钢纤维混凝土与钢筋粘结性能分析

钢纤维混凝土与钢筋粘结性能分析摘要：探讨了钢筋与钢纤维混凝土粘结本构关系，提出了粘结性能试验方法，分析了钢纤维混凝土中锚固钢筋受力的的四个阶段，为钢纤维混凝土与钢筋的粘结试验提供了依据。

关键字：钢筋；钢纤维混凝土；粘结

0 引言

目前，钢纤维混凝土以优良的材料性能广泛应用于工程领域，钢纤维混凝土的研究成果也层出不穷。但是，相比普通混凝土，钢纤维混凝土粘结性能的研究成果还欠缺，这也制约了钢纤维混凝土的推广。钢筋与钢纤维混凝土的粘结性能是钢纤维混凝土及其结构研究与设计的基本问题，它对钢纤维混凝土结构中钢筋的锚固、搭接等工程实际问题的解决以及结构非线性理论分析十分重要。本文对钢纤维混凝土与钢筋粘结试验方法进行分析，探讨钢纤维混凝土与钢筋粘结机理。

钢纤维混凝土结构中，钢筋和钢纤维混凝土两种性质完全不同的材料能够共同工作的前提是由于两者间的粘结作用，它能使两种材料间相互传递力的作用，达到弥补各自缺点，发挥各自优点的目的。钢筋受力以后，必然要发生变形，但由于周围钢纤维混凝土的存在，对钢筋的纵向变形产生约束，两者的这种相互作用，在钢筋与钢纤维混凝土接触表面产生剪应力即为粘结应力。由于钢筋与钢纤维混凝土的变形能力不同，当剪应力达到一定程度时，接触面将

发生相对位移即为滑移。

1 粘结滑移的基本方程

在钢筋钢纤维混凝土结构中，由于外荷载很少直接作用于钢筋，钢筋只能从它周围的钢纤维混凝土获得的它所承受的那一部分荷载。“粘结”就是钢筋和钢纤维混凝土两种性能不同的材料之间的相互作用使得钢筋与钢纤维混凝土之间能够实现应力传递，从而使钢筋的应力沿长度发生变化，并在钢筋和钢纤维混凝土两者之间的界面上产生剪应力，即“粘结应力”，其宏观效果就是一种剪力，伴随粘应力，钢筋和钢纤维混凝土之间还会产生沿界面的相对移动-滑移，当这种粘结能够得到有效发挥时，就使钢筋和钢纤维混凝土这两种材料形成一种复合结构，从而共同受力。因此，粘结锚固是一般钢纤维混凝土结构受力承载的基本前提，粘结锚固性能研究是钢纤维混凝土结构理论中最重要的基本问题之一。

通常情况下，锚固问题可简化为下面的一维问题考虑。从工程结构中截取受力钢筋及周围的握裹层钢纤维混凝土，可得粘结锚固状态如图1所示。

直径d的钢筋在混凝土中的埋深为la，一端加力ft，在锚固深度x时引起钢筋应力σs(x)，应变εs(x)，由于界面上的粘结锚固应力τ(x)的作用，在混凝土中产生应力σc(x)和应变εc(x)。两者之间的变形差引起相对滑移s(x)，共六个基本未知量，均随x变

化。取x处微段去分析其受力和变形情况，由平衡条件，建立如下粘结锚固的基本方程:

（1）平衡方程

2 钢纤维混凝土与钢筋粘结强度标准试验

粘结强度试验采用边长150mm的立方体试件，如图2所示，中心预埋钢筋。钢筋的自由端露出约5mm，端面应光滑平整，加荷端露出约250mm。制作试件时钢筋应穿过试模俩侧的中心洞孔处于水平状态，洞孔处应设止水，试验采用直径为20mm的螺纹钢筋；需要时也可采用直径为20mm的光圆钢筋，每组6个试件，试件的最小边长大于钢纤维长度的2.5倍。坍落度不大于50mm的钢纤维混凝土用震动台振实；大于50mm的用木槌振实，试件成型后覆盖表面，防治水分蒸发；在温度为20±5°c的条件下静置1～2昼夜，然后编号拆模。试件拆模后立即放在温度为20±3°c、相对湿度为90％以上的标准养护室中，按10～20mm的间距放在支架上。不得用水直接冲淋试件。

试件夹具如图3所示，夹具系俩块厚度为30mm的钢板（250mm ×150mm，45号钢），用四根直径为18mm的螺杆连结。夹具上端钢板中央有直径为25mm的拉杆，拉杆下端套入钢板并形成球形铰面相接，拉杆上端供万能试验机夹持。夹具下端钢板中央开有30mm

直径的圆孔，另附有150mm×150mm×10mm钢板一块，中心开有直径为40mm的圆孔，垫于试件与夹头下端钢板之间。钢筋滑移测量采用精度为0.001mm的位移传感器或机械式位移计。仪表固定架由金属制成，跨越钢筋自由端，并可用止动螺丝固定在试件表面上，上部中央有孔，可夹持千分表。测量钢筋的埋置埋置长度，精度至1mm。以200～400n/s速度拉拔钢筋，每加一定荷载（1～5kn），记录仪表读值。当荷载开始下降时记录最大荷载。若研究粘结滑移关系，在达到预定滑移量时停止加载。

3 钢纤维混凝土与钢筋的粘结强度

（1）按下式计算螺纹钢筋的初始滑移粘结

ffbs——钢筋初始滑移时的粘结强度（mpa）

f0.02——钢筋自由端滑移量为0.02mm时的荷载（n）

a——埋入钢纤维混凝土中的钢筋表面积（mm2）

dsd——钢筋的计算直径（mm）

ls——钢筋埋入长度（mm）

（2）按下式计算螺纹钢筋的极限粘结强度荷光圆钢筋的粘结强度：

ffbu——钢筋与钢纤维混凝土的极限粘结强度（mpa）

fmax——拔出试验的最大荷载（n）

4 锚固钢筋的受力阶段

a 无裂缝段微滑移段:加载之初，当拉拔力较小时，加载端滑移值较小，自由端未发生滑移。胶结滑脱逐渐向内渗透，但未达到自由端;

b 裂缝稳定扩展段当加载至极限荷载的0.2左右，自由端发生滑移，说明锚长上的化学胶结力丧失殆尽。此后，滑移与荷载进入一段较为短暂的稳定增长阶段，自由端和加载端的滑移逐渐接近，开始呈现非线性状态;

ffbs——钢筋初始滑移时的粘结强度（mpa）

f0.02——钢筋自由端滑移量为0.02mm时的荷载（n）

a——埋入钢纤维混凝土中的钢筋表面积（mm2）

dsd——钢筋的计算直径（mm）

ls——钢筋埋入长度（mm）

（2）按下式计算螺纹钢筋的极限粘结强度荷光圆钢筋的粘结强度：

ffbu——钢筋与钢纤维混凝土的极限粘结强度（mpa）

fmax——拔出试验的最大荷载（n）

4 锚固钢筋的受力阶段

a 无裂缝段微滑移段:加载之初，当拉拔力较小时，加载端滑移值较小，自由端未发生滑移。胶结滑脱逐渐向内渗透，但未达到自由端;