钢筋与混凝土粘结性能的随机性研究.pdf
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1、8 低温建筑技术 2 0 l 3年第 4期 ( 总第 1 7 8期 ) 钢筋与混凝土粘结性能的随机性研究 王艺霖 , 贾治龙 , 杨勇良。 ( 1 山东建筑 大学土木工程学院 , 济南2 5 0 1 0 1 ; 2 中联西北工程设计研究院。 西安7 1 0 0 8 2 : 3 西安金地置业投资有限公司 。 西安7 1 0 0 7 5 ) 【 摘要】 针对 目 前钢筋与混凝土粘结性能的研究, 通过理论和实验手段都不能得到准确的粘结应力 f 的 问题, 文中首次提出把 r 作为一个随机变量来处理, 用假设检验的方法确定了其概率分布, 然后提出了两种 的取 值方案, 并对后一种采用取值区间的方案进行
2、了详细的介绍。 【 关键词】 随机变量; 粘结应力; 假设检验; 取值区间 【 II t J -Y 类号】 T U 5 2 8 5 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) o 4 0 0 0 8 0 3 钢筋与混凝土之间的粘结作用是二者共同工作 的基本前提 。它是一种复杂的相互作用, 所受的影 响因素众多, 加之试验技术方面相对滞后 , 使得 目前 有些基本问题还未得 到很 好 的解 决 , 一套充 分完整 的 粘结性能理论还有待建立。 从机理上来说 , 混凝土 中钢筋 的锈蚀受很 多外界 不确定因素( 周围氯离子浓度、 供氧状况、 供
3、水状况 等) 的影响 , 而且锈蚀层的累积进程前后相互影响, 因此钢筋的锈蚀量发展可以说是一个非平稳的随机 过程。另外混凝土的性质具有很明显的离散性, 所以 锈蚀前后钢筋 与混凝 土 的粘 结性 能都应 该 用 随机过 程来描述。这在理论分析上是显而易见的, 但 目前随 机过程的理论离实际应用还有一定的距离, 对于本问 题更是难以一步到位。因此 , 文中立足于应用随机的 概念来给出一个研究思路 , 暂不考虑过程的随机性 , 引入随机变量的概念来研究粘结性能, 为最终解决该 问题做 了有益的探 索。 1 问题分析 通常我们用粘结应力 r 来描述钢筋与混凝土之间 的粘结性能 , r 是指在二者接触
4、 面上分 布的剪应力 。 常 规的粘结性能试验都是采取钢筋拔出的办法 , 通过在 钢筋 内沿长度方 向的不 同位置贴应 变片 , 可以得 到各 测点处的钢筋应力 。 值 , 然后对两侧点问的钢筋段进 况 比较适用 , 因钢 筋锈 蚀 之后 截 面 积 的 变化 很 难 确 定。 而且在实际操作中, 由于贴应变片比较困难和应 变片存在精度问题等原因, 造成难以得到准确的占 函 数。 另外 。 与粘结应力r 又有较大的数量级差 , 用6 。 来 推出 r函数存在着不容忽视的误差传递问题。 为此, 文 献 3 提出了以数学分析为主, 试验数据只起验证作 用的方法 , 用数学方法给出了一套比较复杂的公
5、式。 这种思路并不能真正解决问题, 因为过分依赖数学分 析, 没有充分考虑实际情况, 导致实验数据并不能有 效的发挥验证作用 。 钢筋锈蚀 之后使锈蚀层 与混凝 土直接 接触 , 锈 蚀 的不同程度对粘结性能的影响很大。 具体来说, 可以 分为以下三种情况 : 图1 粘结应力变化曲线形状 ( 1 ) 钢筋锈蚀 程度 比较 深 , 锈 蚀层 与钢 筋问 已 经几乎没有粘结力 。 行隔离体受力平衡分析, 认为该段上的 r 均匀分布, 根 ( 2 ) 锈蚀层与混凝- I- _ ZI存在相对滑移 , 但钢 据钢筋的横截面积, 可直接算出其值后进而得出粘结 筋有效截面与锈蚀层之间没有相对滑移。 应力变化
6、曲线( r It t t ) , 形状如图 l 所示。 ( 3 ) 锈蚀层与混凝土之间存在相对滑移, 但钢 这种分析对钢筋未锈( 横截面积保持不变)的情 筋有效截面与锈蚀层之间有相对滑移。 某段隔离体如 0 o0 0 0 oo o0 0o 00 o o 00 0o o0 oo 00 00 00 0【 I 0c 0( , 0 0 00 0Q 0 0 o0 00 0 0 0o oo 0 0 00 00 o0 o 0 00 0o oo o0 0o oo o0 0 0 00 o0 o0 00 00 0 3 n t 绍勋 混凝土碳化反应的热力学计算 J 硅酸盐通报, 1 9 8 9 ( 8 ) : 2
7、5 c 4 周燕, 邸小坛 混凝土碳化规律研究 J 中国建筑科学研究, 1 9 9 5。 ( 3 ) : l 8 2 4 5 龚洛书, 苏曼青 混凝土多系数碳化方程及应用 J 混凝土 及加筋混凝土 , 1 9 8 5, ( 6 ) : 1 21 8 收稿日期】 2 0 1 2 1 2 1 1 【 作者简介 孟卫涛( 1 9 8 7一 ) , 男, 山东滨州人, 硕士研究生, 研究方 向: 新混凝土防碳化 技术研究 。 王艺霖等 : 钢筋与混凝土粘结性能的随机性研究 9 图2所示, A、 B为钢筋有效部分内的两个测点, 钢筋有 效截面与锈蚀层之间存在摩阻应力 ) ( f 图2隔离体分析 以上三种
8、情况的具体分析都很复杂。 且试验时需 注意的是不能直接在钢筋外表面贴应变片, 因为锈蚀 之后应变片就相当于贴在锈蚀层上, 不能反映出钢筋 有效部分的应力。 为了解决这个问题 , 需要对钢筋进 行比较复杂的加工: 用线切割方法将钢筋沿轴向对半 劈开 , 在两边加工 凹槽 , 然后沿长度方向以尽量小的 间隔布置应 变 片 , 之后 将两 半钢 筋粘 结起来 。 这 样应 变片处 在钢筋 的内部 , 不受钢筋表面锈蚀 的影响 。 这 部分研 究 的两个关键 问题是 : ( 1 ) 由于钢筋锈 蚀规 律 的复 杂性 , 难 以确定 某 两测点间钢筋横截面的变化。 对这个问题可采用如下 办法解决 : 对
9、拔出后的钢筋进行表面除锈 , 然后测量 不同位置处的钢筋剩余直径 , 用实测的数据来计算 r 的作用面积。 ( 2 ) 无法确定两测点间 r的分布规律, 因此不 能准确计算该段的 r 值。 这个问题的实质是要得到 |r 的分布规律 l , 就必须先假设一个规律 l , , 在 y 的前 提下来计算 l , , 结果必然是 l , l , 。 目前采取的方法都 是认为 在该段上保持一个定值来进行计算 , 但从图1 就可 以看 出这个假设 显然是不准确的。 2 引入随机变量 的分析 思路 以上思路虽然有诸多问题 , 但 目前还不能从整体 上提出更 好 的思 路 。 鉴 于 此 , 文 中抓 住 问
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