钢筋与混凝土粘结性能研究综述

第31卷第24期西建筑 Vol.31No.24 山2005年12月Dec. 2005SHANXI ARCHITECTURE

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文章编号:1009-6825(2005)24-0065-02

钢筋与混凝土粘结性能研究综述

郑永阳

摘 要:介绍了国内外研究钢筋与混凝土粘结性能的现状,从试验方法、粘结机理、影响因素、粘结滑移本构关系和数值分析方法等方面进行了论述,为钢筋与混凝土粘结性能研究提供参考。关键词:试验方法,粘结机理,粘结滑移,本构关系,数值分析中图分类号:TU375.02文献标识码:A

引言

钢筋和混凝土两种性能不同的材料组成的组合结构材料能

够共同工作,其基本要素是两者之间的粘结锚固作用。然而由于钢筋和混凝土之间传力机理复杂,影响因素多,至今仍然是钢筋混凝土结构理论中的热点和难点问题之一。所谓钢筋和混凝土之间的粘结应力指的是两者接触面上的剪应力,由钢筋与混凝土之间的胶结力、摩阻力和咬合力三部分组成。由于试验测试技术的落后及未出现计算机有限元等分析手段,对钢筋与混凝土的粘结性能的研究起步较晚,我国到20世纪70年代才开始该领域的研究。

尺寸、钢筋埋入和粘结长度以及是否配筋等都有差异。拉拔试验中试件多为棱柱形,钢筋埋设在其中。试验时,试验机夹持钢筋施加拉力,直到钢筋拉断、拉出或者试件发生劈裂破坏。

1.2 梁锚试验

在钢筋混凝土结构中,构件除了受到拉力作用之外,还通常受到弯矩和剪力的作用,而拉拔试验无法模拟这一复杂受力情况,因此人们发明了梁锚试验。相对拉拔试验,梁锚试验能更好地模拟实际钢筋混凝土结构中钢筋在混凝土中粘结锚固性能。但其缺点在于制作成本高、试验复杂。

1.3 钢筋内贴片试验

通过拉拔试验或者梁锚试验,可以得到钢筋与混凝土之间的平均粘结应力,但并不能反映不同粘结锚固位置处的粘结应力,而事实上粘结应力沿锚固长度是变化的。

为了量测粘结应力沿锚固长度的分布,徐有邻等研究者采取了在钢筋内开槽,布置电阻应变片精确量测和由加载端、自由端滑移推算内滑移分布的方法[1],探索粘结锚固 s关系沿锚固长度变化的规律,从而得出了一个位置函数 (x)来反映这种变化,实现了对 s本构关系更精确的描述。

1 试验方法1.1 拉拔试验

拉拔试验是出现最早的试验方法,其试件的制作和试验都较简易。根据试件中是否配置了横向钢筋,拉拔试验可分为两类。早期钢筋混凝土结构研究中,多用拉拔试验确定临界锚固长度(钢筋屈服而不被拔出的最短长度),以供设计参考。一些国家和国际组织包括我国规定了拉拔试验作为确定钢筋在混凝土中粘结锚固强度的测试方法,但是对试验作了不同的规定,如试件的右来固定负筋的位置,并用电焊把马凳与负筋焊牢,使马凳在混凝土浇筑过程中不移位,保证负筋不下沉,从而有效控制负筋保护层的厚度,不使板负筋保护层过厚而产生裂缝。

3 裂缝的处理方法

1)对于一般混凝土楼板表面的龟裂,可先将裂缝清洗干净,待干燥后用环氧浆液灌缝或用表面涂刷封闭。施工中若在终凝前发现龟裂时,可再抹压一遍进行处理。2)其他一般裂缝处理,其施工顺序为:清洗板缝后用1 2或1 1水泥砂浆抹缝,压平养护。3)当裂缝较大时,应沿裂缝凿八字形凹槽,冲洗干净后,用1 2水泥砂浆抹平,也可以采用环氧胶泥嵌补。4)当楼板出现裂缝面积较大时,应对楼板进行静载试验,检验其结构安全性,必要时可在楼板上增做一层钢筋网片,以提高楼板的整体性。5)通长、贯通的危险结构裂缝,裂缝宽度大于0.3mm的,采用结构胶粘扁钢加固补强。板缝用灌缝胶高压灌胶。参考文献:

[1]仇伟秀.混凝土现浇板裂缝原因及防治措施[J].山西建筑,2005,31(2):28-29.

2.5 严格施工操作程序

现浇板施工后不能过早上人、堆料、施荷加载,因为混凝土浇

筑后要有一个硬化过程才会有强度,在这个过程中,应对混凝土加以保养,不能对混凝土施加任何外力。如果在混凝土尚未达到一定强度的情况下,在其上面集中堆放建筑材料或支模立撑,这样会导致产生更多的裂缝。因此,必须做到在混凝土强度达到1.2N/mm2以后,才允许在其上踩踏或安装模板及支架。

2.6 严格进行后浇带的施工

后浇带施工前应认真领会设计意图,制定施工方案,杜绝在后浇带处出现混凝土不密实或不按图纸要求留企口缝,以及施工中钢筋被踩弯等现象。同时更要杜绝在未浇筑混凝土前就将部分模板、支撑拆除而导致梁板形成悬臂,造成变形。

Discussonthecracksinspot-castconcretefloor-slabofhouses

CHENXuanAbstract:Accordingtothepervasiveproblem-cracksinspot-castconcretefloor-slabtheircausingreasonsareanalyzed;atthesametimecorre-spondingpreventionandtreatmentmeasuresareproposedinordertoensurethestructuralsafetyofresidence.Keywords:spot-castconcretefloor-slab,plasticshrinkage,mixproportion,structuralcracks

收稿日期:2005-08-31

作者简介:郑永阳(1982-),男,中南大学土木建筑学院结构工程专业在读硕士,湖南长沙 410075

66 2 粘结机理2.1 胶结力

第31卷第24期

2005年12月

山西建筑

4 本构关系

[2]

4.1 Nilson公式

=9.78 102S-5.72 104S2+8.35 105S3。其中, 的单位为N/mm2,S的单位为mm。

混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学力即为胶结力,其主要与钢筋表面的粗糙程度和水泥的性能有关。

2.2 摩阻力

由于混凝土收缩,使得包裹钢筋的混凝土紧压钢筋,两者产生滑移或者相对滑移趋势时,即产生了摩阻力。其主要受到混凝土和钢筋间的摩擦系数及两者之间的径向压应力影响。

4.2 Houde和Mirza公式

2

[3]

=5.29 102S-2.52 104S2+5.87 105S3-5.47 106S4。其中, 的单位为N/mm,S的单位为mm。

4.3 清华大学公式

[4]

2.3 咬合力

由于变形钢筋存在凸肋及光圆钢筋表面粗糙不平,使得其与混凝土之间产生机械咬合力。光圆钢筋的粘结力主要由胶结力和摩阻力组成,其强度较低。变形钢筋在加载初期,粘结力主要由胶结力和摩阻力组成。胶结力破坏之后,咬合力便成了粘结力的主要组成部分,因此其强度较高。

清华大学腾智明考虑了粘结力随锚固长度而发生变化,他提出以下的计算公式:

=F(s)fts

(x),d

(1-)。

aa

F(s)=61.5S-693S2+3.14 103S3-0.478 104S4,

F(x)=

4

3 影响因素3.1 混凝土强度

随着混凝土强度提高,钢筋与混凝土的粘结力提高,且粘结

力的提高与混凝土劈裂强度成正比。同时,混凝土的组分也影响粘结强度。

其中,F(x)为用来描述粘结滑移关系随不同锚深变化的位置函数。 的单位为N/mm,S的单位为mm。

人们将Nilson及Houde的数据代入清华大学公式中,发现Nilson公式反映了粘结滑移点在裂缝中间的情况,而Houde公式则反映了粘结滑移点在靠近裂缝或者构件端部的情况,清华大学公式由于引入了位置函数,有着更为广泛的适应性。

2

3.2 钢筋在混凝土中的相对位置

水平浇筑的钢筋比垂直浇筑的钢筋粘结力显著降低,而在构件顶部的钢筋比在构件底部的钢筋粘结力差。

5 数值分析方法5.1 双弹簧粘结单元

它在垂直和平行于钢筋表面方向设置了两个互相垂直的虚拟弹簧。这种单元具有弹簧刚度,而没有实际几何尺寸。

3.3 钢筋直径和外形

直径越大的钢筋,相对粘结面积越小,不利于极限粘结强度。光面钢筋的粘结力显然低于变形钢筋的粘结力。变形钢筋主要有月牙纹和螺旋钢筋,经过试验比较,月牙纹钢筋粘结锚固强度较低,滑移发生较早且发展较快,但下降段平缓,后期强度相对减小较慢,延性较好,在大滑移变形下仍能维持抗力,对结构抗震是一个有利因素。

5.2 四边形滑移单元

这是一种无厚度的矩形单元,由于双弹簧粘结单元只能集中在一点,因此相对而言,四边形滑移单元能够更好地反映粘结应力的分布。随着大型通用有限元计算分析软件的出现,研究者开始利用它们作为计算工具,以及它们所提供的二次开发功能,编写相应的接口程序来进行钢筋与混凝土粘结性能的研究,从而提高了工作效率。

3.4 保护层厚度和钢筋净间距

对光面钢筋,此因素影响不大;对于变形钢筋,保护层厚度和钢筋净间距的增加,会提高粘结力,但当保护层厚度过大时,粘结破坏形式由劈裂破坏转向混凝土齿剪破坏,该因素就不再起作用了。

6 结语

通过以上论述,得出以下几点结论:1)试验方法已经能够较好地反映静态的钢筋与混凝土粘结性能,但对于动态的粘结滑移性能试验研究,国内外的文献并不多见。2)新材料的出现以及钢筋不同锈蚀程度所对应的粘结性能,有必要进行相应的试验研究,得出其粘结滑移本构关系,以期给理论分析提供依据。参考文献:

[1]徐有邻.变形钢筋 混凝土粘结锚固性能的试验研究[D].北

京:清华大学博士学位论文,1990.49-58.[2]A H Nilson:Internalmeasurementofbond-slip[J].ACIJour-nal.July,1972.439-441.[3]S M Mirza,J Houde:Studyofbond-sliprelationshipinrein-forcedconcrete[J].ACIJournal.Jan,1979.19-46.[4]腾智明,张合贵.钢筋与混凝土的粘结滑移计算[D].北京:清华大学土木工程系,1985.40-53.

3.5 横向配筋

横向配筋使粘结力提高,延性增加。

3.6 外部压力

一定的外部压力会提高粘结力,其值与外部压力的平方根成

正比,破坏形式为剪切型破坏,破坏时端部滑移较大。但压力过大时,粘结力不但不增加,反而降低,这是由于与压应力垂直方向的横向拉应力显著增加造成的。

3.7 钢筋预埋长度

试件中钢筋的埋长越长,则受力后的粘结应力分布越不均匀,试件破坏时的平均粘结强度 u与实际最大粘结应力 max的比值越小,故试验粘结强度随埋长(l/d)的增加而降低。当钢筋的埋长l/d>5后,平均粘结强度值的折减已不大。埋长很大的试件,钢筋加载段达到屈服而不被拔出。

Overviewoftheresearchonthebondbetweenreinforcingsteelbarandconcrete

ZHENGYong-yang

Abstract:Inthepaper,theexternalandinternalresearchstatusofthebondbetweenconcreteandsteelbararecompletelyreviewed.Thetestmethods,bondmechanism,thefactorsofthestrengthofbond,bond-sliprelationshipandFEManalysisareintroduced.Keywords:testmethod,bondmechanism,factor,bond-sliprelationship,FEManalysis

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