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本文作者：胡曉鵬牛荻濤張永利作者單位：西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院

試驗現(xiàn)象及試件破壞形態(tài)分析

1直接拔出試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)

加載初期，鋼筋應(yīng)變和加載端鋼筋滑移量均勻增長，自由端無滑移。荷載繼續(xù)增加，裂縫在加載端出現(xiàn)且迅速向自由端擴展，自由端鋼筋開始產(chǎn)生滑移，但其滑移增長速度比加載端慢，鋼筋應(yīng)變快速增大。當(dāng)接近破壞荷載時，加載端和自由端鋼筋滑移增長速度均較大;鋼筋應(yīng)變急速增大，甚至加載端鋼筋應(yīng)變超出測試范圍。試件最終發(fā)生兩種黏結(jié)破壞形式(圖5):1)試件C的黏結(jié)破壞形式為鋼筋拔出破壞(破壞時荷載開始緩慢減小，自由端和加載端滑移量急速增長);2)其余試件黏結(jié)破壞形式為混凝土劈裂破壞(破壞時混凝土出現(xiàn)裂縫且裂縫迅速發(fā)展，荷載急劇減小，混凝土喪失對鋼筋的環(huán)向約束作用)。

2梁式試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)

加載初期，跨中撓度隨荷載增加而緩慢增大，加載端鋼筋出現(xiàn)滑移而自由端鋼筋無滑移。荷載增加至(0.2～0.3)Pu(Pu為破壞荷載)時，梁底面開始出現(xiàn)微小的橫向裂縫，逐漸從底面向上發(fā)展，梁底面出現(xiàn)少量的混凝土剝落。荷載增加至(0.4～0.5)Pu時，自由端鋼筋開始出現(xiàn)滑移，梁底中部出現(xiàn)1條較為明顯的縱向裂縫。隨著荷載增大，縱向裂縫開始分叉并與橫向裂縫貫通。當(dāng)荷載達到Pu時，底面縱向裂縫急劇增寬，周圍出現(xiàn)大量的分支裂縫，加載端在測試筋上表面，從試件剝落出一個扇面形混凝土凹坑。各試件的破壞形態(tài)基本類似，圖6給出了各試件的黏結(jié)破壞形態(tài)。

試驗結(jié)果及分析

1直接拔出試件試驗結(jié)果

1）平均黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線

圖7給出了直接拔出試件平均黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線。其中，平均黏結(jié)應(yīng)力σ可用式(1)求得。從圖7中可以看出:1)各試件平均黏結(jié)應(yīng)力σ-滑移s曲線形狀相似。加載初期，加載端鋼筋滑移量不斷增加而自由端鋼筋沒有產(chǎn)生滑移;荷載繼續(xù)增加，自由端鋼筋開始滑移，但自由端鋼筋滑移增長速度慢于加載端鋼筋滑移;達到破壞荷載時，加載端和自由端鋼筋滑移值均急劇增大。2)對比圖7a～7d可知，粉煤灰摻量越大，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下產(chǎn)生的加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力為5MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%直接拔出試件加載端鋼筋滑移量分別為0.84mm、0.78mm、0.69mm、0.50mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.17mm、0.14mm、0.13mm、0.11mm。因此適量加入粉煤灰有利于混凝土的黏結(jié)性能。3)對比圖7c、7e和7f可知，混凝土強度越高，自由端鋼筋開始滑移時的荷載越大，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力分別為5MPa、1MPa、7MPa時，混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的自由端鋼筋開始滑移。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力為5MPa時，混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.58mm、0.51mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm、0.10mm。4)對比圖7c、7g可知，與鋼筋直徑為16mm的試件A2-16Ⅱ相比，鋼筋直徑為25mm的試件A2-25的加載端和自由端鋼筋滑移增長更快，破壞時加載端和自由端鋼筋滑移量更小。5)對比圖7c、7h可知，與配置HRB335級鋼筋的試件A2-16Ⅱ相比，配置HRB400級鋼筋的試件A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移時的荷載更大，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下加載端和自由端鋼筋滑移更小。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力分別為5MPa、9MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移;當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力為5MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.43mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm。由此可見，HRB400級鋼的黏結(jié)性能優(yōu)于HRB335級鋼。

2）鋼筋應(yīng)變隨黏結(jié)長度的分布

圖8給出了試件在不同鋼筋應(yīng)力下的鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線。其中，鋼筋應(yīng)力σs可按式(2)計算。從圖8可以看出:1)各試件鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線形狀相似。隨著荷載增大，黏結(jié)區(qū)各測點鋼筋應(yīng)變均相應(yīng)增大;加載端的鋼筋應(yīng)變增大速度較快，而自由端鋼筋應(yīng)變變化不大。2)對比圖8a～8d可知，隨著粉煤灰摻量的增加，相同鋼筋應(yīng)力下加載端鋼筋應(yīng)變值減小。當(dāng)鋼筋應(yīng)力約為100MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件加載端鋼筋應(yīng)變值分別為1620×10－6(σs=104.2MPa)、1410×10－6(σs=100.9MPa)、1380×10－6(σs=101.2MPa)、1370×10－6(σs=98.5MPa)。摻20%粉煤灰的混凝土鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線更均勻平滑，近似線性關(guān)系。3)對比圖8c、8e和圖8f可知，隨著混凝土強度的增大，鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線由直線向凸向曲線轉(zhuǎn)變，相同鋼筋應(yīng)力下加載端鋼筋應(yīng)變值增大。當(dāng)鋼筋應(yīng)力約為100MPa時，混凝土強度C30、C40、C50試件加載端鋼筋應(yīng)變值為1380×10－6(σs=101.2MPa)、1490×10－6(σs=105MPa)、1510×10－6(σs=105MPa)。4)對比圖8c、8g可知，與鋼筋直徑16mm的試件A2-16Ⅱ相比，相同鋼筋應(yīng)力下鋼筋直徑為25mm的試件A2-25加載端鋼筋應(yīng)變更小。當(dāng)鋼筋應(yīng)力約為45MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-25加載端鋼筋應(yīng)變分別為750×10－6(σs=44.4MPa)、736×10－6(σs=44.9MPa)。5)對比圖8c、8h可知，配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線接近直線，而配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ鋼筋應(yīng)變分布曲線呈現(xiàn)凸向。與試件A2-16Ⅱ相比，相同鋼筋應(yīng)力下試件A2-16Ⅲ加載端和自由端鋼筋應(yīng)變更小;試件A2-16Ⅲ的鋼筋應(yīng)變分布曲線在測點1～4黏結(jié)區(qū)間內(nèi)增長較大，其余黏結(jié)長度內(nèi)應(yīng)變增長較小，可見HRB400級鋼筋所需的黏結(jié)長度小于HRB335級筋鋼。

3）黏結(jié)應(yīng)力隨黏結(jié)長度的分布

根據(jù)圖8鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布情況，參考文獻［6］黏結(jié)應(yīng)力計算方法，可求出直接拔出試件不同平均黏結(jié)應(yīng)力下黏結(jié)應(yīng)力σ沿黏結(jié)長度的分布曲線，結(jié)果見圖9。從圖9可以看出:各試件黏結(jié)應(yīng)力沿黏結(jié)長度的分布曲線形狀相似，均呈單峰形。隨著荷載增大，黏結(jié)區(qū)各測點黏結(jié)應(yīng)力均有增長，黏結(jié)區(qū)中部應(yīng)力增長最快。2)對比圖9a～9d可知，隨著粉煤灰摻量的增加，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下黏結(jié)應(yīng)力峰值減小。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力約為5.0MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件黏結(jié)應(yīng)力峰值為25.1MPa(σ=4.8MPa)、19.2MPa(σ=5.1MPa)、18.7MPa(σ=5.1MPa)、16.4MPa(σ=4.8MPa)。3)對比圖9c、9e和9f可知，隨著混凝土強度的增大，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下黏結(jié)應(yīng)力峰值增大。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力約為4.0MPa時，混凝土強度C30、C40、C50試件黏結(jié)應(yīng)力峰值分別為12MPa(σ=9MPa)、15.1MPa(σ=9MPa)、15.3MPa(σ=4.0MPa)。4)對比圖9c、9g可知，與鋼筋直徑16mm的拉拔試件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下鋼筋直徑為25mm的拉拔試件A2-25的黏結(jié)應(yīng)力峰值更大。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力約為0MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-25黏結(jié)應(yīng)力峰值分別為10.2MPa(σ=0MPa)、12MPa(σ=1MPa)。5)對比圖9c、9h可知，與配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏結(jié)應(yīng)力下配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ黏結(jié)應(yīng)力峰值更大。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力約為0MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ黏結(jié)應(yīng)力峰值為10.2MPa(σ=0MPa)、15.2MPa(σ=1MPa)。

2梁式試件試驗結(jié)果

1）鋼筋應(yīng)力-跨中撓度關(guān)系曲線

圖10給出了梁式試件測試鋼筋應(yīng)力σs-跨中撓度δ關(guān)系曲線。從圖10可以看出:3個梁式試件測試鋼筋應(yīng)力-跨中撓度關(guān)系曲線接近;加載初期由于試驗裝置空隙的存在，在較小的荷載作用下可能產(chǎn)生較大的跨中撓度;待試驗裝置空隙消除后，跨中撓度隨著荷載的增大近似呈線性增長;當(dāng)自由端鋼筋發(fā)生滑移后，鋼筋應(yīng)力增長速度減慢，而跨中撓度快速增大;加載至破壞荷載后，鋼筋應(yīng)力減小而跨中撓度繼續(xù)增大。

2）平均黏結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系曲線

圖11給出了梁式試件平均黏結(jié)應(yīng)力σ-滑移s關(guān)系曲線。從圖11可以看出:3個梁式試件測試筋平均黏結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系曲線接近;加載初期，加載端鋼筋即出現(xiàn)滑移，且滑移值隨荷載近似呈線性發(fā)展，而自由端鋼筋無滑移。當(dāng)平均黏結(jié)應(yīng)力加載至5MPa左右，自由端鋼筋開始滑移，其中一個自由端鋼筋滑移隨荷載增長較快而另一個自由端鋼筋滑移至0.4mm左右后不再增長，而加載端鋼筋滑移增長速度顯著加快，不再與荷載成線性比例增長;加載至破壞荷載后，荷載開始下降，而加載端和自由端鋼筋滑移量均急速增大。

3）鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度分布

圖12給出了梁式試件在不同鋼筋應(yīng)力情況下鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線。從圖12可以看出:3個梁式試件鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布曲線接近，大致為凹曲線;隨著荷載的增大，加載端鋼筋應(yīng)變(測點1)急速增長，而自由端鋼筋應(yīng)變(測點1)增長較小。4黏結(jié)應(yīng)力沿黏結(jié)長度的分布曲線根據(jù)圖12鋼筋應(yīng)變沿黏結(jié)長度的分布情況，參考文獻［6］黏結(jié)應(yīng)力計算方法，可求出梁式試件不同鋼筋應(yīng)力狀態(tài)下黏結(jié)應(yīng)力沿黏結(jié)長度的分布曲線，如圖13所示。從圖13可以看出，3個梁式試件測試筋黏結(jié)應(yīng)力沿黏結(jié)長度的分布曲線接近，分布曲線呈多峰形，離加載端越近黏結(jié)應(yīng)力的峰值越大。