MPa，降低了11.2%；肋間距合格的20試件鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度為11.6 MPa，肋間距超限的20試件鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度為10.2 MPa，降低了12.4%。3結(jié)語

（1）綜合分析肋間距合格和超限的鋼筋試件破壞試驗(yàn)結(jié)果可知，鋼筋肋間距超限對中心拉拔試驗(yàn)試件的破壞模式?jīng)]有影響，均發(fā)生了預(yù)想的破壞模式，即發(fā)生了鋼筋粘結(jié)滑移破壞和混凝土劈裂破壞。

（2）對比分析相同類型肋間距合格與超限的試件，其極限承載力相差9%～15%，粘結(jié)強(qiáng)度相差11.2%～12.4%。

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