钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的梁式试验研究.pdf
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1、第 3 4卷第 6期 2 0 1 2年 6月 铁 道 学 报 J OURNAL OF THE CHI NA RAI LW AY S OCI ETY VoI 34 NO 6 J u n e 2 0 1 2 文章编 号 : 1 0 0 1 8 3 6 O ( 2 O 1 2 ) O 6 0 0 8 3 0 5 钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的梁式试验研究 贾方方 , 安 明茹, 余 自若 , 张鸿儒 ( J L 京交通 大学 土木建筑工程学院 ,北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘要 : 采用梁式 黏结试 验研究活性粉末混凝土与钢筋 的黏结 性能 。研 究表 明 : 活性粉末 混凝土 梁式试 验 中
2、的 黏结破坏呈现钢筋拔 出破坏 、 钢筋拔 出与混凝土劈裂 破坏共 同发生等两 种破坏形 式 。活性粉 末混凝 土与钢筋 的 极限黏结强度及所对应 的滑移值 分别 约为普通混凝土 的 2倍左右 。通 过试 验给出黏结应力一 滑 移曲线 , 曲线分 为 微 滑移段 、 滑移段 、 滑移加速段和 下降段等 4 个 阶段 。分 析表 明: 保护层 厚度及埋 长对钢 筋黏结锚 固特征值 有一 定 的影响 。本文通过试验与分析提 出用 相对保 护层厚 度及 相对埋 长表示 各 阶段 黏结锚 固特 征值 的拟 合计 算公 式 , 为工 程设计提供参 考 。 关键词 :活性粉末混凝 土 ; 黏结应力一 滑移
3、 ; 黏结强度 ;黏结应力一 滑移 曲线 ;锚 固特征值 中图分类号 : TU5 0 2 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 - 8 3 6 0 2 O 1 2 0 6 0 1 5 Be a rn Te s t o f Bo n d Be h a v i o r Be t we e n St e e l Ba r s a n d Re a c t i v e Po wde r Co nc r e t e J I A F a n g f a n g , AN M i n g z h e , YU Z i r u o, ZHANG Ho
4、 n g r u ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y ,B e ij i n g 1 0 0 0 4 4 , Ch i n a ) Ab s t r a c t :Bo nd p r op r i e t i e s o f r e i nf o r c e d r e a c t i v e p o w d e r c on c r e t e b e a m s we r e s t ud i e d I t i s c o n
5、c l u de d a s f ol l o ws:t he r e a r e t wo mod e s o f b on d f a i l ur e i n b e a m t e s t s o f r e a c t i ve p owd e r c on c r e t e ;on e i s s t e e l pu l l ou t a n d t he ot he r i s s t e e l p ul l ou t t o ge t he r wi t h c o nc r e t e s pl i t t i ng;t h e u l t i m a t e bo n
6、d s t r e ng t h a nd i t s c o r r e s p on di n g s l i p v a l ue s a r e a bo ut t wi c e o f n or m a l c on c r e t e;t he b on d s t r e s s s l i p c ur v e o f r e a c t i v e p owd e r c on c r e t e c a n be d i vi de d i nt o f o ur s e c t i on s,i e ,t h e s e c t i o ns of m i c r o s
7、 l i p,s l i p,s l i p s pe e d up a nd d e s c e nd i ng;t h e c o r r e s po nd i ng c ha r a c t e r i s t i c v a l ue s a r e a f f e c t e d t o s o m e e xt e nt by t he t hi c kn e s s o f c o nc r e t e c o v e r a nd b o nd 1 e ng t h of e m be dm e nt The e m p i r i c a l f o r m ul a f
8、o r c ha r a c t e r i s t i c v a l u e s r e l a t e d t o t h e r e l a t i v e t h i c k ne s s o f c on c r e t e c o v e r a nd r e l a t i v e b o n d l e n g t h o f e mb e d me n t f i t t h e t e s t r e s u l t s ,wh i c h c a n p r o v i d e r e f e r e n c e t o e n g i n e e r i n g d
9、e s i g n Ke y wo r d s:r e a c t i v e po wd e r c on c r e t e;bo nd s t r e s s s l i p;bo nd s t r e ng t h;bo nd s t r e s s s l i p c ur v e; c h a r a c t e r i s t i c va l l 1 e s of b on d 活性 粉 末 混 凝 土 ( Re a c t i v e P o wd e r C o n c r e t e ) 具 有超高强度、 高韧性、 高耐久性 等优 点, 在工程中用活 性粉末混凝土代替普通
10、混凝土或高强混凝土 , 不仅 可 以减少结构截面尺寸与配筋量, 同时可以提高结构 的 耐久性 与 安全 性 。采用 活性 粉末 混凝 土设 计 的超 低高 度 T型梁已在蓟港铁路与迁曹铁路 中应用 , 该梁有效 降低了梁体的高度 , 解决 了铁路线路跨线桥梁净空受 限制的问题l_ 】 。另外 , 在青藏铁路严酷服役环境 中应 用 了可免维 护 的活 性粉末 混 凝土 人行 道板 和 支架 。 收稿 日期 :2 0 1 1 一 O 9 1 4 :修回 日期 : 2 0 】 1 1 2 1 6 基金项 目:国家 自然科学基金( 5 1 1 0 8 0 1 9 ) 作者简介 :贾方方( 1 9 8
11、4 一 ) , 女 ,山东荷泽人 ,博士研 究生。 E ma i l : j i a f a n g f a n g 06 1 63 c o rn 活性 粉末 混凝 土 虽有 很 高 的 抗 压 强度 , 但 是 抗拉 强度 相对于抗压强度低很 多, 因此活性粉末混凝土结构仍 需要 配 筋 。 钢筋的黏结锚固是钢筋混凝土结构承载受力的基 本前 提 , 有 限元分 析 过程 需 用 钢 筋 与 混凝 土 的黏 结 应 力一 滑移关系。文献 4 5 的研究表 明: 拔 出试验 中活 性粉末混凝土与钢筋之间的黏结强度远大于普通混凝 土 , 且活 性粉 末混 凝 土 具有 独 特 的配 制 方 式 及
12、 力 学特 性 6 - 7 , 既 有 的钢 纤维 混 凝 土 或 普通 混 凝土 9 - 1 0 与钢 筋黏结性能的理论已不适用于活性粉末混凝土。普通 混凝土的钢筋黏结性能研究表明 9 - 1 0 3 ,保护层厚度及 埋长对黏结性能有一定 的影响。而活性粉末混凝土的 8 4 铁 道 学 报 第 3 4卷 钢 筋 中心拔 出试 验不 能反 映保 护层 厚度 对黏 结性 能 的 影 响 , 且 与实 际构 件 受 力 形 式 有很 大 的差 别 。梁 式 试 验能更好的模拟梁端的黏结锚 固情况, 反映保护层厚 度 的影 响 。 因此 本文 拟采 用梁 式 黏结试 验对 活性 粉末 混 凝 土与钢
13、 筋 的黏结 性 能进行 研究 , 考查 埋 长 、 保 护层 厚 度 对黏结 性 能及 黏结 锚 固特 征 值 的 影 响 , 为 活性 粉 末 混凝 土结 构 的工程 设计 提供 参 考 。 1 试验设计 1 1试 验材 料 本试 验 中采用 的活 性 粉末 混 凝 土 主 要 原材 料 有 : 水泥 、 微 硅粉 、 石英 砂 ( 粒径 范 围为 0 1 6 1 2 5 ram) 、 高效 减 水 剂 、 钢 纤 维 ( 特 制 细 圆 短 纤 维 , 直 径 0 2 2 mm, 长 度 1 2 1 5 mm, 抗 拉 强 度 2 8 0 0 MP a ) 和 水 。 其 中 , 水 泥
14、 、 硅 粉 、 石英 砂 的质量 比为 1: 0 2 3: 1 7 7 , 水胶 比一0 1 9 , 钢纤维体积掺量 为 2 。梁式试 件采 用振 动 台振 动成 型 , 成 型后 的试 件 在 标 准养 护 室 养 护 4 8 h拆 模 , 然后 放到 高温 蒸汽 养护 箱 ( 7 5 ) 中养 护 7 2 h取 出 , 进行 试 验 。相 同成 型条 件 及 养 护 条 件 下 的 立 方 体抗 压 强 度 为 1 4 2 3 MP a , 劈 裂抗 拉 强 度 为 1 4 4 9 MP a 。试 验 所用钢 筋 为直径 1 6 mm 的变 形钢 筋 , 表 面 无锈蚀 , 单 根 钢
15、筋 总长 8 0 0 mm, 其 中屈 服 强 度 为 3 7 8 MP a , 极 限抗 拉强 度为 5 5 0 MP a 。 1 2试件 设计 参 考 R I L E M C E B - F I P建议 的梁 式 黏 结 试验 l 1 。 本课题 组前 期 的研 究 显 示l_ 4: 活 性 粉末 混 凝 土 的抗 拉 强度及 钢 筋之 间的 黏结 强 度 远 大 于普 通 混 凝 土 , 且 建 议直径 1 6 mm 的变 形 钢筋 在 活 性 粉 末混 凝 土 中 的锚 固长 度为 3 d ( d为钢 筋 直径 ) 。RI L E M 建 议 梁 式试 件 中钢 筋 的锚 固长度 为
16、1 0 d, 且 需 要 配 置 箍 筋 防 止 昆凝 土劈 裂 1 。活性 粉 末 混 凝 土 抗 拉 强 度 及 黏 结 性 能 都 优 于普通 混凝 土 , 本 试 验 中钢 筋 的锚 固长 度 取 为 3 d、 4 d 、 5 d, 试件 内不 配置 箍 筋 , 未采 取 任 何 加 固措 施 。试 验梁分为两段并分离, 中间用钢铰及埋入钢筋连接 , 试 件 尺寸见 图 1 。采 用 部 分 黏 结 , 黏结 长 度 设 置 在 各 半 梁中部 , 其余部分用套管将钢筋 与活性粉末 混凝土隔 开 。本次 试验 试件 共 5 组 , 每 组 3个试 件 , 试 件埋 长及 保 护层厚 度
17、见 表 1 。其 中埋 长 指 各半 边 梁 内 的钢 筋埋 长 。 表 1 试件埋长及保护层厚度 f a ) 立面 图 j 口 ( b )II 剖面 图 图 1 试件尺寸图 ( 单位: m m) 注 : 试件编号 中 I 表示变形钢 筋, 后面数 字依次为 钢筋直径 埋长一 保 护层厚度 。 对 梁式 试件 进 行 力学 分 析 , 根据 力 和 力 矩 平衡 及 黏结强度计算公式 1 2 - 1 4 , 可得本试验的黏结强度为 一 (1 ) 一 2 7 c Z , 、 式 中 : r 为平 均黏 结 应 力 ; P 为 试 验 荷 载 ; 为 钢 筋 埋 长 ; d为钢 筋直 径 ; n
18、、 a 、 h见 图 1 。 1 3试验 方法 试 验在 1 0 0 0 k N 的万 能试 验机 上进 行 , 用一 个 特 制的加载板将荷载由试验机传递给试验梁 , 并用荷载 传感器测定其荷载 。采用位移控制加载方式 , 加载速 率为 0 0 1 mm s 。钢 筋 的 两 个 自 由端 各 固定 一 个 位 移传感器 , 用于测定 自由端的滑移 , 传感器的探头与粘 贴在 活性 粉末 混凝 土表 面 的铜片 接触 。试 验荷 载及 位 移传感器读数用 DH3 8 1 6采集系统采集 。 第 6期 钢筋与活性粉末混 凝土黏结性能的梁式试验研究 8 5 2试验结 果与分析 2 1 破 坏 形
19、态 试 件典 型 的破坏 形 态 主 要 有 两 种 : 一 种是 钢 筋拔 出破 坏 , 即在试 验过 程 中 活性 粉 末 混 凝 土 没有 发 生破 坏 , 试件 没 有 出现裂 缝 , 而 钢 筋 被 徐 徐 拔 出 , 属 剪 切 型 破 坏 ; 另 一种 破 坏形 式 是 钢筋 拔 出与 活 性 粉 末 混凝 土 劈裂破坏共 同发生。在试验过程中, 随着荷载的增大 , 试件底部活性粉末混凝土 出现可见裂纹 , 随后钢筋被 拔出。保护层 厚度较 大且 埋长较 小 的试 件 ( L 1 6 5 0 一 自由端滑移 ram ( a ) 试件 L 1 6 5 0 1 5 窒 姆 皇 姆 2
20、 0 、 L 1 6 5 0 2 5 ) 多发生第一种破坏形式; 保护层厚度较 小 ( L 1 6 5 0 1 5 ) 及 埋 长 较 大 ( L 1 6 6 4 2 0和 L 1 6 8 0 2 0 ) 的试件发生第二种破坏形式。 2 2平均黏 结应 力一 滑移 ( f ) 曲线 试验梁两端的 r S曲线并不相 同, 一端发展的比 较 充分 , 另 一端 滑移 很 小且 达 到极 限黏 结 应 力 后 滑移 停 止 。以发 展较 充 分一 端 的 r 一 5曲线进 行 分 析 , 见 图 2 。 由于试验 原 因 , 试 件 L 1 6 8 O 一 2 0组 中的一 个 试 件部 分数据未采
21、集到, 故仅列出其 中两个试件的试验结果 。 自由端滑移 mm f b 1b 试件 L 1 6 5 0 2 0 自由端滑 移 m m ( d ) 试件 Ll 6 6 4 2 0 岂 日 窒 R 嘏 自由端滑 移 m m ( c ) 试件 L 1 6 5 0 2 5 图 2 不同试件 的 r s曲线 由 r S曲线及 试 验 现 象 观 察 , 试 件 的受 力 过 程 可 分 为 4阶段 , 四折 线模 型 见 图 3 。 图 3 四折线模型 ( 1 )微滑移段 ( o C ) : 加载初期 , 活性 粉末混凝土 与钢筋之间的化学胶着力在起作用 , 加载端有轻微滑 移 , 但未发展到 自由端
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- 钢筋 活性 粉末 混凝土 黏结 性能 试验 研究
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