再生混凝土鋼筋錨固性能分析

程?hào)|輝 何國(guó)玉 孫常海

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

再生混凝土鋼筋錨固性能分析

程?hào)|輝 何國(guó)玉 孫常海

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

介紹了再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)機(jī)理以及粘結(jié)滑移本構(gòu)模型，對(duì)再生混凝土與鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行闡述，并總結(jié)了再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算模型。

τ-s本構(gòu)關(guān)系，粘結(jié)強(qiáng)度，再生混凝土

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑垃圾與日俱增，隨之帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。再生混凝土的出現(xiàn)不僅使上述問(wèn)題迎刃而解，也可以節(jié)約大量天然骨料資源。為確保鋼筋和混凝土可以共同受力，需要使鋼筋與混凝土之間具有可靠的粘結(jié)強(qiáng)度。由于再生骨料表面附著大量水泥砂漿，導(dǎo)致鋼筋與再生混凝土之間的粘結(jié)性能與普通混凝土存在差異。因此，對(duì)于再生混凝土鋼筋錨固的深入研究具有重要意義。

1 粘結(jié)機(jī)理

王博等[1]通過(guò)拉拔試驗(yàn)探討了化學(xué)膠著力、摩擦力和機(jī)械咬合力隨拉拔力的變化規(guī)律如下：

1)當(dāng)拉拔力較小時(shí)，鋼筋與混凝土界面間的粘結(jié)力主要由化學(xué)膠著力提供；當(dāng)拉拔力達(dá)到一定值時(shí)，化學(xué)膠著力喪失，機(jī)械咬合力和摩擦力開(kāi)始發(fā)揮作用；

2)當(dāng)拉拔力達(dá)到某一值前，摩擦力變化不大，當(dāng)拉拔力超過(guò)該值后，摩擦力開(kāi)始不斷減小；

3)機(jī)械咬合力在開(kāi)始發(fā)揮作用后不斷增大，至拉拔力達(dá)到某一值后，機(jī)械咬合力不斷減小。

2 研究現(xiàn)狀

2.1粘結(jié)滑移本構(gòu)模型

再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)—滑移性能與普通混凝相似，在鋼筋屈服之前，再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)滑移曲線形狀也與普通混凝土相似。眾多學(xué)者通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究分析，得出再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)—滑移本構(gòu)關(guān)系如下：

1)同濟(jì)大學(xué)的肖建莊等[2]通過(guò)拔出試驗(yàn)，研究了不同再生粗骨料取代率下光圓、變形鋼筋的粘結(jié)滑移關(guān)系，并建議了粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的表達(dá)式：

其中，τu為粘結(jié)強(qiáng)度；su為對(duì)應(yīng)于粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)的滑移量；參數(shù)a,b可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。

2)李鵬程等[3]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，擬合出再生混凝土與鋼筋之間的τ-s關(guān)系表達(dá)式：

3)王博等[4]通過(guò)對(duì)τ-s曲線特征點(diǎn)分析，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合出不同階段再生混凝土τ-s本構(gòu)模型：

該模型中a,b均為回歸確定的參數(shù)，結(jié)合試件破壞過(guò)程，該作者分析認(rèn)為模型的第一段代表微滑段，第二段代表內(nèi)裂滑段，第三段代表拔出破壞段。

2.2影響因素

2.2.1再生骨料取代率

肖建莊等[2]研究發(fā)現(xiàn)隨著再生粗骨料取代率的增加，鋼筋與再生混凝土之間粘結(jié)性能逐漸降低，而王晨霞等[5]發(fā)現(xiàn)粘結(jié)強(qiáng)度隨取代率增加而升高；徐一凡等[6]通過(guò)拔出試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土粘結(jié)性能影響不明顯。陳偉偉[7]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生粗骨料取代率為60%時(shí)，再生混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度最大，較普通混凝土提高26%。再生骨料取代率對(duì)再生混凝土粘結(jié)性能的影響未取得一致規(guī)律，除再生骨料地域差異外，還應(yīng)考慮再生骨料與天然骨料間的耦合作用。眾學(xué)者對(duì)摻入再生細(xì)骨料對(duì)再生混凝土粘結(jié)性能的影響取得較一致結(jié)論，認(rèn)為隨著再生細(xì)骨料取代率的增加，再生混凝土粘結(jié)強(qiáng)度較低。

2.2.2其他因素

趙軍[8]通過(guò)對(duì)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能影響因素研究發(fā)現(xiàn)，混凝土強(qiáng)度、鋼筋類型、保護(hù)層厚度、錨固長(zhǎng)度等因素對(duì)再生混凝土與普通混凝土的影響規(guī)律差異不大。鋼筋與再生混凝土之間的粘結(jié)性能隨著鋼筋直徑、抗拉強(qiáng)度、相對(duì)錨固長(zhǎng)度的增加而減弱；隨著相對(duì)保護(hù)層厚度的增大而增強(qiáng)。

2.3極限粘結(jié)強(qiáng)度及錨固長(zhǎng)度

眾學(xué)者通過(guò)梁式試驗(yàn)或中心拔出試驗(yàn)，改變?cè)偕炷林性偕橇先〈?、混凝土?qiáng)度、相對(duì)錨固長(zhǎng)度及相對(duì)保護(hù)層厚度等因素，根據(jù)試驗(yàn)曲線特征并用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)回歸出極限粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算模型見(jiàn)表1。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析擬合，得到再生混凝土強(qiáng)度計(jì)算模型。該種計(jì)算方法具有局限性，不能普遍應(yīng)用在再生混凝土強(qiáng)度計(jì)算中。因此，建立一個(gè)考慮因素全面且方便適用的再生混凝土極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算模型具有十分重要的意義。

在錨固極限狀態(tài)方程的基礎(chǔ)上，根據(jù)鋼筋混凝土材料和構(gòu)件幾何尺寸的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，按照所確定的錨固強(qiáng)度可靠指標(biāo)，可求得各種情況下所需的鋼筋錨固長(zhǎng)度。

表1 極限粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算模型

3 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)再生混凝土鋼筋錨固的研究已取得大量研究成果，但是部分結(jié)果存在差異，再生混凝土粘結(jié)強(qiáng)度影響因素較多，且再生骨料微觀機(jī)理復(fù)雜。目前尚缺乏廣泛的再生混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系及極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算模型，在未來(lái)研究中可進(jìn)行深入探討。

[1] 王 博,白國(guó)良,李 堅(jiān)，等.鋼筋與再生混凝土粘結(jié)應(yīng)力分布的試驗(yàn)研究及理論分析[J].工業(yè)建筑,2012(4):10-14.

[2] 肖建莊,李丕勝,秦 薇.再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)滑移性能[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(1):13-16.

[3] 李鵬程,彭有開(kāi),李 峰，等.再生粗骨料對(duì)鋼筋混凝土之間粘結(jié)性能的影響[J].土木建筑與環(huán)境工程,2016(S1):6-12.

[4] 王 博,白國(guó)良.鋼筋與再生混凝土黏結(jié)破壞過(guò)程的能量機(jī)制研究[J].混凝土,2011(2):32-35.

[5] 王晨霞,王 宇,李敬紅，等.再生混凝土與銹蝕鋼筋間的粘結(jié)性能試驗(yàn)研究[J].土木建筑與環(huán)境工程,2016(1):46-53.

[6] 徐一凡,孫偉民,郭樟根.再生混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的試驗(yàn)研究[J].特種結(jié)構(gòu),2012(3):81-84.

[7] 陳偉偉.再生混凝土粘結(jié)性能試驗(yàn)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

[8] 趙 軍.再生混凝土粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究[D].南寧:廣西大學(xué),2008.

[9] 王 博,白國(guó)良,吳淑海，等.再生混凝土極限黏結(jié)強(qiáng)度及鋼筋錨固長(zhǎng)度取值研究[J].工業(yè)建筑,2013(8):59-63.

[10] 楊海峰.再生混凝土受壓本構(gòu)關(guān)系及其與鋼筋間粘結(jié)滑移性能研究[D].南寧:廣西大學(xué),2012.

[11] Kim Y, Sim J, Park CI,et al. Mechanical Properties of recycled aggregate concrete with deformed steel re-bar [J].Mar S Technol,2012(3):49-51.

Onsurveyofanchorshipperformanceanalysisofrecycledconcrete

ChengDonghuiHeGuoyuSunChanghai

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The bonding mechanism between recycled concrete and steel bar and the constitutive model of bond slip are introduced. The influencing factors of the bond strength between recycled concrete and steel bar are expounded, and the calculation model of bond strength between recycled concrete and steel bar is summarized.

bond-slip constitutive relation, bond strength, recycled concrete

1009-6825(2017)29-0054-02

2017-08-06

程?hào)|輝(1971- )，男，教授; 何國(guó)玉(1993- )，女，在讀碩士； 孫常海(1993- )，男，在讀碩士

TU375

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