帶肋鋼筋與灌漿料粘結(jié)性能試驗(yàn)研究

魏雨桐 袁煒航

(同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海 200092)

0 引言

裝配式建筑中，節(jié)點(diǎn)的可靠連接是保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，目前廣泛采用灌漿連接。但國(guó)內(nèi)對(duì)灌漿料與鋼筋間的粘結(jié)滑移理論與試驗(yàn)探究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)際。本文進(jìn)行13組39個(gè)構(gòu)件的純灌漿料試件的拉伸試驗(yàn)，探索保護(hù)層厚度、鋼筋直徑、錨固長(zhǎng)度和配箍率對(duì)粘結(jié)滑移性能的影響。

1 試件制作

本文共設(shè)計(jì)13組試件，每組3個(gè)相同試件，典型的試件形式如圖1所示。變化參數(shù)有保護(hù)層厚度c、[1,2]鋼筋直徑d[2,3]、鋼筋錨固長(zhǎng)度la和配箍率ρsv，如表1所示。

本試驗(yàn)采用HRB400月牙肋鋼筋，使用上海環(huán)宇建筑工程材料公司生產(chǎn)的H40型灌漿料，劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度[4,5]分別為3.11 MPa,65.8 MPa和7.5 MPa。鋼套筒由Q235B無(wú)縫鋼管加工而成，屈服強(qiáng)度不小于235 MPa，抗拉強(qiáng)度375 MPa～500 MPa，斷后伸長(zhǎng)率不小于25%。

在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[2][6],將加載方案定為：鋼筋屈服前以100 N/s勻速加載,至110 kN(鋼筋接近屈服)后，以0.3 mm/min位移控制至鋼筋拉斷或破壞。

表1 試件參數(shù) mm

2 試驗(yàn)結(jié)果

試件破壞形式有灌漿料劈裂破壞、鋼筋拔出破壞及鋼筋拉斷破壞。

2.1 保護(hù)層厚度(A組，B組對(duì)比)

絕對(duì)保護(hù)層厚度影響極限承載力[1]，相對(duì)保護(hù)層厚度(c/d)影響粘結(jié)強(qiáng)度。隨灌漿料保護(hù)層厚度的增加，試件由鋼筋屈服后劈裂破壞變?yōu)殇摻钋蟀纬銎茐?，故增大保護(hù)層厚度能有效增強(qiáng)試件的抗劈裂能力。試件極限承載力和粘結(jié)強(qiáng)度隨相對(duì)保護(hù)層厚度增大而增大，但幅度較小。

圖2為A組，B組試件典型τ—s曲線對(duì)比，各組試件的直線段粘結(jié)剛度接近，峰值滑移值很小，故保護(hù)層厚度對(duì)粘結(jié)滑移影響有限。

2.2 鋼筋直徑(A組,C組對(duì)比)

隨鋼筋直徑增大，試件由鋼筋屈服后拔出破壞變?yōu)殇摻钋芭哑茐?。鋼筋直徑增大，與灌漿料接觸面積增加，機(jī)械咬合作用增強(qiáng)，故屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都提高。粘結(jié)強(qiáng)度隨鋼筋直徑增大而降低。圖3為A組,C組兩組試件典型τ—s曲線的對(duì)比。各組直線段除C-3試件離散性較大外，其余試件粘結(jié)剛度基本相等，直線段峰值滑移值均很小，可見(jiàn)鋼筋直徑對(duì)粘結(jié)滑移影響不大。

2.3 錨固長(zhǎng)度(A組，D組對(duì)比)

隨著錨固長(zhǎng)度增加，試件從鋼筋拔出破壞變?yōu)榕鸦蜾摻罾瓟嗥茐摹O限承載能力隨錨固長(zhǎng)度增加先增加后下降。試件破壞不再取決于粘結(jié)性能，而是灌漿料的抗劈裂性能及鋼筋抗拉強(qiáng)度。粘結(jié)強(qiáng)度隨錨固長(zhǎng)度增加而降低。圖4為A組,D組試件典型τ—s曲線對(duì)比，試件τ—s曲線直線段—曲線段分界點(diǎn)和極限粘結(jié)強(qiáng)度隨錨固長(zhǎng)度增大而降低。錨固長(zhǎng)度短的D-1和D-2組試件直線段粘結(jié)剛度比其余兩組大，表明錨固長(zhǎng)度短的試件，其抵抗滑移性能在粘結(jié)滑移曲線的直線階段更強(qiáng)。

2.4 配箍率(B組,E組對(duì)比)

未配置箍筋的B-2組試件均為劈裂破壞，粘結(jié)性的充分發(fā)揮、極限承載力的離散性主要取決于試件(與灌漿料本身材性和澆筑質(zhì)量均相關(guān))的抗劈裂能力；配置箍筋的E組試件，破壞模式均為鋼筋屈服后拔出，此時(shí)粘結(jié)能力能得到充分利用。隨著配箍率的提升，試件極限承載力和粘結(jié)強(qiáng)度均增大。配箍率對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響有限，只要配箍率使試件不發(fā)生劈裂破壞即可，之后再增加箍筋效果不明顯，故可考慮經(jīng)濟(jì)性。圖5為B-2組,E組試件典型τ—s曲線的對(duì)比，配箍率增加，試件的τ—s曲線差距較小，直線—曲線段的分界值基本相同，表明配箍率對(duì)粘結(jié)滑移影響較小。各直線段粘結(jié)剛度接近，無(wú)明顯隨配箍率變化的趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文探討了保護(hù)層厚度、鋼筋直徑、鋼筋錨固長(zhǎng)度和配箍率對(duì)粘結(jié)性能的影響。

1)隨相對(duì)保護(hù)層厚度增大，試件由鋼筋屈服后劈裂破壞轉(zhuǎn)為鋼筋屈服后拔出破壞，極限承載力和粘結(jié)強(qiáng)度隨之增大。分析不同保護(hù)層厚度下試件典型τ—s曲線。

2)隨鋼筋直徑增大，試件由鋼筋屈服后拔出破壞轉(zhuǎn)為鋼筋屈服前劈裂破壞。極限承載力會(huì)增大，但粘結(jié)強(qiáng)度卻降低。鋼筋直徑對(duì)滑移段滑移性能影響較小。

3)隨錨固長(zhǎng)度增大，試件由鋼筋拔出破壞轉(zhuǎn)為灌漿料劈裂或鋼筋拉斷破壞。極限承載力隨錨固長(zhǎng)度增加先增大后減小，粘結(jié)強(qiáng)度始終減小。τ—s曲線直線段，錨固長(zhǎng)度短的試件粘結(jié)剛度較大，抵抗滑移能力更強(qiáng)。

4)箍筋使得試件發(fā)生鋼筋屈服后拔出破壞。極限承載力和粘結(jié)強(qiáng)度隨配箍率提高而增大。配箍率對(duì)粘結(jié)滑移性能影響有限。