不同錨固形式的鋼筋在粉煤灰混凝土梁中的粘結(jié)性能研究

劉 戈

（江西理工大學(xué) 建筑與測(cè)繪工程學(xué)院， 江西 贛州 341000）

0 引言

粘結(jié)性能的研究在工程實(shí)踐中非常重要，如鋼筋的錨固、搭接和延伸等最主要的目的之一就是獲得良好的粘結(jié)性能。對(duì)于鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能一直以來(lái)都是全世界研究的熱點(diǎn)， 美國(guó)學(xué)者M(jìn)enzel[1]對(duì)影響粘結(jié)性能的主要因素進(jìn)行了研究，考慮的因素主要包括鋼筋表面情況、埋長(zhǎng)、變形肋的尺寸和位置、混凝土的密實(shí)性、混凝土保護(hù)層厚度等，，國(guó)內(nèi)學(xué)者葉見(jiàn)曙[2]等也對(duì)粘結(jié)因素進(jìn)行了研究，得出的結(jié)論與國(guó)外的研究結(jié)果基本一致。徐有鄰等發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼筋的錨固長(zhǎng)度因截面尺寸限制而無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，可以在錨筋末端采用機(jī)械錨固的形式，利用局部混凝土的擠壓力實(shí)現(xiàn)錨固受力。我國(guó)傳統(tǒng)對(duì)HPB235級(jí)光面鋼筋加彎鉤的要求實(shí)際上就是機(jī)械錨固的一種形式。目前，關(guān)于鋼筋錨固形式對(duì)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的影響研究較少，在結(jié)合德國(guó)的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范后，現(xiàn)提出兩種新型的鋼筋錨固形式進(jìn)行研究。

粉煤灰混凝土在全世界的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，雖然我國(guó)在1997年將摻粉煤灰的硅酸鹽水泥正式列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是我國(guó)的粉煤灰在混凝土中的總體利用率不高，通常在5%～15%，與發(fā)達(dá)國(guó)家的20%相比還是有差距，因此對(duì)粉煤灰混凝土的性能進(jìn)行深入的研究，有利于粉煤灰混凝土的廣泛應(yīng)用[3]。

由于梁式試驗(yàn)方法能更好的模擬混凝土梁構(gòu)件在實(shí)際狀態(tài)下的受力情況，本文通過(guò)鋼筋和粉煤灰混凝土粘結(jié)試件的梁式試驗(yàn)，分析了2種不同錨固形式的鋼筋在粉煤灰混凝土梁中的粘結(jié)性能。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料及性質(zhì)

水泥采用普通硅酸鹽32.5R早強(qiáng)水泥，粉煤灰為Ⅱ級(jí)灰，粗骨料粒徑為2-8mm，密度為2640kg/m3；細(xì)骨料有兩種，一種是粒徑為0-2mm的天然河砂，密度為2570kg/m3，另一種是粒徑為0.1-0.35的細(xì)砂；減水劑采用SFA型高效減水劑。試驗(yàn)所用粉煤灰混凝土材料見(jiàn)表1。

表1 粉煤灰混凝土材料組成 Table 1 Mix ratio of fly ash concrete

1.2 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)總共澆筑了9根梁試件，根據(jù)其內(nèi)部鋼筋的錨固形式平均分為3組，試驗(yàn)所用梁尺寸均為700mm×150mm×150mm，保護(hù)層厚度均為20mm，在每組梁底部都配置兩根長(zhǎng)度為600mm，直徑12mm的HPB235級(jí)鋼筋，梁兩端有效黏結(jié)長(zhǎng)度相等且為60mm，未黏結(jié)部分通過(guò)PVC管套筒隔離。試件幾何尺寸見(jiàn)圖1。

圖1 鋼筋混凝土梁試件尺寸

圖1是未對(duì)PVC套管中的鋼筋進(jìn)行任何錨固措施，將其設(shè)為對(duì)照組組A，圖2和圖3是分別對(duì)梁試件底部鋼筋配置箍筋和以及在兩根鋼筋之間焊接橫向鋼筋，分別將其設(shè)為B組和C組鋼筋形式見(jiàn)下圖所示。

圖2 焊接橫向鋼筋

圖3 環(huán)狀鋼筋

1.3 試驗(yàn)梁加載

采用單點(diǎn)加載，試驗(yàn)梁兩端簡(jiǎn)支在承臺(tái)上，通過(guò)壓力傳感器控制加載力。在梁的跨中布置位移傳感器(LVDT)，用于測(cè)定梁跨中撓度和此時(shí)梁所承受荷載，傳感器每0.5秒收集一次數(shù)據(jù)，直至試件完全破壞。

圖4 試驗(yàn)梁加載現(xiàn)場(chǎng)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞形態(tài)

加載初期，混凝土梁撓度隨荷載增大而緩慢增大，梁試件表面開(kāi)始出現(xiàn)微小的橫向裂縫，荷載持續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)鋼筋與混凝土的粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到劈裂粘結(jié)應(yīng)力時(shí)，梁體底面的混凝土表層開(kāi)始脫落，繼續(xù)加載，裂縫迅速發(fā)展，荷載急劇減小，鋼筋喪失環(huán)向約束作用，混凝土梁試件發(fā)生劈裂破壞。詳細(xì)的破壞模式圖與裂紋見(jiàn)圖5所示。

圖5 試件破壞形態(tài)

2.2 試件破壞機(jī)理分析

在開(kāi)始對(duì)試樣施加應(yīng)力之后，應(yīng)力集中會(huì)部分破壞加載端鋼筋與混凝土之間的化學(xué)粘附力。之后，隨著載荷的繼續(xù)，肋條壓在混凝土上。先前產(chǎn)生的分離裂紋在載荷方向上延伸以產(chǎn)生傾斜裂紋。當(dāng)部分粘結(jié)斷開(kāi)時(shí)，由于鋼筋肋和混凝土的機(jī)械咬合以及鋼的不平整表面的摩擦效應(yīng)，梁可以繼續(xù)承受載荷。當(dāng)極限載荷作用下的載荷接近時(shí)，載荷端的裂紋迅速發(fā)展，同時(shí)發(fā)出裂紋聲，最終使梁失去承載力。

3 黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算

鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度是表征鋼筋與混凝土兩種性能不同的材料之間粘結(jié)錨固作用的主要判斷依據(jù)。其計(jì)算公式如下：

圖7：梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

表3 各試件黏結(jié)強(qiáng)度值 Table 3 Bond strength value of each test specimen

4 結(jié)論

本文進(jìn)行壓載試驗(yàn)，研究了3組不同錨固形式鋼筋在混凝土梁中的粘結(jié)錨固性能，現(xiàn)得到以下結(jié)論：

(1)從分析計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)看，B組和C組相對(duì)于A組其極限粘結(jié)強(qiáng)度有很大的提高大約40%，這表明對(duì)鋼筋進(jìn)行錨固措施后增強(qiáng)了鋼與混凝土之間的極限粘結(jié)應(yīng)力，從而極大地提高了鋼筋在現(xiàn)代混凝土中的粘結(jié)性能。

(2)對(duì)鋼筋進(jìn)行錨固措施后能顯著提高混凝土梁的抗壓與抗剪能力