1、文章编号：1000-4750(2023)03-0078-10高延性混凝土与带肋钢筋黏结性能试验研究邓明科1,2，范洪侃1，马福栋1,3，刘俊超1，张伟1(1.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西，西安710055；2.西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室，陕西，西安710055；3.上海市建筑科学研究院有限公司上海市工程结构安全重点实验室，上海200032)摘要：为研究高延性混凝土(HDC)与带肋钢筋的黏结性能，设计制作了 20 组试件。通过中心拔出试验，研究单调和重复荷载作用下试件的破坏形态及黏结滑移破坏机理，分析了 HDC 的抗压强度、纤维掺量、纤维种类及保护层厚度对带肋钢筋与 H
2、DC 黏结性能的影响。结果表明：单调与重复荷载作用下，普通混凝土试件发生了脆性劈裂破坏，HDC 试件发生劈裂和拔出破坏；试验结果表明，带肋钢筋与 HDC 的黏结强度随 HDC 抗压强度增加而提高；相同 HDC 抗压强度时，纤维掺量的增加可改善带肋钢筋与 HDC 的黏结性能；相比 PP 纤维，相同体积掺量的 PE 纤维与 PVA 纤维可有效限制混凝土内部径向裂缝的开展，提高带肋钢筋与 HDC 的黏结强度；依据破坏形态和黏结强度，得出临界相对保护层厚度为 2.0；单调与重复荷载作用下，试件黏结强度比由纤维种类和相对保护层厚度主导，残余黏结强度比由抗压强度和纤维掺量主导；根据试验结果，建立了带肋钢筋
3、与 HDC 的黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。关键词：高延性混凝土；带肋钢筋；重复荷载；中心拔出试验；黏结性中图分类号：TU502文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0672EXPERIMENTALSTUDYONBONDBEHAVIORBETWEENHIGHDUCTILECONCRETEANDRIBBEDSTEELBARDENGMing-ke1,2,FANHong-kan1,MAFu-dong1,3,LIUJun-chao1,ZHANGWei1(1.SchoolofCivilEngineering,XianUniversityofArc
4、hitectureandTechnology,Xian,Shaanxi710055,China;2.KeyLabofStructuralEngineeringandEarthquakeResistance,MinistryofEducation(XAUAT),Xian,Shaanxi710055,China;3.ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringStructureSafetyShanghaiAcademyofBuildingScienceCo.,Ltd.,Shanghai200032,China)Abstract:Inordertostudythebondpe
5、rformancebetweenhighductilityconcrete(HDC)andribbedbars,20groupsofspecimensweredesignedandmanufactured.Throughthecenterpull-outtest,thefailuremodeandbond-slipfailuremechanismofspecimensundermonotonicandrepeatedloadswerestudied,andtheeffectsofcompressivestrength,offibercontent,offibertypesandofprotec
6、tivelayerthicknessofHDConthebondperformance between ribbed steel bars and HDC were analyzed.The experimental results show that:undermonotonicandrepeatedloads,brittlesplittingfailureoccursinordinaryconcretespecimens,andsplittingandpulling-outfailureoccursinHDCspecimens.Thetestresultsalsoshowthatthebo
7、ndstrengthbetweenribbedsteelbarsandHDCincreaseswiththeincreaseofHDCcompressivestrength.WhenthecompressivestrengthofHDCisthesame,theincreaseoffibercontentcanimprovethebondingperformancebetweenribbedsteelbarsandHDC.ComparedwithPPfiber,PEfiberandPVAfiberwiththesamevolumecontentcaneffectivelylimitthedev
8、elopmentofradialcracksinconcreteandimprovethebondstrengthbetweenribbedsteelbarsandHDC.收稿日期：2021-08-28；修改日期：2021-11-14基金项目：国家自然科学基金项目(51878545)；西安市重大科技创新计划项目(20191522415KYPT015JC017)通讯作者：邓明科(1979)，男，四川南充人，教授，博士，博导，主要从事新材料与新型结构体系研究(E-mail:).作者简介：范洪侃(1995)，男，四川广元人，硕士生，主要从事新材料与新型结构体系研究(E-mail:);马福栋(1991
9、)，男，山东阴平人，博士，主要从事高性能土木工程材料与新型结构研究(E-mail:);刘俊超(1993)，男，陕西西安人，硕士，主要从事建筑结构抗震及受弯研究(E-mail:);张伟(1992)，男，陕西宝鸡人，博士生，主要从事新材料与新型结构体系研究(E-mail:).第40卷第3期Vol.40No.3工程力学2023 年3月Mar.2023ENGINEERINGMECHANICS78Accordingtothefailuremodeandbondstrength,thecriticalrelativeprotectivelayerthicknessis2.0.Undermonotonica
10、ndrepeatedloads,thebondstrengthratioofspecimensisdominatedbyfibertypesandrelativeprotectivelayerthickness,whiletheresidualbondstrengthratioisdominatedbycompressivestrengthandfibercontent.Accordingtothetestresults,thebondstrengthcalculationformulaandbond-slipconstitutivemodelbetweenribbedbarsandHDCar
11、eestablished.Keywords:highductileconcrete;ribbedreinforcement;repetitiveloads;centerpull-outtest;adhesiveproperty随着我国基础建设的发展，建筑结构的形式趋于复杂，因此，对建筑材料提出了较高的要求。高延性混凝土(HighDuctileConcrete,HDC)15，是一种短纤维增强水泥基复合材料，具有高韧性、高抗裂性能和耐损伤能力，在实际工程中应用广泛。研究表明，HDC 应用于混凝土装配式框架梁-柱节点时，有效提高了框架节点的变形能力和耗能6；与 RC 梁相比，塑性铰区采用 HDC 后
12、，试件的破坏形态有所改善，延性和耗能得到显著提高7；HDC 无腹筋梁发生剪切破坏时，其裂缝宽度相对较小，承载力下降缓慢，表现出较好的变形能力8。与高强混凝土剪力墙相比，HDC 剪力墙的变形能力明显提高910。HDC与钢筋的黏结性能，是保证两种材料共同工作的基础。因此，为推广 HDC 在实际工程中的应用，研究 HDC与带肋钢筋的黏结性能具有重要意义。王洪昌11研究了埋置长度、保护层厚度和钢筋直径对钢筋与超高韧性水泥基复合材料的黏结强度的影响，并分析出埋置长度规律；TOSHIYUKI等12发现：保护层厚度对 ECC 构件力学性能影响较小；CAMPIONE 等13、LI 等1415和HARAJLI1
13、617指出，钢筋与钢纤维混凝土具有较好的黏结性能，钢纤维的掺入可有效限制试件裂缝的发展，提高其耐损伤性能。本课题组1819已研究了钢筋直径、钢筋外形、HDC 抗压强度、HDC 弯曲韧性、HDC 拉伸性能、保护层厚度、埋置长度和纤维掺量对带肋钢筋与 HDC 黏结性能的影响；上述试验中 HDC 抗压强度的变化范围较小，且未考虑重复荷载作用对 HDC 与带肋钢筋黏结性能的影响。因此，本文研究了单调与重复荷载作用下，不同强度 HDC 与带肋钢筋的黏结机理；分析了HDC 抗压强度、纤维种类、纤维掺量和保护层厚度对 HDC 与带肋钢筋黏结性能的影响以及带肋钢筋与 HDC 黏结强度退化规律；建立带肋钢筋与H
14、DC 的黏结-滑移本构模型，为结构设计与有限元分析提供重要依据20。1试验概况1.1试件设计试验设计了 20 组 Losberg 试件21，Losberg 试件的黏结段位于试件中部，两端用 PVC 管包裹，以减小端部效应，试件形式如图 1 所示，所有试件采用直径 16mm 的 HRB400 级普通热轧月牙肋钢筋，钢筋黏结段为5d，HDC 试块尺寸为150mm150mm150mm，每组 3 个试件。100300d150钢筋HDC试块PVC管加载端自由端150钢筋HDC试块150粘结段c图1试件的尺寸Fig.1Dimensionofspecimens试件分组及参数变化见表1；试件编号如70V2-4
15、表示试件立方体抗压强度设计值为 70MPa，纤维种类为 PVA 纤维，纤维体积掺量为 2%，相对保护层厚度为 4。其中 V 为 PVA 纤维，P 为 PP 纤维，E 为 PE 纤维，C 为普通混凝土，相对保护层厚度(c/d)为钢筋保护层厚度与钢筋直径比。表1试件设计参数Table1Specimendesignparameters影响因素试件编号配合比立方体抗压强度/MPa相对保护层厚度立方体抗压强度50V2-42504.270V2-41-1704.280V2-43*804.2基体组70V0-41-0704.2混凝土70C0-44704.2纤维种类70P2-41-2704.270E2-41-37
16、04.2纤维掺量70V1-41-4704.270V1.5-41-5*704.2保护层厚度70V2-11-1701.070V2-21-1702.0注：带“*”组不进行重复荷载加载。1.2材料力学性能HDC 主要成分有：普通硅酸盐水泥(PO42.5)、工程力学79级粉煤灰、石英砂、水、高效减水剂和聚乙烯醇(PVA)纤维、矿物掺合料，试件的配合比如表 2所示。试件浇注时，每种配合比分别预留材性试块，试件标准件养护 56d 后测得其力学性能，如表 2 所示，单轴拉伸采用 15mm50mm350mm哑铃型试件，应力-应变曲线和加载装置如图 2 所示；纤维具体参数如表 3 所示。钢筋均采用普通热轧带肋钢筋 HRB400 级，其力学性能按钢筋混凝土用钢第 2 部分：热轧带肋钢筋(GB/T1499.22018)22测量，钢筋的材性数据见表 4。表2试件的配合比及力学性能Table2Mixingratioandmechanicalpropertiesofspecimens配比编号水泥/(%)矿物掺合料/(%)纤维体积掺量/(%)水胶比抗压强度实测值fcu/MPa抗折强度实测值ff/MPa抗拉强度实测值f