粘結(jié)滑移試驗(yàn)試件產(chǎn)生劈裂破壞的原因綜述

1、粘結(jié)滑移試驗(yàn)試件產(chǎn)生劈裂破壞的原因綜述摘要：在鋼筋筋與混凝土粘結(jié)滑移試驗(yàn)中，若試件發(fā)生劈裂破壞，大部分情況 下就無法得到完整的粘結(jié)一滑移曲線，因此我們所希望試件發(fā)生的破壞類型為拔 出破壞，這樣才能更好的捕捉到粘結(jié)滑移的整個(gè)過程。根據(jù)國內(nèi)外對鋼筋與混凝 土的粘結(jié)滑移研究成果，本文將從影響粘結(jié)力的主要因素、裂縫發(fā)生及開展的角 度以及其他因素等三個(gè)方面來探討粘結(jié)一滑移試驗(yàn)中試件產(chǎn)生劈裂破壞的原因， 并給出相關(guān)的建議和結(jié)論，為研究鋼筋筋與混凝土的粘結(jié)滑移拓展新的思路。關(guān)鍵詞：粘結(jié)一滑移；劈裂破壞；原因1緒論1.1研究背景鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土與鋼筋之間的力傳遞及變形協(xié)調(diào)是通過兩者之間的 粘結(jié)力實(shí)現(xiàn)的。

2、凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力主要有以下三部分組成：化學(xué)膠著力、 摩擦力和機(jī)械咬合力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能否正常工作，取決于混凝土與鋼筋之間 是否有良好的粘結(jié)作用。目前對于鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移的研究方法主要可分為: 拔出試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)。拔出試驗(yàn)中最常用的為中心拔出試驗(yàn)，其具有試件尺寸小、 制作快捷、試驗(yàn)方便等優(yōu)點(diǎn)被眾多學(xué)者所采用。它將鋼筋置于混凝土試塊心，通 過端板頂住試塊頭部，利用試驗(yàn)機(jī)拉伸鋼筋從而實(shí)現(xiàn)加載。梁式試驗(yàn)可以分為全 梁式1和半梁式，其中全梁式試驗(yàn)被歐洲模式規(guī)范所推薦，因其受力狀態(tài)與實(shí)際 構(gòu)件更加接近而被眾多學(xué)者推崇，其缺點(diǎn)是試驗(yàn)梁尺寸相對拔出試件一般較大支, 模繞筑費(fèi)用高，試驗(yàn)加載難度更大。

3、然而由于鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用機(jī)理 非常復(fù)雜，影響因素較多且各影響因素與粘結(jié)用之間并不是簡單的線性關(guān)系，至 今仍然只能依靠試驗(yàn)獲得近似的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，從理論上還提不出一套比較 完整、有充分論據(jù)的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系。1.2研究現(xiàn)狀鋼筋與混凝土這兩種不同的材料之所以能夠在一起共同工作，除了兩者有相 似的線膨脹系數(shù)，還得益于混凝土的流動(dòng)性使得鋼筋能夠被很好的包裹在混凝土 中，隨著混凝土的硬化，鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力，從而使得鋼筋 與混凝土這兩種不同的材料能夠工作在一起來共同承擔(dān)荷載，隨著近十兒年微型 計(jì)算機(jī)的普及且計(jì)算速度越來越快，加上有限元軟件不斷推陳出新，有限元分析 技術(shù)被越來

4、越多的應(yīng)用到了混凝土結(jié)構(gòu)的研究中。有限元分析具有不受試驗(yàn)設(shè)備、 研究周期、試件數(shù)量等限制的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能通過計(jì)分析得到實(shí)驗(yàn)中不宜測得的 數(shù)據(jù)，被越來越多的學(xué)者所接受，成為試驗(yàn)研究的重要補(bǔ)充手段。1.3粘結(jié)界面的研究鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能能的分析，主要是看滑移量的大小與粘結(jié)力的小的 關(guān)系，目前對于鋼筋與混凝土研究的實(shí)驗(yàn)方法可分為拔出試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)兩種。 對于拔出試驗(yàn)來說是否配置橫向的箍筋，乂可將試驗(yàn)分為兩種2。對于配置了橫 向箍筋的試件，增加了混凝土的韌性，從而能更好的反應(yīng)出鋼筋與混凝土粘結(jié)滑 移的整個(gè)過程。由于拔出試驗(yàn)的試件制作簡單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，被國內(nèi)外學(xué)者 廣泛應(yīng)用于鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑

5、移試驗(yàn)當(dāng)中，但由于拉拔試驗(yàn)并不能反應(yīng)出結(jié) 構(gòu)構(gòu)件真實(shí)的受力狀態(tài)，受力不符合實(shí)際，因此也有許多學(xué)者選用梁式試驗(yàn)來研 充鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移全過程。2影響粘結(jié)力的主要因素2.1混凝土強(qiáng)度等級的影響當(dāng)混凝土的強(qiáng)度提高時(shí)，混凝土與鋼筋的化學(xué)粘結(jié)力和機(jī)械咬合力隨之增加, 從而使得鋼筋與混凝土的粘結(jié)力增加，而粘結(jié)力過大是導(dǎo)致試件發(fā)生劈裂破壞的 一個(gè)重要因素3。但是，與此同時(shí)提高混凝土的強(qiáng)度等級，乂增大了試件的延性, 延遲了試件的內(nèi)裂，從這一點(diǎn)來看，提高混凝土的強(qiáng)度等級乂是有利于延緩試件 劈裂破壞的發(fā)生。建議及結(jié)論：通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與的普通混凝土試件相比，強(qiáng)度等級為C35的普 通混凝土試件的有趨向于發(fā)生拔出破壞

6、的趨勢，試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了：提高混凝土 的強(qiáng)度等級雖然一方面增大了鋼筋與混凝土的粘結(jié)力不利于試件發(fā)生拔出破壞, 但與此同時(shí)，隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，試件的延性增大，延遲了試件的內(nèi)裂, 乂使得試件發(fā)生拔出破壞成為了可能。自身強(qiáng)度較低，鋼筋與珊瑚混凝土中心拉 拔試驗(yàn)試件更容易發(fā)生劈裂破壞；2.2粘結(jié)長度的影響研究表明粘結(jié)長度越長，相應(yīng)的粘結(jié)極限拉伸力越大，隨著粘結(jié)長度的增加, 平均粘結(jié)應(yīng)力雖然在減小5,但是對于鋼筋與混凝土整體的粘結(jié)力卻是在增加的, 鋼筋與混凝土之間過大的粘結(jié)力是導(dǎo)致混凝土試件發(fā)生劈裂破壞的重要原因。此 外隨著粘結(jié)長度的增加，粘結(jié)應(yīng)力沿著粘結(jié)區(qū)段的非線性分布就越發(fā)的明顯。2.3鋼筋

7、直徑的影響平均粘結(jié)強(qiáng)度隨著鋼筋直徑的增大而減小，從理論上可解釋為，鋼筋直徑越 大，鋼筋下浮漿越多，空隙越大，混凝土硬化后形成的空隙越多，粘結(jié)應(yīng)力損失 也越大。而粘結(jié)應(yīng)力越小，鋼筋與混凝土的相對滑移也越小6。同時(shí)，鋼筋直徑 越大，總體的粘結(jié)力也就越大。這就導(dǎo)致鋼筋在未來得及滑移或是滑移量很小的 情況下，試件突然的發(fā)生劈裂破壞。2.4混凝土保護(hù)層厚度的影響當(dāng)混凝土的保護(hù)層較薄時(shí)，常發(fā)生混凝土的劈裂破壞。增大混凝土的保護(hù)層 厚度，能加強(qiáng)鋼筋外圍混凝土的抗裂能力，提高試件的劈裂應(yīng)力和極限粘結(jié)強(qiáng)度。 因此，厚的混凝土保護(hù)層會(huì)延緩混凝土的劈裂破壞從而提高鋼筋與混凝土之間的 粘結(jié)性能7。3從裂縫發(fā)生及開展的

8、角度鋼筋錨固段的粘結(jié)性到鋼筋表面附近，混凝土層上內(nèi)裂縫發(fā)展的影響。內(nèi)裂 縫分為兩種類型，一種是直接由粘結(jié)作用產(chǎn)生的橫向微裂縫，這種裂縫從鋼筋橫 肋頂部混凝土開始發(fā)展。另一種裂縫，由鋼筋橫肋上所受的斜壓力導(dǎo)致混凝土中 產(chǎn)生環(huán)向拉力，當(dāng)環(huán)向拉力大到一定程度后在混凝土表面產(chǎn)生縱向劈裂裂縫。橫向裂縫的發(fā)展削弱了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，鋼筋橫肋之間的混凝土 被剪掉，由此而退出工作，使得鋼筋直接從混凝土中拔出而破壞；而縱向的劈裂 裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展是試件發(fā)生劈裂破壞的微觀因素?；炷恋谋Ｗo(hù)層厚度不足或 是混凝土自身強(qiáng)度較低，加上鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力很大時(shí)，在進(jìn)行拉拔的 過程中由此產(chǎn)生的環(huán)向拉力也越大，

9、而由于粘結(jié)力很大鋼筋不容易產(chǎn)生滑移，與 此同時(shí)由于混凝土品質(zhì)的原因，環(huán)向拉力8作用在試件上很容易產(chǎn)生縱向的劈裂 裂縫，在混凝土試件來不及滑移時(shí)，試件由于環(huán)向力過大和混凝土品質(zhì)較差而突 然發(fā)生破壞。4.結(jié)語本文通過閱讀大量文獻(xiàn)資料，總結(jié)了在采用拉拔試驗(yàn)研究鋼筋與混凝土的粘 結(jié)滑移工作時(shí)，試件出現(xiàn)劈裂破壞，而導(dǎo)致無法得到粘結(jié)一滑移全曲線的各種原 因，并給出相關(guān)建議及解決方案，現(xiàn)總結(jié)如下：強(qiáng)度較高的混凝土，使得鋼筋與混凝土之間的化學(xué)膠著力和機(jī)械咬合力 增大，從而鋼筋與混凝土之間的總體的粘結(jié)力增大，粘結(jié)力過大是導(dǎo)致試件發(fā)生 劈裂破壞的重要原因。但是提高混凝土的強(qiáng)度等級能增大了試件的延性，延緩了 開裂的

10、發(fā)生。從試驗(yàn)方面來看，提高混凝土的強(qiáng)度等級度能改善試件的內(nèi)裂。建 議相關(guān)研究人員在進(jìn)行鋼筋與混凝土的拉拔試驗(yàn)時(shí)采用C25及以上強(qiáng)度等級的混 凝土進(jìn)行研究。粘結(jié)長度過長是導(dǎo)致試件發(fā)生劈裂破壞的乂一重要因素，粘結(jié)長度過長 使得鋼筋與混凝土的接觸面積較大，從而增大整體的粘結(jié)力，如前所述，較大的 粘結(jié)力是導(dǎo)致試件發(fā)生劈裂破壞的重要原因。除此之外，平均粘結(jié)應(yīng)力隨著粘結(jié) 長度的增加而減小，而粘結(jié)應(yīng)力越小，鋼筋與混凝土之間的相對滑移也就越小， 也就是說在鋼筋與混凝土之間還未來的及滑移，構(gòu)件由于裂縫的開展導(dǎo)致劈裂破 壞，建議相關(guān)研究人員在進(jìn)行拉拔試驗(yàn)時(shí)采用合理的粘結(jié)長度，建議粘結(jié)長度為 2.5d或者是3do試

11、驗(yàn)及理論證明平均粘結(jié)強(qiáng)度隨著鋼筋直徑的增大而減小，而粘結(jié)應(yīng)力 越小，鋼筋與混凝土的相對滑移也越小。同時(shí)，鋼筋直徑越大，總體的粘結(jié)力也 就越大。這就導(dǎo)致鋼筋在未來得及滑移或是滑移量很小的情況下，試件突然的發(fā) 生劈裂破壞。建議相關(guān)研究人員采用合理的鋼筋直徑進(jìn)行試驗(yàn)研究；混凝土的保護(hù)層厚度較薄是導(dǎo)致試件發(fā)生劈裂破壞的主要原因，拉拔所 用的混凝土試件往往存在微觀裂紋，在進(jìn)行拉拔試驗(yàn)時(shí)微觀裂紋要進(jìn)行開展，當(dāng) 微觀裂紋開展至試件的表面，結(jié)構(gòu)宣告破壞，增大混凝土的保護(hù)層厚度能夠增加 混凝土外圍抗裂能力從能有效延緩裂縫的開展。使得鋼筋在發(fā)生滑移前，試件不 會(huì)破壞。建議相關(guān)研充人員采用合理的混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行試驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：裴培，張藝欣，等.鋼筋混凝土粘結(jié)滑移研究綜述J.材料導(dǎo)報(bào)，2018, 32(23) : 4182-4191.鄭惠銘，楊健，王宇軒，等.型鋼混凝土粘結(jié)滑移性能研究綜述J.山西建筑, 2018, 44 (32) : 59-61.宋明辰.高溫下型鋼混凝土粘結(jié)滑移性能研究現(xiàn)狀J.建材與裝飾，2018,(40) : 56.楊卓強(qiáng)，劉元珍.