凍融后混凝土粘結(jié)滑移規(guī)律的擬合分析

1、凍融后混凝土粘結(jié)滑移規(guī)律的擬合分析摘要：為研究混凝土凍融次數(shù)對混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)滑移關(guān)系的影響，根據(jù)現(xiàn)有的受力模型和凍融后極限粘結(jié)力的相關(guān)理念，對經(jīng)歷了0、25、50、75次凍融循環(huán)的混凝土立方體試塊進行拉拔試驗，分析得出凍融混凝土與鋼筋之間的4個粘結(jié)應(yīng)力和滑移規(guī)律。同時采用數(shù)值擬合的方法對粘結(jié)滑移曲線進行了Bigaussian函數(shù)擬合，結(jié)果說明Bigaussian具備較高的擬合決定系數(shù)。關(guān)鍵詞：凍融循環(huán)粘結(jié)滑移規(guī)律擬合分析混凝土中圖分類號：TU528文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X202103c-0051-03現(xiàn)代建筑以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，通過對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的了解，我們知道，

2、保證混凝土和鋼筋能夠良好工作的條件是：混凝土和鋼筋之間良好的粘結(jié)性能；兩者相似的溫度線膨脹系數(shù)；混凝土對其內(nèi)部鋼筋的保護作用。而鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力由三局部組成：混凝土中的水泥膠凝體在鋼筋外表產(chǎn)生的化學(xué)黏著力；周圍混凝土對鋼筋的摩阻力；變形鋼筋凸肋和混凝土之間的機械咬合力。我國北方大局部地區(qū)的鋼筋混凝土建筑物都會因寒冷天氣而受到凍融損壞，在凍融循環(huán)過程中，鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)強度在凍融循環(huán)作用后也會發(fā)生退化，進而損壞鋼筋混凝土共同工作的條件。目前公認的對于鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的機理研究，是在20世紀(jì)50年代，R.M.Mains【1】將鋼筋開槽并在內(nèi)部預(yù)埋應(yīng)變片的方法，得到的光圓鋼筋和

3、變形鋼筋的應(yīng)力分布，提出了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)主要由化學(xué)膠結(jié)力、摩擦力和機械咬合力三局部組成【2】。對于鋼筋混凝土間粘結(jié)滑移性能的研究有很多，現(xiàn)有的粘結(jié)試驗方法有【3】：中心拔出試驗、梁端式拔出試驗以及局部粘結(jié)滑移試驗。Thompson【4】通過實驗得出粘結(jié)力與混凝土強度的平方成正比；王倩等人【5】通過鋼筋開槽內(nèi)貼應(yīng)變片進行拉拔試驗，得到隨著鋼筋直徑減小，鋼筋與粉煤灰之間的粘結(jié)性能加強。本文進行了鋼筋混凝土試件的中心拔出試驗，研究了凍融循環(huán)次數(shù)對鋼筋混凝土之間粘結(jié)性能的影響，得到凍融循環(huán)條件下的-s曲線，并用前人研究的經(jīng)驗公式進行擬合，結(jié)果說明Bigaussian函數(shù)擬合程度較高。1實驗工作

4、為研究鋼筋凍融后與混凝土間粘結(jié)-滑移性能，采用GB/T50152-2021標(biāo)準(zhǔn)方法制作了48個100mm×100mm×100mm混凝土立方體試塊鋼筋混凝土立方體構(gòu)件有效錨固長度L=6cm。水泥為P.O.42.5，鋼筋直徑d=12mm，強度等級HRB300，混凝土設(shè)計強度等級為C35。試塊采用標(biāo)準(zhǔn)模具澆筑，在振動臺上進行振搗，24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護28d。而后將試塊分成4種情況進行凍融。試驗用C35普通硅酸鹽混凝土，水泥、水、砂、碎石的質(zhì)量比為1：0.5：1.65：3.34。將分好混凝土試件分別進行0，25，50，75次的凍融循環(huán)。鋼筋混凝土的凍融循環(huán)實驗采用?普通混

5、凝土長期性能和耐久性試驗方法?GB/T50082-2021中的快凍法標(biāo)準(zhǔn)。中心拔出試驗通常被用作鋼筋混凝土粘結(jié)滑移研究的方法，本實驗也采用中心拔出試驗【6】。該試驗采用微機控制電液伺服萬能試驗機完成。電腦采集實驗數(shù)據(jù)，并繪制荷載和滑移曲線圖。2結(jié)果與討論2.1凍融后粘結(jié)滑移規(guī)律本文采用拉式試驗進行研究，且以實際工程中應(yīng)用最多的螺紋鋼作為研究對象。現(xiàn)有的研究成果說明，螺紋鋼的粘結(jié)力主要由化學(xué)膠著力、摩擦力以及機械咬合力組成，且機械咬合力在螺紋鋼筋尤其重要。凍融循環(huán)后的混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力發(fā)生變化的主要原因是其化學(xué)膠著力改變。其中，是平均應(yīng)力，MPa；P是鋼筋的峰值拉力，N；l是鋼筋和混凝土的

6、粘結(jié)長度，mm；d是鋼筋直徑，mm。本實驗所有鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)長度都為60mm，鋼筋直徑都是12mm。實驗結(jié)果說明，沒有經(jīng)歷過凍融作用的混凝土的峰值應(yīng)力最大，對應(yīng)的滑移量也最大，經(jīng)歷凍融循環(huán)次數(shù)越多的試件對應(yīng)的峰值應(yīng)力越小且對應(yīng)的滑移量越小，到達峰值應(yīng)力后，應(yīng)力曲線陡然下降，粘結(jié)破壞。粘結(jié)應(yīng)力及滑移粘結(jié)滑移垂線散點圖圖1。與文獻【7】的研究結(jié)果比照發(fā)現(xiàn)：相同的凍融循環(huán)次數(shù)下，本文的極限粘結(jié)應(yīng)力和滑移值與其接近，其中的微小差異可能由不同標(biāo)號、配合比引起。2.2實驗數(shù)據(jù)擬合對于單調(diào)加載下鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移關(guān)系，各國學(xué)者已經(jīng)做過很多研究，然而對凍融因素的影響仍缺乏一套完整的理論體系。N

7、ilson【2】整理了Bresler的實驗結(jié)果，提出了一個以3次多項式表示的粘結(jié)滑移關(guān)系式其中按4次多項式因為考慮了凍融后混凝土軸向抗壓強度的衰減規(guī)律，本文采用4次多項式對凍融后鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移曲線進行了擬合，結(jié)果如表1所示。經(jīng)歷0，25，50，75次凍融循環(huán)的試件用4次函數(shù)擬合出來的公式的決定系數(shù)分別是：0.95，0.92，0.93，0.91。該式表達了混凝土的抗壓強度對粘結(jié)效應(yīng)的影響，認為混凝土的粘結(jié)力與其抗壓強度的0.5次冪成正比。3結(jié)論凍融循環(huán)次數(shù)越多的試件對應(yīng)的峰值應(yīng)力越小且對應(yīng)的滑移量越小；3次多項式、4次多項式、Bigaussian函數(shù)擬合的試驗數(shù)據(jù)，決定系數(shù)都在0.90以

8、上，擬合度較高，而Bigaussian函數(shù)在粘結(jié)滑移峰值附近的準(zhǔn)確度更高。參考文獻【1】MainsRM.MeasurementoftheDistributionofTensileandBondStressalongReinforcingBars.ACI，Nov1951【2】徐有鄰.變形鋼筋-混凝土粘結(jié)錨固性能的試驗研究工學(xué)博士學(xué)位論文.北京：清華大學(xué)，1990【3】杜峰，肖建莊，高向玲.鋼筋與混凝土之間粘結(jié)試驗方法研究J.結(jié)構(gòu)工程師，2021，222：9397【4】R.M.andJ.N.Thompson.DevelopmentlengthforlargehighstrengthreinforcingbarsJ.ACI，JournalV.1965，621：71-94.【5】王倩，張炳梅，江紅.鋼筋直徑對粉煤灰混凝土