钢筋与钢纤维再生混凝土锚固性能研究

目的研究钢筋与钢纤维再生混凝土的锚固性能,以现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)中月牙纹外形热轧钢筋的极限粘结强度计算公式为基础,提出极限粘结强度计算公式,为此类构件粘结锚固性能的研究提供理论与试验基础.方法对不同钢筋直径、再生粗骨料取代率及钢纤维体积掺量的16组64个粘结锚固试件进行拉拔试验,分析各参数变量对钢筋和再生混凝土粘结性能的影响.结果随着再生粗骨料取代率的增加,粘结强度变化较小;粘结强度随着钢纤维体积掺量的增加而增大;钢筋直径对粘结强度产生一定的影响,当钢筋直径为28 mm时,粘结强度提升较为明显.结论笔者所推出的钢筋与钢纤维再生混凝土的粘结强度计算公式,能够为再生混凝土的相关规范编写及其工程应用提供可靠的理论依据和设计参考.     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

钢纤维对混凝土与变形钢筋之间黏结性能试验研究

在对不同掺量钢纤维普通和轻质混凝土试块的基本力学性能试验研究的基础上,通过中心拉拔试验,分析钢纤维对混凝土与变形钢筋之间黏结性能的影响机理.研究表明:钢纤维的加入提高了混凝土和钢筋之间的黏结性能及混凝土抗裂缝发展的能力.同时,相同钢纤维掺量下,普通混凝土自身的抗裂缝发展能力高于轻质混凝土,从而使其与钢筋的黏结强度也高于轻质混凝土.钢纤维的加入使得混凝土对于钢筋的黏结强度显著增大,最大增长率可达到49.94%(普通混凝土钢纤维掺量为40 kg/m~3时)和51.94%(轻质混凝土钢纤维掺量为60 kg/m~3时).本文研究可为后续黏结性能的研究提供一定的理论参考,同时推进轻骨料钢纤维混凝土在实际工程中的应用.     

灌浆套筒连接中高强钢筋锚固长度研究

以既有的灌浆套筒中钢筋与灌浆料的黏结试验数据为样本,以钢筋直径、锚固长度、套筒内径和套筒壁厚等主要影响参数为因变量,基于响应面法提出具有普适性的黏结强度计算表达式,并得出当采用高强钢筋时套筒接头所需的钢筋黏结长度.在此基础上,采用ABAQUS有限元软件对有环形凹槽的钢套筒的受力性能进行数值模拟分析.公式计算及数值模拟结果表明:对于HRB400及HRB500级钢筋,采用锚固长度为7d是可行的,但对于HRB600级钢筋则应采用的锚固长度为8d.     

超高性能混凝土与钢筋的黏结性能试验研究

针对超高性能混凝土与钢筋的黏结性能,以钢筋锚固长度、钢筋直径、混凝土保护层厚度为主要参数,进行了超高性能混凝土试件中心拉拔试验研究。研究结果表明:试件破坏形态可归纳为钢筋拔出破坏、劈裂破坏和钢筋拉断破坏;钢筋直径对自由端滑移量影响较大,对黏结强度影响较小;给出了临界保护层厚度的建议值。     

并筋黏结锚固性能试验研究

针对并筋后钢筋与混凝土之间的有效接触面积减小、黏结性能相对变差的问题,通过57个拉拔试件和6个半梁式试件的并筋黏结锚固试验,研究了并筋的黏结锚固性能.试验中考虑了并筋根数、钢筋直径、混凝土强度、锚固长度等因素对并筋黏结滑移性能的影响.试验结果表明:并筋根数越多,名义黏结强度降低;试验方式、锚固长度、钢筋直径、混凝土强度、钢筋位置等因素对并筋黏结强度的影响与这些因素对单根钢筋黏结强度的影响相似,可以引用单根钢筋的试验研究结果分析并筋的黏结锚固性能.基于各国规范黏结强度经验公式和本文的试验数据分析,建议二并筋、三并筋的等效钢筋直径分别取值1.41和1.73.当保护层厚度减小时,可适当延长并筋的锚固长度.     

套筒约束灌浆料与钢筋黏结强度试验研究

为了对装配式混凝土结构中套筒灌浆连接接头钢筋与灌浆料的黏结性能进行研究,设计了30个灌浆套筒连接节点进行拉拔试验,研究了钢筋锚固长度、灌浆料抗压强度、灌浆料厚度和钢筋直径四个参数对黏结强度的影响.试验结果表明：随着锚固长度增加,钢筋与灌浆料之间的黏结强度降低;随着灌浆料抗压强度增加,钢筋与灌浆料之间的黏结强度增加;随着灌浆料厚度的增加,黏结强度降低,对于12 mm的钢筋,当灌浆料厚度在9 ~ 11 mm之间时,灌浆料厚度对黏结强度影响较小,当灌浆料厚度超过11 mm时,影响显著增加;黏结强度随着钢筋直径的增加而增大.根据试验量测的套筒应变和隔离体受力平衡模型,得到了黏结强度与约束应力、灌浆料抗压强度的关系式,可供工程实际中套筒灌浆连接节点锚固长度取值参考.     

钢筋-金属波纹管灌浆连接的锚固性能试验研究

为研究钢筋-金属波纹管灌浆连接的锚固性能,设计并制作了23组灌浆连接试件.基于拉拔试验,分析了钢筋锚固长度l_a、孔径比D/d和螺旋箍筋约束等因素对灌浆连接锚固性能的影响.研究结果表明,试件的破坏形式包括钢筋拉断、钢筋拔出、金属波纹管拔出和混凝土开裂等4种,且以钢筋拉断为主.当孔径比D/d=1.90～2.23时,试件由于试验原因多未发生破坏,但钢筋均达到屈服强度.当孔径比D/d=2.52～3.50且锚固长度l_a≥10d时,试件破坏形式均表现为钢筋拉断.当孔径比D/d=1.90～3.50且锚固长度l_a=7d～24d时,钢筋的黏结刚度随锚固长度l_a和孔径比D/d的增大呈先增大后减小的趋势.在外径为89 mm的金属波纹管内加入螺旋箍筋后,钢筋黏结滑移量显著降低,锚固性能明显提升.在工程应用中,当钢筋直径不大于25 mm时,建议锚固长度l_a取10d～15d,孔径比D/d取2.50～3.50.     

海水海砂钢纤维混凝土抗拉强度试验研究

为了考察钢纤维体积掺量对海水海砂混凝土抗拉强度影响规律,以钢纤维体积掺量、钢纤维名义长度、混凝土强度等级3参数为变量,通过掺入体积比为0.5%、1%、1.5%、2%的钢纤维混凝土,以劈裂强度间接反映抗拉强度,开展了一系列海水海砂钢纤维混凝土劈裂强度试验。试验结果表明:钢纤维掺量对海水海砂混凝土抗拉强度影响明显,随着纤维量增加,抗拉强度逐渐增加,当钢纤维体积掺量达到1.5%时,抗拉强度达到最大值,而后随着掺量增加,抗拉强度逐渐降低;钢纤维名义长度越长,界面搭链效果越好,抗拉强度越大;混凝土强度等级越高,抗拉强度越大。     

屈服后钢筋黏结锚固性能试验研究

为研究屈服后钢筋黏结锚固性能,采用钢筋表面开槽埋置电阻应变片的方法测量钢筋的应变分布,以钢筋强度等级、混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度、配箍率、锚固长度等为变量,完成了15个梁端式黏结锚固试验. 试验结果表明：钢筋屈服后,加载端相对滑移显著增加,钢筋屈服段黏结应力明显减小,最大屈服渗透深度与钢筋所受约束和钢筋直径等因素...     

GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度的试验研究

基于12个拉拔试件的黏结试验,对GFRP筋与C15混凝土之间的黏结滑移特性、受力过程、破坏形态、破坏机理、黏结强度以及锚固长度等进行了研究.结果表明:GFRP筋试件的黏结应力下降到其黏结强度的8%~13%后,出现规律性的波动,而相应钢筋试件的黏结应力下降到20%~30%后基本保持不变;GFRP筋与C15混凝土之间的黏结强度较低,6.35 mm直径的GFRP筋,其黏结强度比相应的钢筋低8%,9.5 mm直径的GFRP筋,其黏结强度则比相应的钢筋低37%;GFRP筋试件的黏结应力达到黏结强度时,GFRP筋的滑移值为3~5 mm,而相应钢筋的滑移值为1~2 mm.文中还提出了GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度以及GFRP筋锚固长度的设计建议.     

再生混凝土-钢筋黏结锚固可靠度设计

通过66个同强度、不同再生粗骨料取代率的钢筋-混凝土中心拉拔试验,研究不同再生粗骨料取代率、相对保护层厚度、配箍率等参数对再生混凝土与钢筋黏结强度的影响。统计目前国内外892个钢筋-再生混凝土中心拉拔试验结果以及336个再生混凝土抗压强度,建立极限黏结强度计算公式。基于与普通混凝土同水灰比和同强度这2种再生混凝土设计标准,采用Monte Carlo法进行再生混凝土-钢筋黏结锚固可靠度计算,并提出相应的锚固长度设计建议。研究结果表明:同强度再生混凝土锚固长度设计可直接按GB50010—2010"普通混凝土结构设计规范"进行,而同水灰比再生混凝土锚固长度则应在普通钢筋混凝土锚固设计长度基础上适当考虑提高10%～15%。     

HRB635级高强钢筋与C70高强混凝土黏结锚固性能试验研究

目的 研究HRB635级高强钢筋与C70高强混凝土之间黏结锚固性能,为工程应用提供参考。方法 设计制作了5组45个直锚试件进行拉拔试验,分析了锚固长度、配箍率、混凝土保护层厚度等因素对锚固性能的影响。结果 试件极限承载力随配箍率和锚固长度的增加而增加,但当箍筋率ρ_sv大于1.26%,锚固长度l_a大于15d后,配箍率和锚固长度的增加不再对试件极限承载力产生明显的影响;对于未配置箍筋的试件,当试件保护层厚度从2d增加到3d时,试件极限承载力随着保护层厚度的增加而增加,但当保护层厚度大于3d后,保护层厚度的增加对试件极限承载力基本没有影响。结论 在进行HRB635级高强钢筋和C70高强混凝土试件设计时,锚固长度可按《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中相关公式进行计算,且具有足够的安全储备。     

高强钢筋与混凝土锚固性能研究

为了得到高强钢筋HTB650与混凝土的锚固性能,对36个黏结锚固试件和30个两侧贴焊短筋的机械锚固试件进行拔出试验.试验考虑了相对锚固长度、混凝土强度、相对保护层厚度、配箍率和钢筋强度对锚固性能的影响.试验结果表明,高强钢筋黏结锚固的破坏形式不同于机械锚固.两者的极限黏结强度随着相对锚固长度、混凝土强度、相对保护层厚度、配箍率和钢筋强度而改变,变化趋势基本一致.通过回归分析,得出高强钢筋与混凝土之间黏结锚固与机械锚固的极限黏结强度计算公式.     

钢纤维高强混凝土抗剪性能试验研究

对29组共116个钢纤维高强混凝土抗剪试件进行了双面剪切试验,研究了钢纤维混凝土基体强度、钢纤维类型和钢纤维掺率对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响.试验结果表明:随着基体强度和钢纤维体积掺率的增加,钢纤维高强混凝土的抗剪强度逐步增高;在混凝土基体强度较高时,提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的改善作用有所减弱.试验中还发现,钢纤维混凝土抗剪强度受钢纤维横断面参数的影响很大,因此将现有的钢纤维混凝土抗剪强度计算公式中的纤维增强系数针对不同类型的钢纤维进行了修正,并考虑钢纤维直径的影响提出了新的计算方法,计算结果与试验结果符合较好.     

纳米高岭土改性混凝土与钢筋的黏结性能

为考察纳米高岭土对混凝土与钢筋间黏结性能的影响,利用电流加速腐蚀试验方法,研究了不同腐蚀时间下钢筋锈蚀率与纳米高岭土掺量的关系,分析了纳米高岭土改性混凝土与钢筋之间的黏结滑移关系及黏结强度的变化情况.研究结果表明:纳米高岭土改善了钢筋与混凝土间的黏结性能,降低了混凝土试件的刚度,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度较普通混凝土试件提高约56.55%;混凝土中内掺纳米高岭土能够延缓钢筋锈蚀,纳米高岭土掺量为5%的混凝土试件在腐蚀36 h后,钢筋锈蚀率较普通混凝土试件降低约52%;腐蚀48 h后,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度约为普通混凝土试件的2.16倍.     

拔出型试验钢筋与混凝土间滑移量的简化解法

为了求解钢筋与混凝土间滑移量,对黏结滑移基本方程进行了分析,导出了黏结应力-局部滑移相互关系的二阶微分方程.分别运用幂函数和线性局部黏结应力滑移本构关系,得出了黏结应力τ、滑移s、钢筋应变εs、混凝土应变εc的一般解.基于立方体拔出试验(GB 50152-92)的边界条件,得出了特解及其适用条件.分析发现:现有混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)规定的锚固长度Ld低于闭合解临界长度Lth;基于幂函数本构关系只能得出复杂的级数形式解;基于线性局部黏结本构关系却可以得出较简单的闭合解,通过该闭合解可方便地估算钢筋各点滑移量s(x).试验结果验证了公式的适用性和基于线性本构关系求解最大滑移量的正确性.     

钢纤维陶粒轻骨料混凝土受拉性能试验

采用工程中常用的陶粒作为轻骨料,制成界面粘结强度较高的陶粒轻骨料混凝土,研究不同钢纤维掺量的钢纤维轻骨料混凝土的受拉性能.根据试验数据得出钢纤维轻骨料混凝土立方体劈拉强度随钢纤维体积率变化的规律,拟合出其劈拉强度与立方体抗压强度的关系式.试验结果表明,其抗拉强度提高幅度较大.当钢纤维体积率为2.5%时,试件的劈拉强度和抗折强度值分别提高55.9%和77.31%,钢纤维轻骨料混凝土的拉压比也随着钢纤维体积率的增加而增大.     

变形钢筋与高强轻骨料混凝土的黏结-滑移性能

研究变形钢筋与轻骨料混凝土间的黏结-滑移性能,完成了9组中心拉拔试验,分析了轻骨料混凝土强度、锚固长度、粗骨料类型及钢筋的直径对黏结应力的影响.结合试验结果,采用厚壁模型,给出了轻骨料混凝土黏结强度的解析解,并建立了钢筋与轻骨料混凝土间的黏结应力-滑移曲线本构模型.结果表明:轻骨料混凝土的黏结-滑移性能主要受砂浆强度影响,使得该类混凝土与变形钢筋间的黏结应力优于普通混凝土;黏结强度随着轻骨料混凝土的强度提高而增加,随着黏结长度的降低而增加;本文提出的本构模型能够较为准确地预测试验曲线.     

改性钢管全再生粗骨料混凝土短柱的轴压试验

为了最大化利用再生骨料,以硅粉和钢纤维掺量为主要变化参数设计了20个圆形和方形截面钢管全再生粗骨料混凝土短柱构件进行轴压试验,观察了短柱的受力全过程和破坏形态,获取了构件的荷载―变形全过程曲线,分析了硅粉和钢纤维掺量对其承载性能的影响,试验结果表明:混凝土中的粗骨料全部采用再生骨料会降低钢管再生混凝土柱的峰值承载力及峰值应变,可以采用硅粉的填充效应及活性和钢纤维对裂缝的内部约束来改善钢管全再生骨料混凝土柱的性能,经改性后的钢管全再生骨料混凝土柱的性能和普通钢管混凝土柱的性能相当,硅粉掺量为10%、钢纤维体积掺量为1.5%的钢管全再生骨料混凝土的峰值承载力超过了普通钢管混凝土柱。并采用现有计算理论及规程计算公式对构件的承载力进行了计算和比较,得到各规程在计算钢管全再生骨料混凝土承载力时的适用性,规程EC4和试验数据更接近。