钢筋混凝土粘结性能分析.doc

钢筋混凝土粘结性能分析王星摘要: 钢筋混凝土是由钢筋与混凝土这两种特性完全不同的材料组成, 其作为一种非均质的整体材料, 必须保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结和锚固。只有两者之间有可靠地粘结, 才能在钢筋与混凝土交界面处实现应力传递,从而建立起结构承载所必须的工作应力。关键词: 钢筋;混凝土;粘结性一、粘结机理对钢筋同混凝土间粘结机理的研究, 一般借助拉拔实验进行。由于钢筋表面形状的不同, 光圆钢筋与变形钢筋同混凝土间的极限粘结强度相差很大,并且粘结机理、钢筋滑移量及破坏形态也各有不同。 1 、光圆钢筋的粘结机理由于钢筋同混凝土间的胶着强度很小, 在小钢筋应变下, 就足以产生使胶着力失效的局部滑动。一旦出现相对滑移,钢筋同混凝土脱开, 粘结力就有摩擦咬合作用来承担。在加载过程中, 相对滑动由加载端逐步向自由端发展, 胶着长度不断变小, 应力峰值内移, 最终钢筋被拔出, 而混凝土一般不发生劈裂或破碎,呈剪切破坏形态。当相对埋长较大, 且混凝土强度较高时, 钢筋也可能在粘结破坏之前就已经屈服。对光圆钢筋,由于其化学胶着力很小,其粘结强度即取决于摩擦咬合作用。虽然轻度的表面锈蚀有利于增加钢筋同混凝土间的摩擦力, 但其增大作用也很有限; 同时, 光圆钢筋表面的自然凹凸度很小, 其机械咬合作用也不大, 因此光圆钢筋同混凝土间的粘结强度也较低, 是其粘结的主要问题。因此很多国家采用给定位移量下的粘结应力将其作为光圆钢筋的容许粘结应力,并规定光圆钢筋一般不允许单独作为受力钢筋,且通常需在钢筋端部设置弯钩, 增大锚固强度, 以防止钢筋同混凝土间产生过大的相对滑移。 2 、变形钢筋的粘结机理对变形钢筋来说, 其粘结性能同光圆钢筋有很大区别, 由于纵横肋的存在, 改变了钢筋同混凝土间相互作用的方式, 大大改善了粘结效用。虽然胶着力与摩擦力作用仍然存在, 但变形钢筋的粘结强度主要取决于横肋同混凝土间的机械咬合作用。由变形钢筋的拔出实验可知,其受力变形过程共可分为五个阶段: (1 )微滑移段初始加载时,粘结应力较小,化学胶着力起着主要作用; 加载端的滑移量很小, 且自由端的滑移尚未发生, 可知化学胶着破坏及滑移尚未扩展至自由端。随着胶着破坏逐渐向自由端扩展, 肋对混凝土的挤压力及钢筋同周围混凝土间的摩擦力构成其主要的滑动阻力。肋面的斜向挤压力产生了楔的作用, 使肋前混凝土逐渐趋于压碎, 其径向分力令外围混凝土受拉, 纵向分力使肋前顶点上的混凝土发生拉应力集中现象, 是混凝土内部产生径向裂缝及斜裂缝, 且沿纵深及试件表面扩展。( 2 )滑移段随着荷载增大,锚固长度上的化学粘着力丧失,自由端发生滑移。而后, 自由端与加载端的滑移逐渐接近, 粘结开始呈现非线性状态。(3 )劈裂段当荷载进一步增加,在混凝土保护层最薄弱处,试件出现纵向劈裂裂纹,且由加载端逐步向自由端延伸。对一般保护层厚度的无横向配筋试件, 发生劈裂后的钢筋同混凝土间的机械咬合作用将很快丧失,发生“劈裂式”粘结破坏。试件表面发生劈裂后,横向钢筋的应力急剧增大,其延缓了劈裂裂缝的开展,令外围混凝土的崩裂延缓; 此种情况下到达极限荷载是因为肋间混凝土剪切强度衰减至零, 混凝土沿肋外径圆柱面上发生剪切滑移, 钢筋被徐徐拔出,即为“刮犁式”粘结破坏。(4 )下降段荷载到达峰值以后开始下降,而滑移则大幅开展,形成加载曲线上的下