肋间距超限钢筋与混凝土间粘结强度试验

孙昊　李继超　甘丹

摘要：为分析肋间距超限对钢筋与混凝土间粘结强度的影响，共制作了36个钢筋肋间距超限试件和合格试件，进行了对钢筋肋外形特征变化比较敏感的中心拉拔试验；通过中心拉拔试验结果的对比，分析了2类试件在破坏模式、荷载位移曲线、承载力和粘结强度方面的差异。研究结果表明：所有试件破坏时只发生了钢筋粘结滑移破坏和混凝土劈裂破坏，钢筋均未达到屈服强度；2类试件破坏承载能力相差9%～15%，且离散性相对较小；2类试件粘结强度相差小于12.4%；在满足锚固长度和搭接长度的前提下，钢筋肋间距超限10%左右对钢筋与混凝土间粘结强度基本没有影响。

关键词：钢筋；混凝土；粘结强度；肋间距超限；拉拔试验；破坏模式；承载能力

中图分类号：TU375文献标志码：A

Abstract： In order to analyze the influence of overrun rib spacing on bond strength between steel and concrete， 36 specimens with overrun and standard rib spacing were manufactured. The pullout tests which were sensitive on the shape characteristics of steel rib were carried out. The failure mode， loaddisplacement curve， carrying capacity and bond strength were analyzed by comparing the pullout test results. The test results show that all specimens only appear bond slip failure and concrete splitting failure. The strength of all steels cannot reach their yield strength. The carrying capacity difference of the two types of specimens is 9%15%， and the discreteness is relatively small. The bond strength of the two types of specimens differs by less than 12.4%.There is no effect on bond strength of concrete and steel when the rib spacing overruns about 10% while they are satisfied the anchorage length and lap length.

Key words： steel； concrete； bond strength； overrun rib spacing； pullout test； failure mode； bearing capacity

0引言

钢筋与混凝土能够共同工作的基本前提是钢筋和混凝土间具有足够的粘结强度。影响粘结强度的主要因素有钢筋的外形特征、混凝土强度、骨料的粒径、数量和表面形态、浇筑混凝土时钢筋的位置、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋等，其中以钢筋的外形特征最为重要[15]。带肋钢筋由于表面轧有肋纹，能与混凝土犬牙交错紧密结合，其化学胶着力和摩擦力仍然存在，但主要是钢筋表面凸起的肋纹与混凝土的机械咬合作用，因此，热轧带肋钢筋的外形特征成为影响钢筋与混凝土间粘结锚固性能的主要因素[610]。

中心拉拔试验的试件制作及试验装置比较简单，试验结果便于分析，特别是对钢筋外形特征的变化比较敏感，通常作为对不同类型钢筋粘结性能比较的基准试验方法[1112]。为研究肋间距超限对钢筋和混凝土间粘结强度的影响，制作了36个钢筋肋间距超限试件和合格试件进行中心拉拔对比试验，从最终破坏模式、荷载位移曲线、承载力3个方面分析肋间距超限对钢筋和混凝土间粘结强度的影响。

1试验设计

1.1试验目的

为分析肋间距超限钢筋对粘结强度的影响，分别选取20，22的HRB335级钢筋肋间距超限和合格试件进行中心拉拔对比试验，根据试验结果分析该批肋间距超限钢筋对整体结构的影响，肋间距超限钢筋检测过程见图1，检测结果见表1，其中d为钢筋直径。20钢筋肋间距超限10.2%，22钢筋肋间距超限5.3%，钢筋的其他力学指标均符合要求。

1.2试件设计与制作

根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）[13]和欧洲混凝土协会推荐的钢筋锚固性能试验方法，本文试验共制作不加套筒（A模式）、一端加套筒（B模式）和两端均加套筒（C模式）3种类型的试件，20，22钢筋肋间距超限和合格的试件各制作3个，共计36个试件，所有试件均为边长150 mm的立方体，钢筋长度为500 mm，较短的一端伸出10 mm，具体形式见图2。试件编号的含义如下：1代表肋间距合格钢筋，2代表肋间距超限钢筋，20，22代表钢筋直径；A，B，C对应试件的3种模式，尾数1，2，3代表每种类型有3个相同的试件。以122B3为例，该编号表示肋间距合格，直径为22 mm，B模式的第3个试件。

具体加载装置如图4所示。试验加载采用分级逐步加载，按预估最大承载的1/10分级加载，以不超过400 N·s-1的加载速度拉拔钢筋，加载到预估最大承载的90%时，将加载步按预估最大承载的1/20分级加载。发生下列情况时应立即停止加载，具体情况有：钢筋达到屈服点，混凝土发生破裂，钢筋已从混凝土中拔出。试验过程中实时采集荷载与位移数据，荷载采用试验机自带的压力传感器采集，位移用TDS手动连续采集。

2试验结果分析

2.1破坏模式

综合试件加载试验结果，所有试件破坏时只发生了钢筋粘结滑移破坏和混凝土劈裂破坏，所有钢筋均未达到屈服强度，具体破坏式见图5，6。打开发生劈裂破坏的试件，劈裂面肋间的混凝土有被挤碎和滑移的痕迹，越靠近受拉端，肋间的混凝土挤碎越明显。无论是肋间距超限的钢筋试件还是肋间距合格的钢筋试件，主要劈裂缝大部分沿钢筋纵肋方向发生。

发生粘结滑移破坏的月牙纹钢筋荷载滑移曲线的下降段较平缓，后期强度相对较高，延性较好。发生劈裂破坏的试件是由于其肋间混凝土齿比较强，不易被挤碎、剪断，试件的破坏发生比较突然，具有脆性破坏的特征，因此荷载位移曲线的下降段基本采集不到。通过比较不同类型试件加载过程中荷载位移曲线可知，月牙纹钢筋在较大滑移变形下仍能维持一定抗力，这种特点对结构抗震有利。

2.3承载力对比分析

根据试验结果得到不同类型试件的极限承载力，见表2，3。从承载力统计表分析可知：对于相同类型的肋间距超限与合格的试件，肋间距偏大试件的承载力有一定程度的下降，承载力下降9%～15%，与以往此类试验结果偏差相同[10]；试件承载力的均方差在0.05～0.26 kN之间，表明拉拔试验同类型试件试验结果的离散性相对较小，试验结果可靠性能够得到保证。

2.4A模式试件粘结强度对比分析

对于滑动变形没有达到0.10 mm的试件，取承载力最大值来计算试件的粘结强度。A模式不同类型试件粘结强度计算结果如表4，5所示。经计算，肋间距合格的22试件钢筋与混凝土之间的粘结强度为8.3 MPa，肋间距超限的22试件钢筋与混凝土之间的粘结强度为7.4 MPa，降低了11.2%；肋间距合格的20试件钢筋与混凝土之间的粘结强度为11.6 MPa，肋间距超限的20试件钢筋与混凝土之间的粘结强度为10.2 MPa，降低了12.4%。3结语

（1）综合分析肋间距合格和超限的钢筋试件破坏试验结果可知，钢筋肋间距超限对中心拉拔试验试件的破坏模式没有影响，均发生了预想的破坏模式，即发生了钢筋粘结滑移破坏和混凝土劈裂破坏。

（2）对比分析相同类型肋间距合格与超限的试件，其极限承载力相差9%～15%，粘结强度相差11.2%～12.4%。

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