高延性混凝土與帶肋鋼筋黏結(jié)性能試驗(yàn)研究

鄧明科，范洪侃，馬福棟,3，劉俊超，張 偉

(1.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西，西安 710055；2.西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與抗震教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西，西安 710055；3.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的形式趨于復(fù)雜，因此，對(duì)建筑材料提出了較高的要求。高延性混凝土(High Ductile Concrete, HDC)[1-5]，是一種短纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，具有高韌性、高抗裂性能和耐損傷能力，在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。研究表明，HDC應(yīng)用于混凝土裝配式框架梁-柱節(jié)點(diǎn)時(shí)，有效提高了框架節(jié)點(diǎn)的變形能力和耗能[6]；與RC 梁相比，塑性鉸區(qū)采用HDC后，試件的破壞形態(tài)有所改善，延性和耗能得到顯著提高[7]；HDC無(wú)腹筋梁發(fā)生剪切破壞時(shí)，其裂縫寬度相對(duì)較小，承載力下降緩慢，表現(xiàn)出較好的變形能力[8]。與高強(qiáng)混凝土剪力墻相比，HDC剪力墻的變形能力明顯提高[9-10]。HDC與鋼筋的黏結(jié)性能，是保證兩種材料共同工作的基礎(chǔ)。因此，為推廣HDC在實(shí)際工程中的應(yīng)用，研究HDC與帶肋鋼筋的黏結(jié)性能具有重要意義。

王洪昌[11]研究了埋置長(zhǎng)度、保護(hù)層厚度和鋼筋直徑對(duì)鋼筋與超高韌性水泥基復(fù)合材料的黏結(jié)強(qiáng)度的影響，并分析出埋置長(zhǎng)度規(guī)律；TOSHIYUKI等[12]發(fā)現(xiàn)：保護(hù)層厚度對(duì)ECC構(gòu)件力學(xué)性能影響較?。籆AMPIONE 等[13]、LI等[14 - 15]和HARAJLI[16 - 17]指出，鋼筋與鋼纖維混凝土具有較好的黏結(jié)性能，鋼纖維的摻入可有效限制試件裂縫的發(fā)展，提高其耐損傷性能。本課題組[18-19]已研究了鋼筋直徑、鋼筋外形、HDC抗壓強(qiáng)度、HDC彎曲韌性、HDC拉伸性能、保護(hù)層厚度、埋置長(zhǎng)度和纖維摻量對(duì)帶肋鋼筋與HDC黏結(jié)性能的影響；上述試驗(yàn)中HDC抗壓強(qiáng)度的變化范圍較小，且未考慮重復(fù)荷載作用對(duì)HDC與帶肋鋼筋黏結(jié)性能的影響。

因此，本文研究了單調(diào)與重復(fù)荷載作用下，不同強(qiáng)度HDC與帶肋鋼筋的黏結(jié)機(jī)理；分析了HDC抗壓強(qiáng)度、纖維種類(lèi)、纖維摻量和保護(hù)層厚度對(duì)HDC與帶肋鋼筋黏結(jié)性能的影響以及帶肋鋼筋與HDC黏結(jié)強(qiáng)度退化規(guī)律；建立帶肋鋼筋與HDC的黏結(jié)-滑移本構(gòu)模型，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析提供重要依據(jù)[20]。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了20組Losberg 試件[21]，Losberg 試件的黏結(jié)段位于試件中部，兩端用PVC管包裹，以減小端部效應(yīng)，試件形式如圖1所示，所有試件采用直徑16 mm 的HRB400級(jí)普通熱軋?jiān)卵览咪摻?，鋼筋黏結(jié)段為5 d，HDC試塊尺寸為150 mm×150mm×150mm，每組3個(gè)試件。

圖1 試件的尺寸Fig.1 Dimension of specimens

試件分組及參數(shù)變化見(jiàn)表1；試件編號(hào)如70V2-4表示試件立方體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為70MPa，纖維種類(lèi)為PVA 纖維，纖維體積摻量為2%，相對(duì)保護(hù)層厚度為4。其中V 為PVA 纖維，P為PP纖維，E 為PE 纖維，C為普通混凝土，相對(duì)保護(hù)層厚度(c/d)為鋼筋保護(hù)層厚度與鋼筋直徑比。

表1 試件設(shè)計(jì)參數(shù)Table1 Specimen design parameters

1.2 材料力學(xué)性能

HDC主要成分有：普通硅酸鹽水泥(PO·42.5)、Ⅱ級(jí)粉煤灰、石英砂、水、高效減水劑和聚乙烯醇(PVA)纖維、礦物摻合料，試件的配合比如表2所示。試件澆注時(shí)，每種配合比分別預(yù)留材性試塊，試件標(biāo)準(zhǔn)件養(yǎng)護(hù)56 d 后測(cè)得其力學(xué)性能，如表2所示，單軸拉伸采用15mm×50 mm×350mm啞鈴型試件，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)和加載裝置如圖2所示；纖維具體參數(shù)如表3所示。鋼筋均采用普通熱軋帶肋鋼筋HRB400級(jí)，其力學(xué)性能按《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》(GB/T 1499.2-2018)[22]測(cè)量，鋼筋的材性數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表2 試件的配合比及力學(xué)性能Table2 M ixing ratio and mechanical propertiesof specimens

圖2 單軸拉伸加載裝置及應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of uniaxial tension loading device and stress-strain curve

表3 PVA 纖維各項(xiàng)性能指標(biāo)Table3 Performance indicatorsof PVA

表4 鋼材的力學(xué)性能Table4 Material propertiesof steel

1.3 試驗(yàn)加載及測(cè)試內(nèi)容

試驗(yàn)采用MTSSANSCMT5105，10T 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，加載裝置如圖3所示。位移控制試驗(yàn)加載，加載速率為0.5mm/m in，重復(fù)加載制度見(jiàn)圖4，圖4中：F表示加載端的荷載，T表示加載時(shí)間，為單調(diào)加載時(shí)每組試件的峰值荷載平均值。試驗(yàn)中采集加載端的荷載和自由端的位移。

圖3 加載裝置示意圖Fig.3 Sketch of loading device

圖4 重復(fù)荷載加載制度Fig.4 Repeated load loading system

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及試件的黏結(jié)-滑移曲線(xiàn)

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

試件的破壞形態(tài)可分為完全劈裂破壞、拔出破壞和劈裂拔出破壞。

如圖5(a)、圖5(b)所示，未摻纖維的基體試件和普通混凝土試件主要發(fā)生完全劈裂破壞，當(dāng)加載到彈性段峰值荷載時(shí)，試件出現(xiàn)裂縫，隨后荷載再次上升，直至試件完全劈裂，加載結(jié)束；試件50V2-4發(fā)生拔出破壞；加載過(guò)程中，未出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂縫，試件的破壞形態(tài)見(jiàn)圖5(c)；剩余試件均發(fā)生劈裂拔出破壞，加載初期，自由端無(wú)滑移，試件處于彈性階段，當(dāng)達(dá)到峰值荷載時(shí)，靠近加載端處與鋼筋平行面出現(xiàn)裂縫，隨后，裂縫變寬，并向自由端延伸，荷載緩慢降低，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，試件最終發(fā)生劈裂拔出破壞。

圖5 試件的破壞形態(tài)Fig.5 Failuremodesof specimens

對(duì)于發(fā)生劈裂拔出破壞的試件，摻入PP纖維試件表面的裂縫寬度較大，裂縫完全延伸到自由端；摻入PE纖維試件的裂縫寬度較小，數(shù)量較多；摻入PVA 纖維的試件，其裂縫從加載端向自由端延伸的距離相比PP纖維試件較小；試件的裂縫隨纖維摻量的增加、保護(hù)層厚度的增加而減小。各試件的破壞形態(tài)見(jiàn)圖5。重復(fù)荷載作用下，帶肋鋼筋與HDC試件的破壞形態(tài)與單調(diào)荷載下的試件相同。

2.2 試件的黏結(jié)-滑移曲線(xiàn)及黏結(jié)機(jī)理

式中：P為加載端的荷載；d為鋼筋直徑；l為錨固長(zhǎng)度，取5d。

帶肋鋼筋與HDC的黏結(jié)力依舊由三部分組成：1)HDC膠凝材料與帶肋鋼筋表面的化學(xué)膠著力；2)帶肋鋼筋與HDC接觸面的摩擦力；3)帶肋鋼筋與HDC間的機(jī)械咬合力。

圖6為各個(gè)試件的τ-s關(guān)系曲線(xiàn)，由圖可得，帶肋鋼筋與HDC的黏結(jié)破壞過(guò)程可分為上升段、下降段和殘余段。

1)上升段：加載初期，自由端無(wú)滑移，黏結(jié)應(yīng)力主要由化學(xué)膠著力和靜摩擦力共同作用，此時(shí)試件處于彈性階段；當(dāng)荷載增大到峰值荷載的40%左右時(shí)，自由端開(kāi)始滑移，此時(shí)化學(xué)膠著力退出工作，黏結(jié)應(yīng)力主要為機(jī)械咬合力；在峰值荷載的80%左右到峰值荷載階段，HDC內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)徑向裂縫，但沒(méi)有延伸到試件側(cè)表面，此階段的黏結(jié)應(yīng)力繼續(xù)增大，曲線(xiàn)的斜率減小，黏結(jié)應(yīng)力由機(jī)械咬合力與動(dòng)摩擦力共同作用。

2)下降段：峰值荷載后，試件內(nèi)部的徑向裂縫逐漸延伸到試件表面，形成劈裂裂縫(若試件的黏結(jié)力較低，且HDC受的約束作用較強(qiáng)時(shí)，試件內(nèi)部的徑向裂縫不會(huì)延伸到試件表面)，HDC 對(duì)鋼筋的握裹力降低，同時(shí)，隨著自由端的不斷滑移，鋼筋肋間的HDC被剪斷，黏結(jié)應(yīng)力開(kāi)始降低，曲線(xiàn)開(kāi)始下降。

3)殘余段：當(dāng)自由端位移達(dá)到約8mm(約一個(gè)肋間距)后，此時(shí)鋼筋肋間的HDC完全被剪壞，黏結(jié)應(yīng)力由鋼筋與HDC之間的滑動(dòng)摩擦力控制，此時(shí)的摩擦系數(shù)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，黏結(jié)應(yīng)力趨于平穩(wěn)，曲線(xiàn)趨于平緩；當(dāng)自由端滑移約13mm 時(shí)，曲線(xiàn)出現(xiàn)小幅度上升，這是因?yàn)榘纬鲞^(guò)程中鋼筋肋間填滿(mǎn)了HDC粉末，導(dǎo)致試件的黏結(jié)力小幅提升。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 各因素對(duì)帶肋鋼筋與HDC黏結(jié)性能的影響

由圖6可得，試件自由端開(kāi)始滑移至峰值荷載的80%左右為滑移段，為便于計(jì)算曲線(xiàn)滑移段的黏結(jié)剛度，本文將試件自由端開(kāi)始滑移時(shí)至峰值荷載的80%定義為上升滑移段，且k1=(τ0.8-τc)/(s0.8-sc)，式中τ0.8為曲線(xiàn)上升段0.8倍的峰值應(yīng)力值，s0.8為τ0.8對(duì) 應(yīng)的自由端位移；τc為試件自由端開(kāi)始滑移時(shí)對(duì)應(yīng)的黏結(jié)應(yīng)力；sc為試件自由端開(kāi)始滑移時(shí)對(duì)應(yīng)的自由端位移，取0.001mm；試件下降段黏結(jié)剛度k2=(τu-τz)/(sz-su)，式中τz和sz為曲線(xiàn)下降段的明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)。圖7為試件的黏結(jié)-滑移曲線(xiàn)特征點(diǎn)示意圖。

圖6 試件的黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線(xiàn)Fig.6 Bond stress-slip curves of specimens

圖7 曲線(xiàn)的特征點(diǎn)Fig.7 Characteristic pointsof curves

結(jié)合試件的黏結(jié)應(yīng)力-自由端滑移曲線(xiàn)，可以得出各個(gè)試件的黏結(jié)強(qiáng)度τu、黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的自由端滑移量su、滑移段黏結(jié)剛度k1、下降段黏結(jié)剛度k2和 殘余黏結(jié)強(qiáng)度τr(對(duì)應(yīng)于曲線(xiàn)平穩(wěn)段的初始應(yīng)力)與黏結(jié)強(qiáng)度的比值為kr(殘余黏結(jié)強(qiáng)度系數(shù))，各試件的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，表中數(shù)值為各組試件的平均值。

3.1.1 HDC抗壓強(qiáng)度影響

由表5可得，單調(diào)荷載下，試件80V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度相比試件50V2-4和試件70V2-4分別提高了59.4%和11.8%；重復(fù)荷載后，試件70V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度相比試件50V2-4提高31.6%?？梢?jiàn)，HDC抗壓強(qiáng)度對(duì)帶肋鋼筋與HDC的黏結(jié)性能影響較大，抗壓強(qiáng)度提高，試件的黏結(jié)強(qiáng)度增大(單調(diào)和重復(fù)荷載作用下)。抗壓強(qiáng)度達(dá)到80MPa 時(shí)，試件的殘余黏結(jié)強(qiáng)度系數(shù)kr降低，說(shuō)明HDC 抗壓強(qiáng)度較大時(shí)，對(duì)試件殘余黏結(jié)強(qiáng)度的提高作用并不明顯。

3.1.2 纖維種類(lèi)影響

如表5所示，與試件70P2-4相比，單調(diào)荷載下，試件70V2-4 的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了39.5%和220.4%，試件70E2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了32.5%和66.8%；與試件70P2-4相比，重復(fù)荷載作用下，試件70V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了40.8%和238.9%，試件70E2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了40.8%和171.2%；因此可得，PVA纖維和PE 纖維對(duì)試件的黏結(jié)性能影響比PP纖維更明顯。這是因?yàn)椋豪w維橋連作用約束裂縫擴(kuò)展，對(duì)骨料咬合力及滑動(dòng)摩擦都有利；PVA 纖維和PE 纖維抗拉強(qiáng)度高于PP纖維，因此對(duì)HDC的約束作用較強(qiáng)，使得PVA 纖維和PE纖維試件的抗劈裂能力更強(qiáng)，試件產(chǎn)生裂縫寬度較小，致使HDC與鋼筋的握裹力，以及鋼筋與HDC之間的機(jī)械咬合作用增強(qiáng)；PE纖維抗拉強(qiáng)度比PVA 纖維高2.38倍，但試件裂縫處PVA 纖維與基體的黏結(jié)強(qiáng)度大于單個(gè)PE 纖維與基體的黏結(jié)強(qiáng)度，PVA 纖維試件更大的纖維橋連應(yīng)力約束了基體的開(kāi)裂，從而提高了握裹力，因此，摻入PVA 纖維試件的黏結(jié)強(qiáng)度更高。

3.1.3 纖維摻量影響

由表5可得，纖維摻量增加可提高鋼筋與HDC試件的黏結(jié)性能；相比試件70V1-4，單調(diào)荷載作用下，當(dāng)纖維摻量從1%提高到1.5%時(shí)，試件70V1.5-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度系數(shù)分別提高了9.8%和21.5%；當(dāng)纖維摻量從1.5%提高到2%時(shí)，試件70V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別比試件70V1.5-4提高了11.2%和45.8%；重復(fù)荷載后，當(dāng)纖維摻量從1%提高到2%時(shí)，試件70V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了3.1%和95%。纖維摻量在1%-2%范圍內(nèi)時(shí)，隨著纖維摻量的增加，纖維橋聯(lián)應(yīng)力的約束效果增強(qiáng)，致使HDC對(duì)鋼筋的握裹力提高，鋼筋與HDC之間的機(jī)械咬合作用增強(qiáng)，從而提高了鋼筋與HDC的黏結(jié)性能。

表5 試件的試驗(yàn)結(jié)果Table5 Test results of specimens

3.1.4 保護(hù)層厚度影響

如表5所示，相比試件70V2-1，單調(diào)荷載作用下，試件70V2-2的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了13.9%和30.5%，試件70V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度提高了16.6%和122.7%；重復(fù)荷載作用后，試件70V2-2的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了1.5%和15.1%，試件70V2-4的黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度提高了26.0%和126.9%。說(shuō)明保護(hù)層越大，HDC對(duì)劈裂裂縫的約束作用越強(qiáng)，因此HDC與鋼筋的黏結(jié)性能增強(qiáng)。當(dāng)保護(hù)層增大到一定程度(c/d=2)后，約束接近上限，試件的黏結(jié)強(qiáng)度提高幅度減小。

3.2 單調(diào)荷載與重復(fù)荷載作用下試件黏結(jié)性能對(duì)比

表6為各試件在重復(fù)荷載作用后，采用單調(diào)荷載加載至破壞所得試驗(yàn)結(jié)果，表中

表6 單調(diào)及重復(fù)荷載作用后各試件的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table6 Comparison of test resultsof each specimen under monotonic and cyclic repeated load

1)黏結(jié)強(qiáng)度

2)殘余黏結(jié)強(qiáng)度

3.3 HDC、基體和普通混凝土黏結(jié)性能的對(duì)比

由圖5(d)、圖5(g)和圖5(h)可以看出，纖維的橋聯(lián)作用為HDC試件提供了良好的裂縫約束作用；試件在峰值荷載后，曲線(xiàn)緩慢下降，當(dāng)鋼筋與周?chē)腍DC發(fā)生了較大的位移時(shí)，曲線(xiàn)趨于穩(wěn)定，試件具有一定的殘余強(qiáng)度，經(jīng)歷了較大塑性變形后發(fā)生破壞；HDC與鋼筋發(fā)生具有延性的劈裂-拔出破壞；如圖5(i)所示，鋼筋肋間的HDC被磨平，說(shuō)明HDC試件的黏結(jié)破壞是由于鋼筋肋間HDC被剪斷所致。普通混凝土試件發(fā)生脆性劈裂破壞，峰值荷載時(shí)，試件破壞并喪失承載能力，具有明顯的脆性特征。

與基體試件相比，試件70P2-4、70V2-4和70E2-4的黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了56.6%、118%和107.4%，且峰值荷載后具有殘余黏結(jié)強(qiáng)度，說(shuō)明纖維橋聯(lián)作用可抑制試件的裂縫發(fā)展，提高其抗裂能力；纖維的摻入可提高帶肋鋼筋與HDC 的黏結(jié)性能。

文獻(xiàn)[18]指出，抗壓強(qiáng)度較低時(shí)，帶肋鋼筋與HDC的黏結(jié)強(qiáng)度稍低于普通混凝土；本文中，如圖8所示，HDC試件(纖維種類(lèi)為PVA)的黏結(jié)強(qiáng)度大于混凝土試件，黏結(jié)強(qiáng)度提高了24.8%，且試件具有殘余黏結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)抗壓強(qiáng)度較低(50MPa)時(shí)，由于HDC不含粗骨料，水泥石強(qiáng)度遠(yuǎn)低于骨料強(qiáng)度，致使HDC與帶肋鋼筋的機(jī)械咬合力小于普通混凝土，所以混凝土試件的黏結(jié)強(qiáng)度略大于HDC試件；抗壓強(qiáng)度較高(70MPa)時(shí)，試件的黏結(jié)強(qiáng)度較高，對(duì)于普通混凝土而言，由于其脆性特點(diǎn)，鋼筋與混凝土間發(fā)生較小滑移時(shí)，由于保護(hù)層劈裂而破壞，對(duì)于HDC試件而言，水泥石和粗骨料的強(qiáng)度差相對(duì)較小，HDC內(nèi)部的纖維橋聯(lián)作用提高了HDC的抗劈裂能力，使得鋼筋與HDC間發(fā)生較大滑移時(shí)，鋼筋肋與HDC 之間的機(jī)械咬合作用充分發(fā)揮，因此，HDC與帶肋鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度大于普通混凝土。

圖8 HDC、基體、混凝土黏結(jié)性能對(duì)比Fig.8 Comparison of bond behavior of HDC,matrix and concrete

如圖8所示，重復(fù)荷載下，HDC試件的黏結(jié)強(qiáng)度均大于基體和普通混凝土試件。與基體試件和混凝土試件相比，HDC試件的黏結(jié)強(qiáng)度分別提高了44.8%和10%；表6指出，基體試件、普通混凝土試件和HDC試件的黏結(jié)強(qiáng)度退化系數(shù)均大于1，說(shuō)明重復(fù)荷載或單調(diào)荷載作用下，試件的黏結(jié)強(qiáng)度退化差別較小。

4 帶肋鋼筋與HDC黏結(jié)性能分析

4.1 黏結(jié)強(qiáng)度

文獻(xiàn)[18]分析了鋼筋直徑、HDC強(qiáng)度、保護(hù)層厚度和纖維摻量對(duì)HDC與帶肋鋼筋黏結(jié)性能的影響，并結(jié)合試件的破壞形態(tài)以及黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線(xiàn)的特征點(diǎn)，針對(duì)不同的破壞形態(tài)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸，給出了黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式：

拔出破壞：

劈裂-拔出破壞：

式(2)適用于試件50V2-4；試件50V2-4 的計(jì)算值為15.65 MPa，試驗(yàn)值為15.52 MPa，式(3)是基于抗壓強(qiáng)度為27-60MPa 的試驗(yàn)結(jié)果回歸得到，HDC試件黏結(jié)強(qiáng)度小于同等抗壓強(qiáng)度普通混凝土試件；本試驗(yàn)發(fā)生劈裂-拔出破壞的試件其立方體抗壓強(qiáng)度變化范圍為70MPa～80MPa，HDC試件黏結(jié)強(qiáng)度大于相同等級(jí)的普通混凝土試件，因此式(3)不適用于本次試驗(yàn)。

對(duì)于HDC強(qiáng)度較高、摻入PVA 纖維且試件發(fā)生劈裂拔出破壞的試件，采用保護(hù)層厚度c/d、HDC抗折強(qiáng)度，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸出黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式為：

表7列出了各個(gè)試件黏結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算值和試驗(yàn)值，且計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好。

表7 計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較Table7 7Comparison between calculated and experimental values

4.2 黏結(jié)滑移本構(gòu)模型

HDC與帶肋鋼筋的黏結(jié)滑移曲線(xiàn)可由上升段、下降段和殘余段三部分組成。為便于分析，HDC與帶肋鋼筋的黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系可采用以下三段式模型[23]：

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以回歸得到上升段參數(shù) α=0.15，相關(guān)系數(shù) ρ =0.9856；則帶肋鋼筋與HDC黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系為：

圖9為HDC試件在單調(diào)荷載作用下模型曲線(xiàn)與試驗(yàn)曲線(xiàn)的對(duì)比，由圖可得，模型曲線(xiàn)與試驗(yàn)曲線(xiàn)吻合較好。

圖9 試驗(yàn)曲線(xiàn)與模型曲線(xiàn)的對(duì)比Fig.9 Comparison of experimental curvesand model curves

5 結(jié)論

通過(guò)20組試件的拔出試驗(yàn)，研究了單調(diào)與重復(fù)荷載作用下HDC抗壓強(qiáng)度、纖維種類(lèi)、纖維摻量和保護(hù)層厚度對(duì)帶肋鋼筋與HDC 的黏結(jié)性能的影響，得出了以下結(jié)論：

(1) HDC中的短纖維提高了帶肋鋼筋肋間HDC的抗剪強(qiáng)度，抑制了試件裂縫發(fā)展，提高了其黏結(jié)性能；抗壓強(qiáng)度較高(70MPa)時(shí)，HDC試件的黏結(jié)強(qiáng)度大于普通混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度。

(2)提高抗壓強(qiáng)度和增加纖維摻量，黏結(jié)強(qiáng)度增幅分別為59.4%和118.4%，摻入PVA 纖維和PE 纖維較摻入PP纖維黏結(jié)強(qiáng)度提高均大于30.0%；黏結(jié)強(qiáng)度隨相對(duì)保護(hù)層厚度增加而提高。

(3)重復(fù)荷載后，當(dāng)試件相對(duì)保護(hù)層厚度為4時(shí)，相較于PP和PE 纖維，采用PVA 纖維可使(重復(fù)荷載作用后與單調(diào)荷載作用下黏結(jié)強(qiáng)度比值)大于1，分別提高了14.2%和7.4%。纖維種類(lèi)和相對(duì)保護(hù)層厚度是試件黏結(jié)強(qiáng)度受否退化的關(guān)鍵因素。

(4)重復(fù)荷載后，當(dāng)試件抗壓強(qiáng)度為70MPa時(shí)，纖維體積摻量為2%可使(重復(fù)荷載作用后與單調(diào)荷載作用下殘余黏結(jié)強(qiáng)度比值)大于1，相較于抗壓強(qiáng)度50MPa 和纖維體積摻量為1%，分別提高了8.4%和30.3%?？箟簭?qiáng)度和纖維摻量提高對(duì)試件殘余黏結(jié)強(qiáng)度的退化抑制作用明顯。

(5)建立了單調(diào)荷載作用下帶肋鋼筋與HDC的黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式及黏結(jié)-滑移本構(gòu)模型，并且與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。