凍融混凝土中鋼筋粘結(jié)應(yīng)力分布的試驗(yàn)研究

王文博

【摘 要】鋼筋與再生混凝土間具備可靠的粘結(jié)性能是保證二者協(xié)同工作的基礎(chǔ)，粘結(jié)破壞將直接影響結(jié)構(gòu)整體的安全性。而凍融破壞廣泛存在于我國三北地區(qū)的橋梁、道路、水工等各類結(jié)構(gòu)中，凍融環(huán)境下鋼筋與再生混凝土的粘結(jié)性能是決定再生混凝土能否應(yīng)用于凍融環(huán)境中的關(guān)鍵問題之一。

【Abstract】The reliable bond property between the steel bar and the recycled concrete is the foundation for ensuring their cooperative work， and the bond failure will directly affect the safety of the whole structure. The freeze-thaw damage is widely existed in the bridges， roads and hydraulic structures in the northwest， north， and northeast China， and the bonding property of the steel bar and the recycled concrete under the freeze-thaw environment is one of the key problems in determining whether the recycled concrete can be applied to the freeze-thaw environment.

【關(guān)鍵詞】凍融循環(huán)；鋼筋與再生混凝土；粘結(jié)性能； 重復(fù)荷載

【Keywords】 freeze-thaw cycle； steel bar and recycled concrete； bond performance； repeated load

【中圖分類號】TU398+.9 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）02-0133-02

1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

變形鋼筋的粘結(jié)錨固性能主要與鋼筋周圍混凝土受力狀態(tài)有關(guān)，粘結(jié)錨固作用在握裹層混凝土中引起的應(yīng)力狀態(tài)是十分復(fù)雜的，所以通常主要從鋼筋入手，將其簡化為一維問題來考慮。粘結(jié)應(yīng)力τ實(shí)際上是指鋼筋與混凝土接觸面上的剪應(yīng)力，無法直接量測，但可以通過鋼筋應(yīng)力導(dǎo)出，鋼筋受力后，由于鋼筋周圍混凝土的作用，使鋼筋應(yīng)力發(fā)生變化，而鋼筋所受拉力的變化率就是粘結(jié)力的大小。

2 試件制作及凍融循環(huán)試驗(yàn)

采取在鋼筋內(nèi)開槽、貼應(yīng)變片的方法來測量經(jīng)凍融循環(huán)后鋼筋應(yīng)變沿錨固長度的變化，進(jìn)而探討凍融混凝土粘結(jié)應(yīng)力分布。為了避免應(yīng)變片在凍融循環(huán)過程中被凍環(huán)，本試驗(yàn)采用先凍融后貼應(yīng)變片的方法。具體操作方法如下：內(nèi)貼片試驗(yàn)所用試件尺寸為100mm×100mm×160mm，在試件制作時將每個試件分兩部分澆筑，養(yǎng)護(hù)28天后把試件放入凍融試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，凍融循環(huán)200次后，取出試件，在試件中預(yù)埋鋼筋的凹槽內(nèi)貼應(yīng)變片，然后再將兩部分試塊用REPOW注入式建筑植筋膠粘合為整體，做拉拔試驗(yàn)，為了防止試件的劈裂破壞，試件外部用玻璃纖維纏繞。凍融前試件如圖1所示。

鋼筋凹槽由銑床精密加工。凹槽尺寸為2mm×4mm（合攏后為4mm×4mm）。槽內(nèi)貼2mm×3mm應(yīng)變片，每40mm貼一片，上下交錯布置，合攏后應(yīng)變片間距為20mm。用502膠水貼片，應(yīng)變片用漆包線做導(dǎo)線從鋼筋內(nèi)自由端引出，再用環(huán)氧樹脂灌滿整個凹槽。合攏前的試件如圖2所示。

3 加載方案及量測內(nèi)容

本試驗(yàn)所采用加載裝置和加載方案與拉拔試驗(yàn)相同。

本試驗(yàn)主要量測內(nèi)容如下：與各級荷載值相應(yīng)的鋼筋各點(diǎn)的應(yīng)變值；鋼筋粘結(jié)破壞時的最大荷載值。

鋼筋應(yīng)變的量測：通過應(yīng)變片引出的漆包線與靜態(tài)應(yīng)變箱相連，應(yīng)用計(jì)算機(jī)采集各點(diǎn)在各級荷載下的應(yīng)變值。

4 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

由于試件周圍用玻璃纖維纏繞，增強(qiáng)了試件抗劈裂破壞的能力，所以全部試件都發(fā)生鋼筋拔出破壞。

4.2 量測結(jié)果分析

圖3，4分別為試件在各級荷載下鋼筋應(yīng)力σs、粘結(jié)應(yīng)力τ沿錨長的分布曲線。

由圖3可以看出：加載端鋼筋應(yīng)力最大，隨著錨固長度的增加鋼筋應(yīng)力逐漸減小，至自由端鋼筋應(yīng)力減小為零，加載端和自由端鋼筋應(yīng)力分布較平緩，而中間區(qū)段應(yīng)力分布較陡。

由圖4可以看出：在加載初期，加載端附近粘結(jié)應(yīng)力較大，沿錨固長度逐漸降低，達(dá)自由端為零。隨著荷載的增加，應(yīng)力圖形逐漸豐滿，應(yīng)力峰值有逐漸向自由端移動的趨勢。

5 結(jié)論

通過鋼筋內(nèi)貼片試驗(yàn)，對凍融混凝土粘結(jié)應(yīng)力分布進(jìn)行初步研究，得出令人滿意的試驗(yàn)成果：

第一，在借鑒粘結(jié)應(yīng)力分布研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)凍融循環(huán)試驗(yàn)的特點(diǎn)探索了內(nèi)貼片試驗(yàn)的一種新方法，成功地對凍融混凝土的粘結(jié)應(yīng)力分布進(jìn)行試驗(yàn)研究，為今后凍融混凝土粘結(jié)應(yīng)力分布規(guī)律的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

第二，通過試驗(yàn)大致得出了凍融混凝土粘結(jié)應(yīng)力沿錨長的分布規(guī)律，及鋼筋應(yīng)力沿錨長的變化規(guī)律：鋼筋應(yīng)力沿錨長逐漸變小，到達(dá)自由端時鋼筋應(yīng)力為零；外力很小時，粘結(jié)應(yīng)力峰值在加載端附近，隨著外力增大，峰值向自由端移動，粘結(jié)應(yīng)力圖形越加豐滿。

根據(jù)本試驗(yàn)所得試驗(yàn)結(jié)果不難看出：凍融混凝土粘結(jié)應(yīng)力分布與普通混凝土基本相似。