盐冻对钢筋混凝土黏结应力分布特性的影响.pdf

2 0 1 4年 第 1 2 期 (总 第3 0 2 期 ) Nu mb e r 1 2 i n2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 2 0 1 3 盐冻对钢筋混凝土黏结应力分布特性的影响 徐港 1 l2 ，潘琪 1 I 2 ，张小龙 。谢晓娟 ( 1 三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜 昌 4 4 3 0 0 2 ；2 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心 ，湖北 宜昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要： 试验研究了盐冻融循环作用对钢筋与混凝土间黏结应力分布特性 的影 响。 通过快速冻融循环试验， 对 7 组共 2 1 个试件 分别进行了 0 、 1 5 、 3 0 、 4 5 、 6 0 、 7 0 、 8 0 次的盐冻融循环作用， 采用中心拉拔试验 ， 通过对试件中钢筋 内贴应变片数据的采集 ， 测得黏结 区段内钢筋的应变值， 基于数值计算得到不 同冻融次数作用后相应区段 内钢筋混凝土间的黏结应力分布。 结果表明： 随着盐冻次数 的增加， 钢筋混凝土间的黏结应力传递速率逐渐减慢； 随着盐冻循环作用次数的增加， 黏结应力分布形式发生改变， 应力峰值由加载 端逐渐向自由端移动 ； 盐冻作用使混凝土中变形钢筋肋的楔作用逐渐退化 ， 随冻融损伤程度增加 ， 变形钢筋与混凝土间的黏结性能 趋于向光圆钢筋与混凝土间的黏结作用转变。 关键词： 钢筋 ；盐冻循环；黏结应力 ；耐久陛 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 2 0 0 4 9 0 4 E ffe c t o f d e i c e r f r o s t i ng c y c l e s o n t h e b o n d s t r e s s di s t r i b u t i o n b e t w e e n r e i n f o r c e m e n t a n d c o n c r e t e XUG a n g ， P A NQ i ， Z H AN GXi a o l o n g ， X I EX i a o j u an ( 1 Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n dAr c h i t e c tu r e ， C h i n aT h r e eGo r g e s Un i v e r s i t y ， Yi c h ang4 4 3 0 0 2， C h i n a ； 2 Co l l a b o r a t i v eI n n o v a t i o n Ce n t e r f o r Ge o h a z a r d s a n d E c o E n v i r o n me n t i n Th r e e Go r g e s Ar e a ， Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r act ： I t s tud i e d t h e e f f e c t o f de i c e r f r o s t c y c l e s o n b o nd s t r e s s d i s t r i bu t i o n b e twe e n s t e e l ba r a n d c o n c r e t e b y e x pe r i me nt s Afte r 0， 1 5， 3 0， 4 5， 6 0， 7 0， 8 0 f a s t d e i c e r fro s ti ng c yc l e s， t h e a xi a l p u l l o u t e x p e r i me n t s we r e c a rri e d o u t for 7 g r o u ps ， n a me l y 21 s pe c i me ns I n or de r t o me a s u r e s t e e l b a r s s t r a i n o fb o nd s e c t i o n a c c u r a t e l y， b a r s we r e i ns t r u me nt e d wi t h s t r a i n g a u g e p l a c e d i n a ma c h i n e d a x i a l c a v i t y Ba s e d o n n ume r i c a l c a l c u l a t i o n， t h e b o nd s t r e s s be tw e e n s t e e l b ars a n d c o n c r e t e i n t h e c o r r e s p o nd i n g s e c t i o n u nd e r d i ffe r e n t t i me s o f de i c e r fros t c y c l e s c a r l b e o b t a i ne d Th e t e s t r e s ul t s s h o w t h a t t h e mo r e fre e z i ng t h a wi n g c y c l e s nu mbe r i s ， t he s l o we r t he bo n d s t r e s s b e t we e n s t e e l ba r a n d c o n c r e t e tra n s f e r s ； wi t h the i n c r e a s e o f fre e z i ng t h a wi ng c y c l e s n umbe r ， the d i s t r i b u t i o n of b o n d s t r e s s c h a n g e s ， t he p os i t i o n of b o n d s t r e s s p e a k mo v e s fro m t h e l o a d i n g e n d t o f r e e e n d S a l t - fro s t a c t i o n h a s we ak e n e d the we d g e a c t i on o f d e f or me d bar S r i b As the i n j u r y o f fr e e z i n g - t h a w i n g i n c r e a s e s ， t h e c o h e s i v e n e s s b e twe e n d e f o r me d b a r s a n d c o n c r e t e t e n d s t o t h e c o h e s i v e n e s s b e t w e e n p l a i n b a r s a n d c o nc r e t e Ke y wo r d s ；： r e i n f o r c e me n t ； d e i c e r - fro s t i n g c y c l e s ； b o n d s t r e s s ； d u r a b i l i ty 0 引言 寒冷地区撒 除冰盐的道路 、 桥梁 以及海边建筑物经常 会遭受到非常严重 的盐冻破 坏 ， 盐冻作用不仅会 降低混凝 土 的抗 力性能 ， 而且破坏钢筋与混凝土 间的黏结性能 ， 导 致钢筋混凝土构件不能够正常受力 ， 从而影响到混凝土构 件 和结构的正常使用性能和安全性能 。 虽然已有不少学者 对冻融循环后钢筋与混凝土 的黏结性能展开过研究【 ， 但 多基于对平均黏结应力劣化特性 的研究 ， 对冻融循环后 黏 结应力沿钢筋锚 固长度变化特性 的研究鲜 见报道 ， 而这却 是建立黏结一 滑移本构关系的前提 。 为此 ， 本研究通过钢筋 开槽后内贴应变片来测得在加载试验过程 中 ， 沿钢筋黏结 锚 固长度不同位 置处 的钢筋应变。 通过计算相邻两点应力 收稿 日期 ：2 0 1 4 _ o 5 _ 2 0 基金 项 目 ：国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 0 9 1 2 1 ， 5 1 3 7 9 1 1 1 ) 差的方法得到钢筋与混凝土间的黏结应力 ， 对盐冻作用后 钢筋与混凝土问黏结应力分布规律给予初步探讨 。 1 试 验 概 况 1 1试 件 设 计 本 研究 采 用 中心 拉 拔试 验 ， 试 件 尺 寸 为 1 0 0 m mx 1 0 0 mm x 2 0 0 ra i n ， 中心埋置直径为 2 0 I n l T l 的 H R B 3 3 5 螺纹钢 筋 。 同期伴随浇筑 6 组混凝土抗压强度标准立方块 1 5 0 mm x 1 5 0 mmx l 5 0 n l n和 1 组 混凝 土 冻融标 准 试件 1 0 0 m mx 1 0 0 mmx 4 O O m m， 均作为相关盐冻循环参数的获取依据。 为 了消除加载时局部挤压 的影响 ， 在加载端和 自由端分别设 置 3 0 mm的硬质 P VC套管 ， 形成钢筋与混凝土问的无黏结 区， 即有效黏结长度为 1 4 0 mm， 具体设计详图如图 1 所示。 49 6 000 5 000 4 0 0 0 3 0 o 0 娄 2 0 0 0 1 000 _ _6 kN - - I I - l 2 k N 广 _1 8 k N 24 kN - 一 3 0 k N 3 6 k N 4 2 k N - V -4 8 k N 5 4 k N O 一 60 kN - D ,B 6 6 k N - Q - 7 2 k N -or e 78 kN 8 4 k N 斗 一9 O k N 七一 96 kN O 一 1 O 2 k N 啼 一 1 0 8 k N 1 1 4 k N - V - -1 2 O k N 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载端 位置 c m 自由端 f a ) 未 冻 融 _ 一 3 k N -_6 k N r _9 kN - D - -1 2 kN - - I - -l 5 kN _ -1 8 k N * 一 2 1 kN - V - -2 4 k N _ 一2 7 k N O 一 3 0 k N 。 _ 3 3 k N 3 6 k N 卜 -3 9 k N o_ _42 kN 2 700 2 4 0 0 7 0 0 600 5 0 0 4 0 0 3o0 罹2 0 0 1 0 O 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加 载端 位 置 c m 自由端 ( b ) 冻融3 O 次 _ - 3 k N - 卜 -6 kN - A - - 9 k N -1 3 - - l 2 k N l - - 2 4 k N - 一 2 7 k N 3 O k N +3 3 k N 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 2 4 6 8 l 0 1 2 l 4 加 载端 位 置 c m 自由端 加载 端 位置 c m 自由端 ( d ) 冻 融6 0 次 ( e ) 冻 融7 O 次 图 4 不同冻融次数下钢筋应变沿锚长变化曲线 -6 k N 4 2 k N 卜 -1 2 k N 4 8 k N 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载端 位置 c m 自由端 ( a 1 未冻 融 1 O 8 6 R 棵 2 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载端 位置 c m 自由端 ( d 1 冻融6 O 次 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加 载端 位置 c m 自由端 f b 1 冻融3 0 次 2 4 6 8 l 0 l 2 l 4 加载端 位 置 c m 自由端 ( e ) 冻融7 0 次 图 5 不同冻融次数下钢筋应力沿锚长变化曲线 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加 载端 位置 c m 自由端 ( c ) 冻 融4 5 次 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载 端 位置 c m 自由端 ( n 冻融8 O 次 8 7 日 6 枣 5 菩 3 2 1 _ _6 k N _ _3 0 k N - 卜 -l 2 k N _ -3 6 k N - A - 1 8 k N 4 2 k N 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载端 位置 c m 自由端 ( c ) 冻 融4 5 次 4_ 0 3 5 3 0 2 5 2 0 好 1 5 蕊 1 0 0 5 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载端 位置 c m 自由端 ( f 1 冻 融8 0 次 0 O O 0 O 0 O O 0 O 鲫 加 如 如 加 m 三 溢器 O O O 0 O 0 O 0 0 O O 0 O O O 1 8 5 2 9 6 3 i 1 、 妪器 枷枷姗姗瑚瑚 如 理妪器 O 0 O O 0 0 O 0 O 鲫 加 如 如 加 温幂 6 4 2 0 8 6 4 2 O 苫 好榱 6 4 2 O 8 6 4 2 B d 好棵 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 露e只 好樱 2 3结果分析 ( 1 ) 盐冻作用对钢筋应变分布 的影响 大量 文献对 未经 冻融 的 中心拉拔 试 件 的黏结应 力 分布进行了研究m 4 1 ， 表明变形钢筋的钢筋应变一 位置关 系 曲线是凹形 曲线 ， 而光圆钢 筋的应 力一 位置 曲线是 凸形 曲线 。 据图 4所 示 的规律 可 以推断 ， 经 过较 多次 的盐冻 循环 作用后 ， 变形 钢筋与混凝 土黏结作用 性能逐 渐倾 向 于 向光圆钢筋与 混凝土问黏结作 用形式转 变 ， 分 析其 主 要原 因是盐冻作用 大大降低 了混 凝土强度 ， 减弱 了钢筋 与混 凝土 间黏结 作用力 ， 并使 变形钢筋肋 在构件 中楔 的 作用退化 。 通过 比较相 同荷载下各冻融 次数 的钢筋应 变分 布曲 线 ， 如冈 6 。 可以发现 ， 当拉拔荷载相同时， 盐冻循环作用次 数越多则钢筋应变分布 曲线越扁平越缓和 ， 即随着盐冻循 环次数 的增加 ， 钢筋 的应力梯度减小 ， 表 明其与混凝 土问 的黏结作用削弱。 j 、 制 墨 i 瀣 舞 O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 加载端 位 置 c m 自由端 ( a 1 荷 载 为3 6 k N U Z 4 6 l U j 2 l 4 加 载端 位 置 c m 自由端 f h ) 荷载 为4 2 k N 图 6 相同荷载下不同冻融次数下钢筋应变分布曲线 ( 2 ) 盐冻作用对黏结应力分布的影响 进一步分析 图 5 可知 ， 当盐冻循环作用次数 比较少 ( 冻 融循环 4 5次以 内) 时 ， 黏结应力 的分布 曲线呈双峰现 象 ， 峰值基本稳定在距加 载端 O 1 5 Z 处和距 自由端 0 - 3 f 处 ， H随冻融次数增 加 ， 双峰值间应力差减小 ， 锚 固段 内黏结 应力分布渐趋均匀 。 达到 6 0 次冻融循环作用后 ， 黏结应力 分 布形式 由双峰转变为距 自由端 0 _2 f 附近处 的单峰 ， 从 加载端 到到达峰值前 黏结应力缓慢 增加 ， 达到峰值 后急 剧下降 ， 与文献 U 4 1 光圆钢筋的黏结应力分布特性 相似。 说明随冻融损伤程度加重 ， 钢筋与混凝土问黏结应力传 递速率逐渐减小 ， 黏结 区段较短 时黏结传递长度不 变 ， 但 黏结应力 的分布形式将发生改变 ， 且 由此可推 知 ， 当黏 结 段 较 长时黏 结传 递长 度将 随冻 融损 伤程 度增 加逐 渐 增长 。 7 3结 语 ( 1 ) 随着盐冻次数的增加 ， 钢筋应变沿锚长变化 曲线 的形状 由凸 向坐标轴即凹形 ， 向凸形过渡 ， 即钢筋 的应力 传递越来越慢 ； ( 2 ) 随着盐冻循环作用次数 的增加 ， 黏结应力分布形 式发生改变 ， 应力峰值 由加载端逐渐向 自由端移动 ； ( 3 ) 盐冻作用使混凝土 中变形钢筋肋 的楔作用逐渐退 化 ， 随冻融损伤程度增加 ， 变形钢筋与混凝土 问的黏结性 能趋于向光圆钢筋与混凝土问的黏结作用转变。 参考文献： 【 1 赵娟 ， 邹超英 ， 王文博 ， 等 冻融作用后钢筋与混凝土之间黏结 性能研究f J J _ 沈阳建筑大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 2 5 ) ： 71 9 - 7 22 2 】 徐港 ， 艾天成 ， 谢晓娟 ， 等 盐冻环境下 冈 筋混凝土黏结性能的 梁式试验l J 1 _ 建筑材料学报， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 3 7 4 2 【 3 冀晓东 ， 宋玉普 冻神循环作用后钢筋与混凝土黏结性能试验 研究I J l _大连理工大学学报 ， 2 0 0 8 ， 4 8 ( 2 ) ： 2 4 0 2 4 5 【 4 】冀晓东， 宋玉普 冻融循环后光圆钢筋与混凝土黏结性能退化 机理研究 建筑结构学报 ， 2 0 1 1 ， 3 2 ( 1 ) ： 7 0 7 4 【 5 1贡金鑫， 何世钦 ， 郭育霞 盐环境中冻融循环对钢筋与混凝土黏 结性能影O il J 大连理工大学学报 ， 2 0 0 5 ， 4 5 ( 3 ) ： 4 0 5 4 0 9 6 】赵娟 ， 巴恒静 ， 邹超英 ， 等 冻融环境下钢筋 混凝土间黏结界面 的显微结构l J 】 _武汉理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 1 9 ) ： 7 8 8 0 【 7 1 AL MU S AL L AM A A， e t a 1 E f f e c t o f r e i n f o r e e n mn t c o r r o s i o n o n b o n d s t r e n g t h J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 1 9 9 6 ， l O ( 2 ) ： 1 2 3-l 29 8 】AL S UL AI MAN I G L， KAL EE MUL L AH M， B AS U NB UL L A， e t a 1 I n flu e n c e o f c o r r o s i o n a n d c r a c k i ng o n b o n d b e h a v i o r a n d s t r e ng t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e r s J AC I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 1 9 9 0 ， 8 7 ( 2 ) ： 2 2 0 2 3 1 【 9 何世钦， 贡金鑫， 王海超盐冻循环下钢筋与混凝土的黏结机理 与退化模型 工业建筑 ， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 1 2 ) ： 1 9 2 2 1 0 G B 1 4 9 9 1 2 O 0 8 ， 钢筋混凝土用钢国家标准【 s 】 f 1 l l G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 标准【 s f l 2 】 洪小健 ， 张誉 黏结滑移试验中的黏结应力的拟合方法I J 1 结构 工程师 ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 4 4 4 8 f l 3 】 王传 志， 腾智明 钢筋混凝土结构理论f M 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 8 5 【 1 4 1徐友邻 变形钢筋一 混凝土黏结锚固性能 的试验研究l D 1 E 京 ： 清华大学， 1 9 9 0 作者简介 联 系地 址 ： 联系电话 徐港( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 副教 授 ， 博士后 ， 主要从事混凝土 结构耐久性研究。 湖北宜 昌市大学路 8 号 三峡大学土木与建筑学院 ( 4 4 3 0 0 2 ) 1 5 9 9 76 0 3 2 05 0 O O O O O O 0 O O 如 如 0 0 0 0 O 0 O O O O O 鲫 如 如加