新型鋼筋與混凝土黏結(jié)本構(gòu)關(guān)系的試驗(yàn)研究*

陳 宇, 商懷帥, 馮海暴, 隋杰英, 解宗龍

(1 青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，青島 266033；2 中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；3 中建八局第一建設(shè)有限公司，濟(jì)南 200062)

0 引言

我國是一個(gè)海洋大國,擁有漫長的海岸線,近些年隨著共建“一帶一路”倡議的提出,沿線各國興建了大量的海洋基礎(chǔ)設(shè)施,如跨海大橋、海底隧道、港口碼頭等。這些建筑由于常年暴露在海洋環(huán)境中,經(jīng)常受到海水沖刷侵蝕,加劇了混凝土中的鋼筋銹蝕,而鋼筋銹蝕會(huì)導(dǎo)致鋼筋與混凝土間的黏結(jié)性能退化,使得結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)[1]。

為此國內(nèi)外學(xué)者開展了大量銹蝕前后鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的試驗(yàn)研究。趙羽習(xí)等[2]等進(jìn)行了光圓鋼筋和變形鋼筋銹蝕前后中心拔出試驗(yàn),建立了不同類型的銹蝕鋼筋與混凝土黏結(jié)-滑移關(guān)系退化模型;Lee等[3]基于拔出試驗(yàn)研究了鋼筋銹蝕對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響,并將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析;楊海峰等[4]通過鋼筋開槽內(nèi)貼片的方法,分析黏結(jié)-滑移曲線沿錨固位置的變化,建立了銹后鋼筋與再生混凝土黏結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系;侯利軍等[5]以銹蝕程度、黏結(jié)錨固長度等為影響因子研究了黏結(jié)強(qiáng)度退化規(guī)律,建立了銹蝕鋼筋與鋼纖維混凝土黏結(jié)強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式。

除了在普通材料領(lǐng)域的研究,在新材料應(yīng)用方面對(duì)銹蝕前后鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能研究內(nèi)容也比較豐富,主要有FRP鋼筋、BFRP鋼筋、GFRP鋼筋和新型高強(qiáng)鋼筋等[4-5]。當(dāng)前有一種由何滿潮院士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的呈現(xiàn)負(fù)泊松比效應(yīng)(單軸拉伸作用時(shí)側(cè)面會(huì)出現(xiàn)微膨脹現(xiàn)象)的NPR新型鋼筋,其相較于普通鋼筋具有伸長率高、吸能強(qiáng)、抗磁化等優(yōu)點(diǎn)[6],但是受其價(jià)格昂貴、外形設(shè)計(jì)等因素影響,目前只是作為一種錨索結(jié)構(gòu)應(yīng)用于巖土力學(xué)工程領(lǐng)域。要探究NPR新型鋼筋能否實(shí)際應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域,以提高海洋建筑結(jié)構(gòu)抗腐蝕性能,開展銹蝕前后NPR新型鋼筋與混凝土的黏結(jié)機(jī)理的研究就顯得極為重要。

試驗(yàn)以鋼筋類型、鋼筋銹蝕程度和黏結(jié)錨固長度為參數(shù),制作中心拉拔試件,然后通電加速鋼筋銹蝕,繼而開展中心拉拔試驗(yàn),研究銹蝕前后NPR新型鋼筋與混凝土間的黏結(jié)性能。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50152—2012)[7],試件尺寸為150×150×150,鋼筋位于試件的中心,鋼筋直徑d均為18mm,試件如圖1所示。試驗(yàn)中制作2組不同鋼筋類型(NPR新型鋼筋、普通鋼筋)、4種銹蝕率ρ(0%、1%、2%、3%)、2種黏結(jié)錨固長度(5d、7d),共計(jì)48個(gè)鋼筋混凝土試件。鋼筋中部黏結(jié)區(qū)段長度為90、126mm,近似認(rèn)為整個(gè)黏結(jié)區(qū)段的應(yīng)力分布是均勻的。為了盡可能減少試件加載端混凝土受到的局部擠壓作用對(duì)黏結(jié)區(qū)段應(yīng)力分布的影響,減小試驗(yàn)誤差,在鋼筋的兩端非黏結(jié)區(qū)段長度分別為30、12mm用PVC管套住,在PVC管的端部與鋼筋縫隙注入石蠟密封,以避免混凝土砂漿沿縫隙滲入其中。

圖1 試件示意圖

1.2 試驗(yàn)原材料及配合比

試驗(yàn)海洋工程混凝土配制采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥;粗骨料采用粒徑為5～25mm的石灰石碎石;細(xì)集料采用級(jí)配良好的天然河砂,含泥量經(jīng)檢驗(yàn)合格,細(xì)度模數(shù)為中砂;水取自青島本地自來水。試驗(yàn)所用混凝土配合比情況如圖2所示。考慮到混凝土未來要應(yīng)用于海洋工程結(jié)構(gòu),制備過程中摻加一定比例的引氣劑、高性能減水劑以及礦粉等來替代部分水泥,一定程度上可以改善海洋工程混凝土的微觀性能,以達(dá)到提高其抗凍融、抗?jié)B透效果。

圖2 混凝土配合比

依據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50081—2019 )[8]制備邊長為150mm的混凝土立方體試塊,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d以后測試試塊的抗壓強(qiáng)度,海洋工程混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,實(shí)測抗壓強(qiáng)度fcu為41.75MPa,鋼筋材料采用直徑18mm的NPR新型鋼筋、普通鋼筋,圖3為試驗(yàn)中NPR新型鋼筋,兩種鋼筋幾何參數(shù)見表1。

表1 鋼筋幾何參數(shù)

圖3 NPR新型鋼筋

1.3 鋼筋拉伸試驗(yàn)

為探究NPR新型鋼筋的力學(xué)性能,參照《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》(GB/T 228.1—2010),采用伺服萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)NPR新型鋼筋以及普通鋼筋分別進(jìn)行軸向拉伸試驗(yàn),引伸計(jì)夾在中間部位,標(biāo)距為100mm,鋼筋達(dá)到屈服階段摘下引伸計(jì),試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)由自動(dòng)采集儀紀(jì)錄。

1.4 鋼筋銹蝕試驗(yàn)裝置

試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d以后,放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%氯化鈉溶液中完全浸泡3d,再進(jìn)行通電銹蝕試驗(yàn)。采用鋼筋銹蝕常用的全浸入恒定電流加速法獲得銹蝕鋼筋試件,通電試驗(yàn)過程中試件完全浸泡于溶液中,控制液面略低于試件上表面1cm左右,以避免出現(xiàn)短路現(xiàn)象,對(duì)試件底部外露鋼筋涂抹環(huán)氧樹脂、纏繞保鮮膜以及絕緣膠帶等措施,防止底部鋼筋可能出現(xiàn)漏電影響銹蝕試驗(yàn)效果。試驗(yàn)鋼筋與MS305D直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的正極連接,電源負(fù)極與銅片連接,試件與試件之間采取并聯(lián)方式,加速銹蝕試驗(yàn)裝置如圖4所示。通過法拉第電解定律,計(jì)算鋼筋達(dá)到設(shè)計(jì)銹蝕率需要的時(shí)間,銹蝕試驗(yàn)過程中由于溶液濃度以及試件電阻的變化,需要每隔4～7h手動(dòng)調(diào)節(jié)電流大小,以保持電流強(qiáng)度的恒定。

圖4 銹蝕試驗(yàn)裝置

1.5 中心拉拔試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)加載裝置如圖5所示。上部夾具固定住加載框架,試件加載端鋼筋穿過底部鋼板中心,下部夾具夾緊鋼筋。試驗(yàn)在800kN伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,連接量程為200kN的壓式荷載傳感器,在試件底部與荷載傳感器之間墊一塊150mm的正方形鋼板,以避免應(yīng)力集中對(duì)黏結(jié)的影響。試件加載時(shí)采用速率為0.1kN/s的荷載控制加載方式,連續(xù)加載直至試件發(fā)生破壞。試件加載端(下)和自由端(上)分別布置位移傳感器,采用DH3817F靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖5 拉拔試驗(yàn)加載裝置

2 鋼筋力學(xué)性能分析

NPR新型鋼筋以及普通鋼筋HRB400的具體力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

表2 鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)

在參考文獻(xiàn)[9]中提出的關(guān)于普通鋼筋的本構(gòu)關(guān)系模型(理論模型)的基礎(chǔ)上,結(jié)合本次試驗(yàn)得到的NPR新型鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線趨勢特征,提出了關(guān)于NPR新型鋼筋的本構(gòu)關(guān)系模型(試驗(yàn)?zāi)Ｐ?關(guān)系表達(dá)式,如式(1)所示。

(1)

式中:σy、εy分別為鋼筋彈性階段與屈服階段轉(zhuǎn)折點(diǎn)處應(yīng)力、應(yīng)變;σu、εu分別為強(qiáng)化階段與破壞階段轉(zhuǎn)折點(diǎn)處應(yīng)力、應(yīng)變。

理論模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)果曲線對(duì)比見圖6,由圖可見,理論模型結(jié)果與本文提出的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢烧咔€吻合程度較高,說明本文提出的NPR新型鋼筋本構(gòu)關(guān)系模型具有一定的普適性。

圖6 理論模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比

與文獻(xiàn)[9]中普通鋼筋本構(gòu)關(guān)系模型對(duì)比可知,NPR新型鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要由彈性階段、強(qiáng)化階段兩部分組成,沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅;NPR新型鋼筋沒有類似于普通鋼筋的破壞階段,在達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)突然破壞。此外,NPR新型鋼筋的極限伸長率比較高,約為普通鋼筋的1.75倍,作為一種能適應(yīng)大變形的材料,未來在調(diào)整構(gòu)件局部超屈服應(yīng)力以及減少結(jié)構(gòu)脆性破壞等方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3 銹蝕試驗(yàn)結(jié)果

3.1 鋼筋銹蝕形態(tài)

圖7為典型的NPR鋼筋銹蝕形態(tài),圖中鋼筋從左至右目標(biāo)銹蝕率分別為0%、1%、2%、3%。由圖可見,相較于未銹蝕鋼筋的表面形態(tài),目標(biāo)銹蝕率為1%的鋼筋有少量銹斑,肋紋有輕微損傷;目標(biāo)銹蝕率為2%的鋼筋銹蝕面積顯著增大,銹坑數(shù)量增多,肋凸出表面高度相對(duì)減小,且縱向順鋼筋方向銹坑之間逐漸貫通;目標(biāo)銹蝕率為3%的鋼筋銹坑之間連成一片,銹蝕嚴(yán)重,鋼筋表面凹凸起伏更加平緩,鋼筋表面凸出的肋損失非常嚴(yán)重。此外,綜合對(duì)比分析不同銹蝕率的NPR鋼筋表面形態(tài)變化可以發(fā)現(xiàn),隨著銹蝕率的增加,鋼筋肋損失逐漸加重,銹坑面積逐漸擴(kuò)大,凹凸起伏逐漸放緩,肋前混凝土粉末量逐漸減少且分散,橫向不同肋紋路之間、縱向順紋路之間銹蝕分布的不均勻程度越來越明顯。

3.2 試件銹脹現(xiàn)象

銹蝕試驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后,塑料桶中溶液的底部會(huì)出現(xiàn)大量的紅褐色沉淀,尤其在試件端部,即鋼筋與混凝土交界處滲出的紅褐色沉淀數(shù)量最多,且銅片表面析出一層銀白色固體,隨著通電銹蝕時(shí)間的延長,銹蝕產(chǎn)物數(shù)量不斷增多。在銹蝕試驗(yàn)過程中,受銹蝕產(chǎn)物分布不均勻且體積大小變化無規(guī)則等因素影響,部分試件沿著順筋方向出現(xiàn)銹脹裂紋現(xiàn)象,試件發(fā)生銹脹破壞,見圖8。

4 拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試件破壞模式

NPR新型鋼筋混凝土試件、普通鋼筋混凝土對(duì)比試件均呈現(xiàn)劈裂破壞模式,如圖9所示。

圖9 試件破壞形態(tài)

試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),NPR新型鋼筋、普通鋼筋混凝土試件的破壞情況主要有三種:第一種是未銹蝕及輕微銹蝕試件(0%≤ρ<1%),試驗(yàn)加載過程中由于缺少箍筋的環(huán)向約束作用,在接近極限荷載時(shí),試件會(huì)突然發(fā)出“嘭”的聲響,沿順筋方向產(chǎn)生縱向裂縫,并瞬間劈裂為2～4部分;第二種是中等銹蝕率的試件(1%≤ρ<2%),銹蝕作用會(huì)導(dǎo)致鋼筋與混凝土間化學(xué)膠著力被破壞,黏結(jié)強(qiáng)度出現(xiàn)一定程度下降,試件在達(dá)到極限拉拔力的70%～80%左右時(shí),加載端端部會(huì)出現(xiàn)細(xì)小縱向裂縫,且隨著拉拔荷載的持續(xù)增加,裂縫逐漸變寬并延伸貫穿至整個(gè)截面;第三種是銹蝕比較重的試件(ρ≥2%),試件在達(dá)到極限拉拔力的60%～70%左右時(shí),出現(xiàn)細(xì)微縱向裂縫,從破壞后試件的截面觀察發(fā)現(xiàn),破壞截面主要沿試件內(nèi)部銹蝕情況較嚴(yán)重的縫隙產(chǎn)生。部分銹蝕嚴(yán)重的試件拉拔試驗(yàn)前就會(huì)有銹脹裂縫產(chǎn)生,試驗(yàn)過程中銹脹裂縫不斷擴(kuò)大。

4.2 鋼筋類型對(duì)黏結(jié)性能的影響

圖10為未銹蝕以及黏結(jié)長度5d的普通鋼筋、NPR新型鋼筋與混凝土的黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線,圖中RCP-5d-A1代表普通鋼筋混凝土第一個(gè)試件(黏結(jié)長度5d),RCN-5d-A3代表NPR新型鋼筋混凝土第3個(gè)試件,依此類推。由圖10可見,普通鋼筋、NPR新型鋼筋混凝土試件發(fā)生劈裂破壞,曲線僅存在上升段。對(duì)比圖中各曲線可以發(fā)現(xiàn),同種類型鋼筋與混凝土的黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線斜率接近,且NPR新型鋼筋混凝土試件的曲線斜率低于普通鋼筋;普通鋼筋混凝土試件對(duì)應(yīng)的峰值黏結(jié)應(yīng)力為9.59～10.98MPa,平均滑移量為1.696～2.220mm,而NPR新型鋼筋混凝土試件對(duì)應(yīng)的峰值黏結(jié)應(yīng)力為9.03～9.90MPa,平均滑移量為2.874～3.251mm,即NPR新型鋼筋混凝土試件的峰值黏結(jié)應(yīng)力約為普通鋼筋的92.84%,略低于普通鋼筋混凝土試件;而NPR新型鋼筋混凝土試件的極限平均滑移量約為普通鋼筋的1.59倍,遠(yuǎn)高于普通鋼筋。未銹蝕的光圓鋼筋混凝土試件的峰值黏結(jié)應(yīng)力約為普通鋼筋的78.70%,極限平均滑移量為普通鋼筋的78%[10]。

圖10 平均黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線

現(xiàn)有研究表明,當(dāng)鋼筋的肋面角在40°～105°時(shí),橫肋與混凝土間的鍥作用已足夠阻止相對(duì)滑移,黏結(jié)作用失效于肋前混凝土的局部擠碎,滑移也主要是破碎混凝土的變形[11];而NPR新型鋼筋的肋面角小于30°,鍥作用不足以抵抗鋼筋與混凝土間的滑移,故相對(duì)于普通鋼筋,滑移會(huì)大大增加,黏結(jié)強(qiáng)度略微降低。

由此可見,鋼筋的表面形狀能顯著影響鋼筋與混凝土間的黏結(jié)性能,NPR新型鋼筋受螺旋狀外形限制,其對(duì)滑移的限制效果不如普通鋼筋。

4.3 鋼筋銹蝕率對(duì)極限黏結(jié)強(qiáng)度的影響

定義βu為極限黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù),即為任意銹蝕率試件極限黏結(jié)強(qiáng)度實(shí)測值與對(duì)應(yīng)的未銹蝕試件極限黏結(jié)強(qiáng)度之比[12]。NPR新型鋼筋、普通鋼筋試件(黏結(jié)錨固長度為5d)的銹蝕率ρ與黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)βu關(guān)系見圖11,并將結(jié)果與文獻(xiàn)[2]中帶肋變形鋼筋的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,分別得到銹蝕NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)βu1、βu2表達(dá)式,分別見式(2)、(3)。

圖11 銹蝕率ρ-極限黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)βu

βu1=1+0.246 1ρ-0.214 1ρ2+0.029 9ρ3(ρ≤4%)

(2)

βu2=1+0.065 7ρ+0.067 8ρ2-0.039 9ρ3(ρ≤4%)

(3)

由式(2)、(3)可求得任意銹蝕率下NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度。

從圖中11的銹蝕率ρ-黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)βu關(guān)系曲線可以看到,當(dāng)NPR新型鋼筋的銹蝕率相對(duì)較低時(shí)(ρ<1%左右),βu1>1,極限黏結(jié)強(qiáng)度略有提高,從無銹蝕時(shí)的9.57MPa增加到峰值10.39MPa,相對(duì)增加了8.57%;當(dāng)NPR新型鋼筋的銹蝕率ρ>1%左右時(shí),βu1<1,極限黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)成下降趨勢,隨著銹蝕率的增大,下降趨勢逐漸放緩。而本次試驗(yàn)普通鋼筋的銹蝕率在1.5%～2%左右時(shí),極限黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到峰值,對(duì)應(yīng)的極限黏結(jié)強(qiáng)度為12.38MPa,相對(duì)增加了20.08%,這與文獻(xiàn)[2]中鋼筋的銹蝕率在1.0%～2.5%、βu>1時(shí)的結(jié)果較為相似。

對(duì)比NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土間黏結(jié)強(qiáng)度隨銹蝕率的變化可以發(fā)現(xiàn),發(fā)生輕微銹蝕時(shí),銹蝕對(duì)NPR新型鋼筋與混凝土的黏結(jié)性能提升效果不如普通鋼筋。

4.4 鋼筋錨固長度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

(4)

(5)

對(duì)比文獻(xiàn)[5]的試驗(yàn)結(jié)果,可以看出,NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度均隨著黏結(jié)錨固長度增加而有所減小,這是由于黏結(jié)錨固長度為5d時(shí),加載端的拉拔力通過鋼筋與混凝土界面的黏結(jié)應(yīng)力傳遞到自由端距離較短,加載端與自由端黏結(jié)應(yīng)力差值較小[5],而當(dāng)黏結(jié)錨固長度為7d時(shí),黏結(jié)應(yīng)力的傳遞距離增長,導(dǎo)致黏結(jié)應(yīng)力分布更加不均勻[13]。

當(dāng)鋼筋未銹蝕時(shí),NPR新型鋼筋黏結(jié)錨固長度5d、7d的相應(yīng)黏結(jié)強(qiáng)度均值分別為9.59、8.45MPa,黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低了11.89%;銹蝕率為1%左右時(shí),黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低了2.38%;銹蝕率為2%左右時(shí),黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低了11.17%;銹蝕率為3%左右時(shí),黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低了15.97%。由此可見,隨著銹蝕率的增加,NPR新型鋼筋與混凝土間的黏結(jié)應(yīng)力不均勻程度會(huì)加劇發(fā)展,進(jìn)而導(dǎo)致黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低幅度更大。

此外,對(duì)比NPR新型鋼筋的變化規(guī)律,普通鋼筋黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低了2.42%,降低幅度要低于NPR新型鋼筋,表明黏結(jié)錨固長度的變化對(duì)NPR新型鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度的影響比普通鋼筋更為顯著。

5 極限黏結(jié)強(qiáng)度預(yù)測

根據(jù)式(2)～(5)可知,NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度與鋼筋銹蝕率、黏結(jié)錨固長度直接相關(guān),兩大參數(shù)之間存在耦合,而常用的分析模型經(jīng)常忽略耦合效應(yīng),人為地將參數(shù)之間相互獨(dú)立處理[14]。

基于統(tǒng)計(jì)分析,分別擬合得到銹蝕前后NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土間極限黏結(jié)強(qiáng)度τu1、τu2表達(dá)式,分別見式(6)、(7)。

式中τ0u為未銹蝕試件(la/d=5d)的極限黏結(jié)強(qiáng)度均值。

采用式(6)、(7)分別對(duì)不同銹蝕率、黏結(jié)錨固長度的銹蝕NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測,并將其試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,如圖12所示。其中NPR新型鋼筋混凝土極限黏結(jié)強(qiáng)度的實(shí)測值與計(jì)算值比值的平均值為1.035,方差為0.0257;普通鋼筋混凝土極限黏結(jié)強(qiáng)度的實(shí)測值與計(jì)算值比值的平均值為1.0296,方差為0.0104。

圖12 計(jì)算與試驗(yàn)得到的極限黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)比

表3給出了部分NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土極限黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)及擬合結(jié)果。由表3可見,擬合得到的本構(gòu)關(guān)系模型的擬合值與試驗(yàn)值吻合度比較高,進(jìn)而驗(yàn)證了NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土極限黏結(jié)強(qiáng)度表達(dá)式合理性。

表3 部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

6 結(jié)論

(1)NPR新型鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線由彈性階段、強(qiáng)化階段兩部分組成,沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅;其極限伸長率比較高,約為普通鋼筋的1.75倍。

(2)NPR新型鋼筋混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度約為普通鋼筋的92.84%,低于普通鋼筋混凝土;鋼筋的表面形狀能顯著影響鋼筋與混凝土間的黏結(jié)性能,NPR新型鋼筋的受螺旋狀外形限制,其對(duì)滑移的限制效果不如普通鋼筋。

(3)NPR新型鋼筋的銹蝕率相對(duì)較低時(shí),極限黏結(jié)強(qiáng)度略有提高,銹蝕率ρ在1%左右,達(dá)到峰值;而普通鋼筋的銹蝕率在1.5%～2%左右時(shí),極限黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到峰值。

(4)NPR新型鋼筋、普通鋼筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度均隨著黏結(jié)錨固長度增加而有所減小;隨著銹蝕率的增加,NPR新型鋼筋與混凝土間的黏結(jié)應(yīng)力不均勻程度會(huì)加劇發(fā)展,使得黏結(jié)錨固長度為7d比5d的試件黏結(jié)強(qiáng)度降低幅度更大;黏結(jié)錨固長度的變化,對(duì)NPR新型鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度的影響比普通鋼筋更為顯著。

(5)NPR新型鋼筋銹蝕率在4%范圍內(nèi),建立的NPR新型鋼筋與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度關(guān)系式具有良好的適用性。