高温后钢筋与混凝土黏结性能的试验研究.pdf

第 3 6卷第 4期 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) V o 1 3 6 N o 4 2 0 1 5年 8月 J o u r n a l o f No r t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d El e c t r i c P o we r( Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) Au g 2 0 1 5 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 01 5 0 4 0 1 3 高温后钢 筋与混凝 土黏 结性 能的试验研究 刘桂 荣 ，肖飒 ，闫磊 源，王亚宇 ( 华 北 水 利 水 电 大 学 ， 河 南 郑 州 4 5 0 0 4 5) 摘 要 ： 为研 究高温后混凝土 与带 肋钢筋的黏结性能 的退化 规律 ， 进行 了不 同受 热温度后 钢筋 与箍筋约束 混凝 土 的黏结 一滑移拔 出试 验 ， 其 中钢筋 采用 直径为 1 6 in n 的带肋钢筋 ， 黏结 长度为 8 0 m m 钢筋混凝 土黏结 试 件的受热温度分别 为 1 0 0 、 3 0 0、 5 0 0 、 7 0 0 ， 所有试件 均采用 自然冷却方 式 试验结果表 明： 由于箍筋的约束 作用 ， 黏结试块 均发生拔 出破坏 ； 随着温度 的升高 ， 混凝土和钢筋 的黏结强 度逐渐下 降 ， 当温度 达到 7 0 0 后其黏结强度 比常温情 况降低 了 6 5 左右 最后 ， 考 虑温度影 响 ， 给 出了高温后 混凝土 与钢筋 黏结 一滑 移 曲线的计算公式 ， 与试验结果 比较 发现 ， 该公 式具 有较好的精度 关键词 ： 高温后 ； 带肋 钢筋 ； 混凝 土 ； 黏结 一滑移 ； 箍筋 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 5 9 0 4 近年 来 ， 建筑 火 灾 发 生 频 繁 ， 场 景 触 目惊 心 当 钢筋混凝土建筑结构发生火灾后 ， 虽然钢筋的强度 能得 到较 大 程度 的恢 复 ” ， 但 混 凝 土 的 强 度 和 弹性 模 量 、 钢 筋 与 混 凝 土 之 间 的 黏 结 强 度 均 明 显 降 低 ， 导致 火灾 后 钢 筋 混 凝 土 构 件 或 结 构 的损 伤 不可 恢 复 研 究表 明 ， 钢 筋与混 凝 土之 间 的黏结 作用 是影 响 钢筋 混凝 土结 构 的承 载能 力 和使用 性 能 的重 要 因素之 一 目前 ， 针 对 高 温 后 混 凝 土 与 钢 筋 黏 结 性 能 的研 究 主要考 虑 了混凝 土 保护 层 、 升温 速率 、 温度 等级 及 混凝 土强 度 等 影 响 因 素 由 于影 响 黏结 性能 的 因 素 较 多 ， 破 坏 机 理 复 杂 ， 对 高 温 后 混凝 土 与钢 筋黏 结 一滑 移模 型定 量 研 究 较 少 ， 尚缺 少 受 温度 影 响 的黏结 一滑 移模 型 本 文考 虑 箍 筋 约 束 的影 响 ， 在 钢 筋 中心 拔 出试 验 的基础 上 ， 分析 了试 件 的破坏 形 态 、 温度 对黏 结 一 滑 移 曲 线 的 影 响 规 律 ， 并 给 出 了 相 关 系 数 的 取 值 建 议 1 试 验概况 1 1 材料 参数 混 凝 土 的 配 合 比 为 ： 水 泥 ： 水 ： 砂 ： 石 子 = 1 0 0 ： 0 4 6 ： 1 2 9 ： 1 9 3 ( 质 量 比 ) 水 泥 采 用 新 乡 天 瑞 4 2 5级普 通硅 酸盐水 泥 细骨 料选用 石灰 岩质 岩 石 破碎 机制 砂 ， 细 度 模 数 为 3 8 2 粗 骨 料 采 用 5 2 0 mm 连续粒级 的碎石 ， 堆 积密 度 为 1 6 8 0 4 k g m 混 凝 土 中 掺 人 T X 一 1 0 2 缓 凝 减 水 剂 ( 掺 量 为 0 2 ) ， 设计坍 落度 为 1 5 0 m l T 1 黏结试件主筋选用直径为 1 6 0 m m的带肋钢筋， 其屈服强度为 4 7 3 8 6 MP a ， 极 限强度为 6 3 9 0 7 MP a 箍 筋采用直径为 6 5 mm的光圆钢筋 ， 其屈服强度为 4 4 5 9 6 MP a ， 极 限强 度为 6 3 8 4 6 MP a 1 2试 件设 计 采 用 中心 拔 出试 验 方 法 ， 试 件采 用 普 通混 凝 土 浇 筑 ， 主筋选 用 直 径 为 1 6 m m 的螺 纹 钢 筋 由于 加 热装 置 空 间有 限 ， 钢 筋 长度 为 3 5 0 m m， 端部 车 成 丝 扣 以便加 载 为考 虑实 际构件 中箍 筋 的约束 影 响 ， 在 试件 中部布置两道箍筋 ， 箍筋选用 直径为 6 5 mm 的光 圆钢筋 ， 混凝土保护层厚 2 0 mm 试件黏结段长 度 为 5 d ( 其 中 d为纵 向钢 筋 的 直径 ) ， 即 8 0 m m 为消 除加 载时 试件 端 部 应 力 集 中 的影 响 ， 主筋 两 端 各 8 0 m m 为非黏 结段 试件 的尺 寸 和配 筋 如 图 1所 示 其 中 ， 主筋 位置处 预 埋 一个 K型 热 电偶 ， 以测 量 中心温度值 黏结 一滑移试验考虑的加热温度分别 为 1 0 0、 3 0 0 、 5 0 0 、 7 0 0 o C 每组 3个试 件 收 稿 日期 ： 2 0 1 50 61 1 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 1 3 0 8 2 1 3 ) ； 郑州市普通科技攻关项 目( 1 2 1 P P T G G 3 5 8 1 ) 作者简 介 ： 刘桂荣 ( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 河南安 阳人 ， 副教授 ， 博 士 ， 主要从事混凝 土结构 方面的研 究 第 3 6卷第 4期 刘桂荣 ， 等 ： 高温后钢筋与混凝 土黏结性 能的试验研 究 6 1 2 3黏 结 一滑移 曲线 通过 拔 出试 验得 到 了不 同温 度下 试件 的黏结 一 滑移曲线 ， 曲线具有明显的下降段 由于试件 中布置 了两道箍筋 ， 所有试件均发生 了钢筋拔 出破坏 ， 未见 贯穿 钢筋 和 混凝 土表 面 的裂 缝 部分 试 件 的黏 结 一滑 移 曲线 如 图 4所示 由 图 4可 知 ： 高 温 后 混 凝 土 与 钢筋 的 黏结 一滑 移 曲 线 形 状 与常 温下 的相 似 ， 荷 载在 达 到 极 限黏 结 强 度 之 前 滑移 量都 比较小 ， 为 1 2 m m， 然 后 荷 载 下 降 较 快 ， 但达到 1 0 m m 左右 后 ， 黏结强 度下 降 幅度 明显 减 缓 ； 随着温度的升高 ， 试件 的极限黏结强度会下降 ， 当试 件 经过 7 0 0高 温 后 ， 其 极 限黏 结 强 度 大 约 仅 为常温 的 3 5 高 温后 混凝 土 与钢 筋 的黏结 一滑移 曲线 形状 与 常 温下 的 一致 ， 也 可 以 分 为上 升 段 和下 降段 2个 阶 段 因此 ， 高温后 混 凝 土与钢 筋 的黏 结 一滑移 曲线 可 利用常温下对应 的公式进行拟合 上 升段 r= f ( ； ) ； ( 1 ) 下 降段 r = 7 - = _ _ ( 2 ) b ( S一1 _) -+ 式 中 ： r为黏结 应 力 ， MP a ； r 为 极 限 黏结 强 度 ， MP a ， r =P ( ,r r d l ) ； P 为极 限黏结 力 ， k N； d为钢 筋 公称 直 径 ， m r n ； 1 为黏 结长 度 ， mm； ；=s s 。 ， s 为极 限黏 结 强 度对 应 的滑移 量 ， m m； a 、 b为 系数 通 过分 析试 验数 据 可知 ： 在不 同温度 下 ， 曲线 上 升段变化较小 ， a可统一取 0 3 ； 对于曲线下降段 ， 当 温度 不超 过 3 0 0 时 ， b取 常 温 时 曲线 下 降 段 的 系数 b 。 ， 建 议 值 为 0 5 ； 当 温 度 介 于 3 0 0 和 7 0 0之 间时 ， b b 。 =1+k ， ( T一3 0 0 ) ， 由试 验 数 据 作 回归计算 可 得 k ： 0 0 0 3 7 将 各 系数取 值 代 入 式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 中 ， 可 得 到 黏 结 强度 的计算 值 ， 部分 计算 结果 绘 于 图 4 比较计 算 值 与试 验值 可得 ， 本文 提 出的公 式具 有较 好 的精 度 滑移量 m m r b ) 】 0 0 三 曩 图 4试 验 曲线 和 预 测 曲线 对 比 试 块 的 黏 结 强 度 随 温 度 的 变 化 规 律 如 图 表示 为 ： 5所 示 7 - = T O k ， ( 3 ) 图 5温 度 对 黏 结 强 度 的 影 响 规 律 由图 5可知 ， 随着温度的升高 ， 试块 的黏结强度 有下 降 的趋 势 黏 结 强 度 与温 度 之 间 的关 系 可 式 中 ： r 。为 常温 下 钢 筋 混 凝 土 的 黏 结 强 度 ， MP a ； T 为 温度 ， ； k ， 为 温度影 响 系数 ； 为 常 温 下混 凝 土 立方体的抗压强度 由于本次试验采用的是4 ) 1 6 mm 带肋钢筋 ， 通过回归计算可得到 k = 0 0 0 2 9 3 结语 1 ) 在试 件 加热 的过 程 中 ， 试 件 中 心位 置 的温 度 上升慢于炉温上升 ， 加热开始约 6 h后才与炉温接 近 黏结试件经 升温与 自然冷却后 ， 加热温度 高于 5 0 0 的试件 的表 面裂缝 明显增 多 6 2 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 ) 2 0 1 5年 8月 2 ) 由于 黏结 试件 受 箍 筋 的 约束 ， 本 次试 验 中试 件 均发 生带 肋钢 筋 拔 出 破坏 ， 黏 结 一滑 移 曲线 具 有 明显 的下降 段 根据 试 验 得 到 的 黏结 一滑移 曲线 形 状 ， 给 出 了黏结 一滑 移 曲线 的关 系表达 式 ， 对 试验 数 据 进行 回归 计算 ， 给 出 了相关 系数 的取 值建 议 参 考 文 献 NEVES I C RODRI GUES J P C， LOUREI RE A PMe c ha n i c a l p r o pe r t i e s o f r e i n f o r c i n g a n d pr e s t r e s s i ng s t e e l s a f - t e r h e a t i n g J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 6， 8( 4) ： 1 8 91 9 4 阎继红 ， 林 志伸 ， 胡 云 昌 高温 作用 后混凝 土抗 压 强度 的试验 研究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 5 ) ： 1 71 9 周新刚 ， 吴江 龙 高温后混 凝土 与钢筋粘结 性能 的试验 研究 J 工业建筑 ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 5 ) ： 3 7 4 O 徐有邻 ， 沈文都 ， 汪 洪 钢 筋混 凝土 粘结 锚 固性 能的试 验研 究 J 建筑结 构学 报 ， 1 9 9 4 ， 1 5 ( 5 ) ： 2 63 6 CHI ANG C H ，TS AI C LTi me t e m p e r a t u r e a na l y s i s o f b o n d s t r e n g t h o f a r e b a r a f t e r fi r e e x p o s u r e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 3， 3 3( 1 0)： 1 6 5 11 6 5 4 6 X I A O J i a n z h u a n g ， F A L K N E R H B o n d b e h a v i o u r b e t w e e n r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e a n d s t e e l r e b a r s J C o n s t r u e t i o n a nd Bu i l d i n g M a t e r i a l s， 2 00 7 ， 21： 39 5 4 01 7 A R E L H S ， Y A Z I C I S E f f e c t o f d i ff e r e n t p a r a m e t e r s o n c o n c r e t e b a r b o n d u n d e r h i g h t e m p e r a t u r e J A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 01 4， l 1 1 ( 6 )： 6 3 36 3 9 8 牛 向阳， 王全凤 ， 徐玉 野 ， 等 高温后 HR B高强 钢筋 粘结 锚 固性能 的试 验研 究 J 1T业建 筑 ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 9 ) ： 8 4 8 7 9 中华人 民共和 国住房 和城 乡建 设部 混 凝 土结 构试 验 方法标准 ： G B T 5 0 1 5 2 2 O l 2 s 北 京 ： 中国建筑 _丁 = 业 出 版 社 ， 2 0 1 2 1 0 H A R A J L I M H D e V e l U p me n t s p l i c e s t r e n g t h o f r e i n f o r e i n g ba r s e mbe d de d i n pl a i n a n d f i be r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 1 9 9 4 ， 9 1 ( 5 ) ： 5 1 1 5 2 0 1 1 过镇海 混凝 土 的强度 和 变形 ： 试 验基 础 和本构 关 系 M 北京 ： 清华 大学出版社 ， 1 9 9 7： 3 1 3 3 Re s e a r c h on Bo nd Be ha v i o r b e t we e n St e e l Ba r s a nd Co nc r e t e af t e r El e va t e d Te m pe r a t ur e s LI U Gui r o ng，XI AO S a， ( No r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s YAN L e i y ua n，W ANG Ya y u a n d E l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 5，C h i n a ) Abs t r ac t ：To i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f e l e v a t e d t e mpe r a t u r e s o n b o nd be ha v i o r b e t we e n s t e e l ba r s a n d c on c r e t e c o n f i n e d wi t h s t i r r u p s， pu l l - o u t t e s t s we r e c a r r i e d ou t I n t h i s s t ud y，r i b be d s t e e l ba r s o f 1 6 mm d i a me t e r we r e emb e d de d i n c o n c r e t e bl o c k s wi t h e mb e d me nt l e n g t h o f 8 0 mmTh e s pe c i me ns we r e he a t e d t o 4 d i f f e r e n t t e mpe r a t u r e s o f 1 0 0 ，3 0 0 ，5 00 ，7 0 0 o C a n d t he n c o o l e d i n a i r Ba s e d o n t he t e s t r e s ul t s ，i t c a n be s e e n t ha t a l l s p e c i me n s o c c u r r e d t h e un pl u g d a ma g e d u e t o t he c o n f i n e me n t o f s t i r r u ps Fu r t h e r - mor e，t h e r e wa s a d e c r e a s e t r e nd i n bo n d s t r e ng t h wi t h t h e i n c r e a s e o f t e mp e r a t ur e Whe n t h e t e mpe r a t u r e r e a c h e d 7 0 0 ，i t s bo n d s t r e n g t h wa s r e du c e d by a bo u t 6 5t ha n t he n o r ma l t e mpe r a t u r e Fi na l l yt he s t a t i s t i c a l f o r mu l a a bo u t bo n d s l i p c u r v e c o n s i d e r i n g p a r a me t e r o f t e mpe r a t u r e wa s pr e s e n t e d Fur t h e r mo r e，i t s v a l i di t y wa s e s t a b l i s he d b y c o mpa r i n g t he c a l c u l a t e d wi t h t h e me a s ur e d v a l u e s Ke ywo r ds：a fte r e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s；r i b b e d s t e e l b a r s；c o n c r e t e；bo n d s l i p；s t i r r u p ( 责 任 编 辑 ： 陈 海 涛 ) 1j 1JI l 2 3 4 5 rL r rl