再生混凝土鋼筋錨固性能分析

程東輝 何國玉 孫常海

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

再生混凝土鋼筋錨固性能分析

程東輝 何國玉 孫常海

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

介紹了再生混凝土與鋼筋間的粘結機理以及粘結滑移本構模型，對再生混凝土與鋼筋粘結強度的影響因素進行闡述，并總結了再生混凝土與鋼筋的粘結強度計算模型。

τ-s本構關系，粘結強度，再生混凝土

0 引言

隨著建筑業的發展，建筑垃圾與日俱增，隨之帶來嚴重的環境污染和資源浪費。再生混凝土的出現不僅使上述問題迎刃而解，也可以節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強度。由于再生骨料表面附著大量水泥砂漿，導致鋼筋與再生混凝土之間的粘結性能與普通混凝土存在差異。因此，對于再生混凝土鋼筋錨固的深入研究具有重要意義。

1 粘結機理

王博等[1]通過拉拔試驗探討了化學膠著力、摩擦力和機械咬合力隨拉拔力的變化規律如下：

1)當拉拔力較小時，鋼筋與混凝土界面間的粘結力主要由化學膠著力提供；當拉拔力達到一定值時，化學膠著力喪失，機械咬合力和摩擦力開始發揮作用；

2)當拉拔力達到某一值前，摩擦力變化不大，當拉拔力超過該值后，摩擦力開始不斷減小；

3)機械咬合力在開始發揮作用后不斷增大，至拉拔力達到某一值后，機械咬合力不斷減小。

2 研究現狀

2.1粘結滑移本構模型

再生混凝土與鋼筋間的粘結—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滑移曲線形狀也與普通混凝土相似。眾多學者通過閱讀大量文獻及對試驗數據研究分析，得出再生混凝土與鋼筋間的粘結—滑移本構關系如下：

1)同濟大學的肖建莊等[2]通過拔出試驗，研究了不同再生粗骨料取代率下光圓、變形鋼筋的粘結滑移關系，并建議了粘結滑移本構關系的表達式：

其中，τu為粘結強度；su為對應于粘結強度時的滑移量；參數a,b可通過試驗數據擬合得到。

2)李鵬程等[3]根據試驗結果，擬合出再生混凝土與鋼筋之間的τ-s關系表達式：

3)王博等[4]通過對τ-s曲線特征點分析，結合試驗數據，擬合出不同階段再生混凝土τ-s本構模型：

該模型中a,b均為回歸確定的參數，結合試件破壞過程，該作者分析認為模型的第一段代表微滑段，第二段代表內裂滑段，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]研究發現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性能逐漸降低，而王晨霞等[5]發現粘結強度隨取代率增加而升高；徐一凡等[6]通過拔出試驗發現再生粗骨料取代率對再生混凝土粘結性能影響不明顯。陳偉偉[7]通過研究發現當再生粗骨料取代率為60%時，再生混凝土與鋼筋之間的粘結強度最大，較普通混凝土提高26%。再生骨料取代率對再生混凝土粘結性能的影響未取得一致規律，除再生骨料地域差異外，還應考慮再生骨料與天然骨料間的耦合作用。眾學者對摻入再生細骨料對再生混凝土粘結性能的影響取得較一致結論，認為隨著再生細骨料取代率的增加，再生混凝土粘結強度較低。

2.2.2其他因素

趙軍[8]通過對鋼筋與混凝土之間粘結性能影響因素研究發現，混凝土強度、鋼筋類型、保護層厚度、錨固長度等因素對再生混凝土與普通混凝土的影響規律差異不大。鋼筋與再生混凝土之間的粘結性能隨著鋼筋直徑、抗拉強度、相對錨固長度的增加而減弱；隨著相對保護層厚度的增大而增強。

2.3極限粘結強度及錨固長度

眾學者通過梁式試驗或中心拔出試驗，改變再生混凝土中再生骨料取代率、混凝土強度、相對錨固長度及相對保護層厚度等因素，根據試驗曲線特征并用數理統計方法統計回歸出極限粘結強度的計算模型見表1。

目前國內外學者大多通過對試驗數據進行分析擬合，得到再生混凝土強度計算模型。該種計算方法具有局限性，不能普遍應用在再生混凝土強度計算中。因此，建立一個考慮因素全面且方便適用的再生混凝土極限粘結強度計算模型具有十分重要的意義。

在錨固極限狀態方程的基礎上，根據鋼筋混凝土材料和構件幾何尺寸的統計參數，按照所確定的錨固強度可靠指標，可求得各種情況下所需的鋼筋錨固長度。

表1 極限粘結強度的計算模型

3 結語

目前，國內外有關再生混凝土鋼筋錨固的研究已取得大量研究成果，但是部分結果存在差異，再生混凝土粘結強度影響因素較多，且再生骨料微觀機理復雜。目前尚缺乏廣泛的再生混凝土粘結滑移本構關系及極限粘結強度計算模型，在未來研究中可進行深入探討。

[1] 王 博,白國良,李 堅，等.鋼筋與再生混凝土粘結應力分布的試驗研究及理論分析[J].工業建筑,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滑移性能[J].同濟大學學報(自然科學版),2006(1):13-16.

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

[4] 王 博,白國良.鋼筋與再生混凝土黏結破壞過程的能量機制研究[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性能試驗研究[J].土木建筑與環境工程,2016(1):46-53.

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

[7] 陳偉偉.再生混凝土粘結性能試驗研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2007.

[8] 趙 軍.再生混凝土粘結錨固性能的試驗研究[D].南寧:廣西大學,2008.

[9] 王 博,白國良,吳淑海，等.再生混凝土極限黏結強度及鋼筋錨固長度取值研究[J].工業建筑,2013(8):59-63.

[10] 楊海峰.再生混凝土受壓本構關系及其與鋼筋間粘結滑移性能研究[D].南寧:廣西大學,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

程東輝(1971- )，男，教授; 何國玉(1993- )，女，在讀碩士； 孫常海(1993- )，男，在讀碩士

TU375

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