混凝土研究論文：混凝土黏性實驗探究

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本文作者：胡曉鵬牛荻濤張永利作者單位：西安建筑科技大學土木工程學院

試驗現象及試件破壞形態分析

1直接拔出試驗現象及破壞形態

加載初期，鋼筋應變和加載端鋼筋滑移量均勻增長，自由端無滑移。荷載繼續增加，裂縫在加載端出現且迅速向自由端擴展，自由端鋼筋開始產生滑移，但其滑移增長速度比加載端慢，鋼筋應變快速增大。當接近破壞荷載時，加載端和自由端鋼筋滑移增長速度均較大;鋼筋應變急速增大，甚至加載端鋼筋應變超出測試范圍。試件最終發生兩種黏結破壞形式(圖5):1)試件C的黏結破壞形式為鋼筋拔出破壞(破壞時荷載開始緩慢減小，自由端和加載端滑移量急速增長);2)其余試件黏結破壞形式為混凝土劈裂破壞(破壞時混凝土出現裂縫且裂縫迅速發展，荷載急劇減小，混凝土喪失對鋼筋的環向約束作用)。

2梁式試驗現象及破壞形態

加載初期，跨中撓度隨荷載增加而緩慢增大，加載端鋼筋出現滑移而自由端鋼筋無滑移。荷載增加至(0.2～0.3)Pu(Pu為破壞荷載)時，梁底面開始出現微小的橫向裂縫，逐漸從底面向上發展，梁底面出現少量的混凝土剝落。荷載增加至(0.4～0.5)Pu時，自由端鋼筋開始出現滑移，梁底中部出現1條較為明顯的縱向裂縫。隨著荷載增大，縱向裂縫開始分叉并與橫向裂縫貫通。當荷載達到Pu時，底面縱向裂縫急劇增寬，周圍出現大量的分支裂縫，加載端在測試筋上表面，從試件剝落出一個扇面形混凝土凹坑。各試件的破壞形態基本類似，圖6給出了各試件的黏結破壞形態。

試驗結果及分析

1直接拔出試件試驗結果

1）平均黏結應力-滑移曲線

圖7給出了直接拔出試件平均黏結應力-滑移曲線。其中，平均黏結應力σ可用式(1)求得。從圖7中可以看出:1)各試件平均黏結應力σ-滑移s曲線形狀相似。加載初期，加載端鋼筋滑移量不斷增加而自由端鋼筋沒有產生滑移;荷載繼續增加，自由端鋼筋開始滑移，但自由端鋼筋滑移增長速度慢于加載端鋼筋滑移;達到破壞荷載時，加載端和自由端鋼筋滑移值均急劇增大。2)對比圖7a～7d可知，粉煤灰摻量越大，相同平均黏結應力下產生的加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當平均黏結應力為5MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%直接拔出試件加載端鋼筋滑移量分別為0.84mm、0.78mm、0.69mm、0.50mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.17mm、0.14mm、0.13mm、0.11mm。因此適量加入粉煤灰有利于混凝土的黏結性能。3)對比圖7c、7e和7f可知，混凝土強度越高，自由端鋼筋開始滑移時的荷載越大，相同平均黏結應力下加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當平均黏結應力分別為5MPa、1MPa、7MPa時，混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的自由端鋼筋開始滑移。當平均黏結應力為5MPa時，混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.58mm、0.51mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm、0.10mm。4)對比圖7c、7g可知，與鋼筋直徑為16mm的試件A2-16Ⅱ相比，鋼筋直徑為25mm的試件A2-25的加載端和自由端鋼筋滑移增長更快，破壞時加載端和自由端鋼筋滑移量更小。5)對比圖7c、7h可知，與配置HRB335級鋼筋的試件A2-16Ⅱ相比，配置HRB400級鋼筋的試件A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移時的荷載更大，相同平均黏結應力下加載端和自由端鋼筋滑移更小。當平均黏結應力分別為5MPa、9MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移;當平均黏結應力為5MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.43mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm。由此可見，HRB400級鋼的黏結性能優于HRB335級鋼。

2）鋼筋應變隨黏結長度的分布

圖8給出了試件在不同鋼筋應力下的鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線。其中，鋼筋應力σs可按式(2)計算。從圖8可以看出:1)各試件鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線形狀相似。隨著荷載增大，黏結區各測點鋼筋應變均相應增大;加載端的鋼筋應變增大速度較快，而自由端鋼筋應變變化不大。2)對比圖8a～8d可知，隨著粉煤灰摻量的增加，相同鋼筋應力下加載端鋼筋應變值減小。當鋼筋應力約為100MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件加載端鋼筋應變值分別為1620×10－6(σs=104.2MPa)、1410×10－6(σs=100.9MPa)、1380×10－6(σs=101.2MPa)、1370×10－6(σs=98.5MPa)。摻20%粉煤灰的混凝土鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線更均勻平滑，近似線性關系。3)對比圖8c、8e和圖8f可知，隨著混凝土強度的增大，鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線由直線向凸向曲線轉變，相同鋼筋應力下加載端鋼筋應變值增大。當鋼筋應力約為100MPa時，混凝土強度C30、C40、C50試件加載端鋼筋應變值為1380×10－6(σs=101.2MPa)、1490×10－6(σs=105MPa)、1510×10－6(σs=105MPa)。4)對比圖8c、8g可知，與鋼筋直徑16mm的試件A2-16Ⅱ相比，相同鋼筋應力下鋼筋直徑為25mm的試件A2-25加載端鋼筋應變更小。當鋼筋應力約為45MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-25加載端鋼筋應變分別為750×10－6(σs=44.4MPa)、736×10－6(σs=44.9MPa)。5)對比圖8c、8h可知，配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線接近直線，而配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ鋼筋應變分布曲線呈現凸向。與試件A2-16Ⅱ相比，相同鋼筋應力下試件A2-16Ⅲ加載端和自由端鋼筋應變更小;試件A2-16Ⅲ的鋼筋應變分布曲線在測點1～4黏結區間內增長較大，其余黏結長度內應變增長較小，可見HRB400級鋼筋所需的黏結長度小于HRB335級筋鋼。

3）黏結應力隨黏結長度的分布

根據圖8鋼筋應變沿黏結長度的分布情況，參考文獻［6］黏結應力計算方法，可求出直接拔出試件不同平均黏結應力下黏結應力σ沿黏結長度的分布曲線，結果見圖9。從圖9可以看出:各試件黏結應力沿黏結長度的分布曲線形狀相似，均呈單峰形。隨著荷載增大，黏結區各測點黏結應力均有增長，黏結區中部應力增長最快。2)對比圖9a～9d可知，隨著粉煤灰摻量的增加，相同平均黏結應力下黏結應力峰值減小。當平均黏結應力約為5.0MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件黏結應力峰值為25.1MPa(σ=4.8MPa)、19.2MPa(σ=5.1MPa)、18.7MPa(σ=5.1MPa)、16.4MPa(σ=4.8MPa)。3)對比圖9c、9e和9f可知，隨著混凝土強度的增大，相同平均黏結應力下黏結應力峰值增大。當平均黏結應力約為4.0MPa時，混凝土強度C30、C40、C50試件黏結應力峰值分別為12MPa(σ=9MPa)、15.1MPa(σ=9MPa)、15.3MPa(σ=4.0MPa)。4)對比圖9c、9g可知，與鋼筋直徑16mm的拉拔試件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏結應力下鋼筋直徑為25mm的拉拔試件A2-25的黏結應力峰值更大。當平均黏結應力約為0MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-25黏結應力峰值分別為10.2MPa(σ=0MPa)、12MPa(σ=1MPa)。5)對比圖9c、9h可知，與配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏結應力下配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ黏結應力峰值更大。當平均黏結應力約為0MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ黏結應力峰值為10.2MPa(σ=0MPa)、15.2MPa(σ=1MPa)。

2梁式試件試驗結果

1）鋼筋應力-跨中撓度關系曲線

圖10給出了梁式試件測試鋼筋應力σs-跨中撓度δ關系曲線。從圖10可以看出:3個梁式試件測試鋼筋應力-跨中撓度關系曲線接近;加載初期由于試驗裝置空隙的存在，在較小的荷載作用下可能產生較大的跨中撓度;待試驗裝置空隙消除后，跨中撓度隨著荷載的增大近似呈線性增長;當自由端鋼筋發生滑移后，鋼筋應力增長速度減慢，而跨中撓度快速增大;加載至破壞荷載后，鋼筋應力減小而跨中撓度繼續增大。

2）平均黏結應力-滑移關系曲線

圖11給出了梁式試件平均黏結應力σ-滑移s關系曲線。從圖11可以看出:3個梁式試件測試筋平均黏結應力-滑移關系曲線接近;加載初期，加載端鋼筋即出現滑移，且滑移值隨荷載近似呈線性發展，而自由端鋼筋無滑移。當平均黏結應力加載至5MPa左右，自由端鋼筋開始滑移，其中一個自由端鋼筋滑移隨荷載增長較快而另一個自由端鋼筋滑移至0.4mm左右后不再增長，而加載端鋼筋滑移增長速度顯著加快，不再與荷載成線性比例增長;加載至破壞荷載后，荷載開始下降，而加載端和自由端鋼筋滑移量均急速增大。

3）鋼筋應變沿黏結長度分布

圖12給出了梁式試件在不同鋼筋應力情況下鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線。從圖12可以看出:3個梁式試件鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線接近，大致為凹曲線;隨著荷載的增大，加載端鋼筋應變(測點1)急速增長，而自由端鋼筋應變(測點1)增長較小。4黏結應力沿黏結長度的分布曲線根據圖12鋼筋應變沿黏結長度的分布情況，參考文獻［6］黏結應力計算方法，可求出梁式試件不同鋼筋應力狀態下黏結應力沿黏結長度的分布曲線，如圖13所示。從圖13可以看出，3個梁式試件測試筋黏結應力沿黏結長度的分布曲線接近，分布曲線呈多峰形，離加載端越近黏結應力的峰值越大。