混凝土研究论文：混凝土黏性实验探究

本文作者：胡晓鹏牛荻涛张永利作者单位：西安建筑科技大学土木工程学院

试验现象及试件破坏形态分析

1直接拔出试验现象及破坏形态

加载初期，钢筋应变和加载端钢筋滑移量均匀增长，自由端无滑移。荷载继续增加，裂缝在加载端出现且迅速向自由端扩展，自由端钢筋开始产生滑移，但其滑移增长速度比加载端慢，钢筋应变快速增大。当接近破坏荷载时，加载端和自由端钢筋滑移增长速度均较大;钢筋应变急速增大，甚至加载端钢筋应变超出测试范围。试件最终发生两种黏结破坏形式(图5):1)试件C的黏结破坏形式为钢筋拔出破坏(破坏时荷载开始缓慢减小，自由端和加载端滑移量急速增长);2)其余试件黏结破坏形式为混凝土劈裂破坏(破坏时混凝土出现裂缝且裂缝迅速发展，荷载急剧减小，混凝土丧失对钢筋的环向约束作用)。

2梁式试验现象及破坏形态

加载初期，跨中挠度随荷载增加而缓慢增大，加载端钢筋出现滑移而自由端钢筋无滑移。荷载增加至(0.2～0.3)Pu(Pu为破坏荷载)时，梁底面开始出现微小的横向裂缝，逐渐从底面向上发展，梁底面出现少量的混凝土剥落。荷载增加至(0.4～0.5)Pu时，自由端钢筋开始出现滑移，梁底中部出现1条较为明显的纵向裂缝。随着荷载增大，纵向裂缝开始分叉并与横向裂缝贯通。当荷载达到Pu时，底面纵向裂缝急剧增宽，周围出现大量的分支裂缝，加载端在测试筋上表面，从试件剥落出一个扇面形混凝土凹坑。各试件的破坏形态基本类似，图6给出了各试件的黏结破坏形态。

试验结果及分析

1直接拔出试件试验结果

1）平均黏结应力-滑移曲线

图7给出了直接拔出试件平均黏结应力-滑移曲线。其中，平均黏结应力σ可用式(1)求得。从图7中可以看出:1)各试件平均黏结应力σ-滑移s曲线形状相似。加载初期，加载端钢筋滑移量不断增加而自由端钢筋没有产生滑移;荷载继续增加，自由端钢筋开始滑移，但自由端钢筋滑移增长速度慢于加载端钢筋滑移;达到破坏荷载时，加载端和自由端钢筋滑移值均急剧增大。2)对比图7a～7d可知，粉煤灰掺量越大，相同平均黏结应力下产生的加载端和自由端钢筋滑移量越小。当平均黏结应力为5MPa时，粉煤灰掺量0%、10%、20%和30%直接拔出试件加载端钢筋滑移量分别为0.84mm、0.78mm、0.69mm、0.50mm，而自由端钢筋滑移量分别为0.17mm、0.14mm、0.13mm、0.11mm。因此适量加入粉煤灰有利于混凝土的黏结性能。3)对比图7c、7e和7f可知，混凝土强度越高，自由端钢筋开始滑移时的荷载越大，相同平均黏结应力下加载端和自由端钢筋滑移量越小。当平均黏结应力分别为5MPa、1MPa、7MPa时，混凝土强度等级C30、C40、C50直接拔出试件的自由端钢筋开始滑移。当平均黏结应力为5MPa时，混凝土强度等级C30、C40、C50直接拔出试件的加载端钢筋滑移量分别为0.69mm、0.58mm、0.51mm，而自由端钢筋滑移量分别为0.13mm、0.11mm、0.10mm。4)对比图7c、7g可知，与钢筋直径为16mm的试件A2-16Ⅱ相比，钢筋直径为25mm的试件A2-25的加载端和自由端钢筋滑移增长更快，破坏时加载端和自由端钢筋滑移量更小。5)对比图7c、7h可知，与配置HRB335级钢筋的试件A2-16Ⅱ相比，配置HRB400级钢筋的试件A2-16Ⅲ的自由端钢筋开始滑移时的荷载更大，相同平均黏结应力下加载端和自由端钢筋滑移更小。当平均黏结应力分别为5MPa、9MPa时，试件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的自由端钢筋开始滑移;当平均黏结应力为5MPa时，试件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的加载端钢筋滑移量分别为0.69mm、0.43mm，而自由端钢筋滑移量分别为0.13mm、0.11mm。由此可见，HRB400级钢的黏结性能优于HRB335级钢。

2）钢筋应变随黏结长度的分布

图8给出了试件在不同钢筋应力下的钢筋应变沿黏结长度的分布曲线。其中，钢筋应力σs可按式(2)计算。从图8可以看出:1)各试件钢筋应变沿黏结长度的分布曲线形状相似。随着荷载增大，黏结区各测点钢筋应变均相应增大;加载端的钢筋应变增大速度较快，而自由端钢筋应变变化不大。2)对比图8a～8d可知，随着粉煤灰掺量的增加，相同钢筋应力下加载端钢筋应变值减小。当钢筋应力约为100MPa时，粉煤灰掺量0%、10%、20%和30%试件加载端钢筋应变值分别为1620×10－6(σs=104.2MPa)、1410×10－6(σs=100.9MPa)、1380×10－6(σs=101.2MPa)、1370×10－6(σs=98.5MPa)。掺20%粉煤灰的混凝土钢筋应变沿黏结长度的分布曲线更均匀平滑，近似线性关系。3)对比图8c、8e和图8f可知，随着混凝土强度的增大，钢筋应变沿黏结长度的分布曲线由直线向凸向曲线转变，相同钢筋应力下加载端钢筋应变值增大。当钢筋应力约为100MPa时，混凝土强度C30、C40、C50试件加载端钢筋应变值为1380×10－6(σs=101.2MPa)、1490×10－6(σs=105MPa)、1510×10－6(σs=105MPa)。4)对比图8c、8g可知，与钢筋直径16mm的试件A2-16Ⅱ相比，相同钢筋应力下钢筋直径为25mm的试件A2-25加载端钢筋应变更小。当钢筋应力约为45MPa时，试件A2-16Ⅱ、A2-25加载端钢筋应变分别为750×10－6(σs=44.4MPa)、736×10－6(σs=44.9MPa)。5)对比图8c、8h可知，配置HRB335级钢筋试件A2-16Ⅱ钢筋应变沿黏结长度的分布曲线接近直线，而配置HRB400级钢筋试件A2-16Ⅲ钢筋应变分布曲线呈现凸向。与试件A2-16Ⅱ相比，相同钢筋应力下试件A2-16Ⅲ加载端和自由端钢筋应变更小;试件A2-16Ⅲ的钢筋应变分布曲线在测点1～4黏结区间内增长较大，其余黏结长度内应变增长较小，可见HRB400级钢筋所需的黏结长度小于HRB335级筋钢。

3）黏结应力随黏结长度的分布

根据图8钢筋应变沿黏结长度的分布情况，参考文献［6］黏结应力计算方法，可求出直接拔出试件不同平均黏结应力下黏结应力σ沿黏结长度的分布曲线，结果见图9。从图9可以看出:各试件黏结应力沿黏结长度的分布曲线形状相似，均呈单峰形。随着荷载增大，黏结区各测点黏结应力均有增长，黏结区中部应力增长最快。2)对比图9a～9d可知，随着粉煤灰掺量的增加，相同平均黏结应力下黏结应力峰值减小。当平均黏结应力约为5.0MPa时，粉煤灰掺量0%、10%、20%和30%试件黏结应力峰值为25.1MPa(σ=4.8MPa)、19.2MPa(σ=5.1MPa)、18.7MPa(σ=5.1MPa)、16.4MPa(σ=4.8MPa)。3)对比图9c、9e和9f可知，随着混凝土强度的增大，相同平均黏结应力下黏结应力峰值增大。当平均黏结应力约为4.0MPa时，混凝土强度C30、C40、C50试件黏结应力峰值分别为12MPa(σ=9MPa)、15.1MPa(σ=9MPa)、15.3MPa(σ=4.0MPa)。4)对比图9c、9g可知，与钢筋直径16mm的拉拔试件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏结应力下钢筋直径为25mm的拉拔试件A2-25的黏结应力峰值更大。当平均黏结应力约为0MPa时，试件A2-16Ⅱ、A2-25黏结应力峰值分别为10.2MPa(σ=0MPa)、12MPa(σ=1MPa)。5)对比图9c、9h可知，与配置HRB335级钢筋试件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏结应力下配置HRB400级钢筋试件A2-16Ⅲ黏结应力峰值更大。当平均黏结应力约为0MPa时，试件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ黏结应力峰值为10.2MPa(σ=0MPa)、15.2MPa(σ=1MPa)。

2梁式试件试验结果

1）钢筋应力-跨中挠度关系曲线

图10给出了梁式试件测试钢筋应力σs-跨中挠度δ关系曲线。从图10可以看出:3个梁式试件测试钢筋应力-跨中挠度关系曲线接近;加载初期由于试验装置空隙的存在，在较小的荷载作用下可能产生较大的跨中挠度;待试验装置空隙消除后，跨中挠度随着荷载的增大近似呈线性增长;当自由端钢筋发生滑移后，钢筋应力增长速度减慢，而跨中挠度快速增大;加载至破坏荷载后，钢筋应力减小而跨中挠度继续增大。

2）平均黏结应力-滑移关系曲线

图11给出了梁式试件平均黏结应力σ-滑移s关系曲线。从图11可以看出:3个梁式试件测试筋平均黏结应力-滑移关系曲线接近;加载初期，加载端钢筋即出现滑移，且滑移值随荷载近似呈线性发展，而自由端钢筋无滑移。当平均黏结应力加载至5MPa左右，自由端钢筋开始滑移，其中一个自由端钢筋滑移随荷载增长较快而另一个自由端钢筋滑移至0.4mm左右后不再增长，而加载端钢筋滑移增长速度显著加快，不再与荷载成线性比例增长;加载至破坏荷载后，荷载开始下降，而加载端和自由端钢筋滑移量均急速增大。

3）钢筋应变沿黏结长度分布

图12给出了梁式试件在不同钢筋应力情况下钢筋应变沿黏结长度的分布曲线。从图12可以看出:3个梁式试件钢筋应变沿黏结长度的分布曲线接近，大致为凹曲线;随着荷载的增大，加载端钢筋应变(测点1)急速增长，而自由端钢筋应变(测点1)增长较小。4黏结应力沿黏结长度的分布曲线根据图12钢筋应变沿黏结长度的分布情况，参考文献［6］黏结应力计算方法，可求出梁式试件不同钢筋应力状态下黏结应力沿黏结长度的分布曲线，如图13所示。从图13可以看出，3个梁式试件测试筋黏结应力沿黏结长度的分布曲线接近，分布曲线呈多峰形，离加载端越近黏结应力的峰值越大。