张宜健 高旭
山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点实验室 青岛 266590
摘要：在钢筋筋与混凝土粘结滑移试验中，若试件发生劈裂破坏，大部分情况下就无法得到完整的粘结—滑移曲线，因此我们所希望试件发生的破坏类型为拔出破坏，这样才能更好的捕捉到粘结滑移的整个过程。根据国内外对钢筋与混凝土的粘结滑移研究成果，本文将从影响粘结力的主要因素、裂缝发生及开展的角度以及其他因素等三个方面来探讨粘结—滑移试验中试件产生劈裂破坏的原因，并给出相关的建议和结论，为研究钢筋筋与混凝土的粘结滑移拓展新的思路。
关键词：粘结—滑移；劈裂破坏；原因
1 绪论
1.1 研究背景
钢筋混凝土结构中混凝土与钢筋之间的力传递及变形协调是通过两者之间的粘结力实现的。凝土与钢筋之间的粘结力主要有以下三部分组成：化学胶着力、摩擦力和机械咬合力。钢筋混凝土结构能否正常工作，取决于混凝土与钢筋之间是否有良好的粘结作用。目前对于钢筋与混凝土粘结滑移的研究方法主要可分为：拔出试验和梁式试验。拔出试验中最常用的为中心拔出试验，其具有试件尺寸小、制作快捷、试验方便等优点被众多学者所采用。它将钢筋置于混凝土试块心，通过端板顶住试块头部，利用试验机拉伸钢筋从而实现加载。梁式试验可以分为全梁式[1]和半梁式，其中全梁式试验被欧洲模式规范所推荐，因其受力状态与实际构件更加接近而被众多学者推崇，其缺点是试验梁尺寸相对拔出试件一般较大支，模绕筑费 用高，试验加载难度更大。然而由于钢筋与混凝土之间的粘结作用机理非常复杂，影响因素较多且各影响因素与粘结用之间并不是简单的线性关系，至今仍然只能依靠试验获得近似的粘结滑移本构关系，从理论上还提不出一套比较完整、有充分论据的粘结滑移本构关系。
1.2 研究现状
钢筋与混凝土这两种不同的材料之所以能够在一起共同工作，除了两者有相似的线膨胀系数，还得益于混凝土的流动性使得钢筋能够被很好的包裹在混凝土中，随着混凝土的硬化，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，从而使得钢筋与混凝土这两种不同的材料能够工作在一起来共同承担荷载，随着近十几年微型计算机的普及且计算速度越来越快，加上有限元软件不断推陈 出新，有限元分析技术被越来越多的应用到了混凝土结构的研究中。有限元分析具有不受试验设备、研究周期、试件数量等限制的优点，同时还能通过计分析得到实验中不宜测得的数据，被越来越多的学者所 接受，成为试验研究的重要补充手段。
1.3粘结界面的研究
钢筋与混凝土的粘结性能能的分析，主要是看滑移量的大小与粘结力的小的关系，目前对于钢筋与混凝土研究的实验方法可分为拔出试验和梁式试验两种。对于拔出试验来说是否配置横向的箍筋，又可将试验分为两种[2]。对于配置了横向箍筋的试件，增加了混凝土的韧性，从而能更好的反应出钢筋与混凝土粘结滑移的整个过程。由于拔出试验的试件制作简单、成本较低等优点，被国内外学者广泛应用于钢筋与混凝土的粘结滑移试验当中，但由于拉拔试验并不能反应出结构构件真实的受力状态，受力不符合实际，因此也有许多学者选用梁式试验来研究钢筋与混凝土粘结滑移全过程。
2 影响粘结力的主要因素
2.1 混凝土强度等级的影响
当混凝土的强度提高时，混凝土与钢筋的化学粘结力和机械咬合力随之增加，从而使得钢筋与混凝土的粘结力增加，而粘结力过大是导致试件发生劈裂破坏的一个重要因素[3]。但是，与此同时提高混凝土的强度等级，又增大了试件的延性，延迟了试件的内裂，从这一点来看，提高混凝土的强度等级又是有利于延缓试件劈裂破坏的发生。
建议及结论：通过试验发现与的普通混凝土试件相比，强度等级为C35的普通混凝土试件的有趋向于发生拔出破坏的趋势，试验进一步验证了：提高混凝土的强度等级虽然一方面增大了钢筋与混凝土的粘结力不利于试件发生拔出破坏[4]，但与此同时，随着混凝土强度等级的提高，试件的延性增大，延迟了试件的内裂，又使得试件发生拔出破坏成为了可能。自身强度较低，钢筋与珊瑚混凝土中心拉拔试验试件更容易发生劈裂破坏；
2.2 粘结长度的影响
研究表明粘结长度越长，相应的粘结极限拉伸力越大，随着粘结长度的增加，平均粘结应力虽然在减小[5]，但是对于钢筋与混凝土整体的粘结力却是在增加的，钢筋与混凝土之间过大的粘结力是导致混凝土试件发生劈裂破坏的重要原因。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外随着粘结长度的增加，粘结应力沿着粘结区段的非线性分布就越发的明显。
2.3 钢筋直径的影响
平均粘结强度随着钢筋直径的增大而减小，从理论上可解释为，钢筋直径越大，钢筋下浮浆越多，空隙越大，混凝土硬化后形成的空隙越多，粘结应力损失也越大。而粘结应力越小，钢筋与混凝土的相对滑移也越小[6]。同时，钢筋直径越大，总体的粘结力也就越大。这就导致钢筋在未来得及滑移或是滑移量很小的情况下，试件突然的发生劈裂破坏。
2.4 混凝土保护层厚度的影响
当混凝土的保护层较薄时，常发生混凝土的劈裂破坏。增大混凝土的保护层厚度，能加强钢筋外围混凝土的抗裂能力，提高试件的劈裂应力和极限粘结强度。因此，厚的混凝土保护层会延缓混凝土的劈裂破坏从而提高钢筋与混凝土之间的粘结性能[7]。
3 从裂缝发生及开展的角度
钢筋锚固段的粘结性到钢筋表面附近，混凝土层上内裂缝发展的影响。内裂缝分为两种类型，一种是直接由粘结作用产生的横向微裂缝，这种裂缝从钢筋横肋顶部混凝土开始发展。另一种裂缝，由钢筋横肋上所受的斜压力导致混凝土中产生环向拉力，当环向拉力大到一定程度后在混凝土表面产生纵向劈裂裂缝。
横向裂缝的发展削弱了钢筋与混凝土之间的粘结力，钢筋横肋之间的混凝土被剪掉，由此而退出工作，使得钢筋直接从混凝土中拔出而破坏；而纵向的劈裂裂缝的产生及发展是试件发生劈裂破坏的微观因素。混凝土的保护层厚度不足或是混凝土自身强度较低，加上钢筋与混凝土之间的粘结力很大时，在进行拉拔的过程中由此产生的环向拉力也越大，而由于粘结力很大钢筋不容易产生滑移，与此同时由于混凝土品质的原因，环向拉力[8]作用在试件上很容易产生纵向的劈裂裂缝，在混凝土试件来不及滑移时，试件由于环向力过大和混凝土品质较差而突然发生破坏。
4.结语
本文通过阅读大量文献资料，总结了在采用拉拔试验研究钢筋与混凝土的粘结滑移工作时，试件出现劈裂破坏，而导致无法得到粘结—滑移全曲线的各种原因，并给出相关建议及解决方案，现总结如下：
（1）强度较高的混凝土，使得钢筋与混凝土之间的化学胶着力和机械咬合力增大，从而钢筋与混凝土之间的总体的粘结力增大，粘结力过大是导致试件发生劈裂破坏的重要原因。但是提高混凝土的强度等级能增大了试件的延性，延缓了开裂的发生。从试验方面来看，提高混凝土的强度等级度能改善试件的内裂。建议相关研究人员在进行钢筋与混凝土的拉拔试验时采用C25及以上强度等级的混凝土进行研究。
（2）粘结长度过长是导致试件发生劈裂破坏的又一重要因素，粘结长度过长使得钢筋与混凝土的接触面积较大，从而增大整体的粘结力，如前所述，较大的粘结力是导致试件发生劈裂破坏的重要原因。除此之外，平均粘结应力随着粘结长度的增加而减小，而粘结应力越小，钢筋与混凝土之间的相对滑移也就越小，也就是说在钢筋与混凝土之间还未来的及滑移，构件由于裂缝的开展导致劈裂破坏，建议相关研究人员在进行拉拔试验时采用合理的粘结长度，建议粘结长度为2.5d或者是3d。
（3）试验及理论证明平均粘结强度随着钢筋直径的增大而减小，而粘结应力越小，钢筋与混凝土的相对滑移也越小。同时，钢筋直径越大，总体的粘结力也就越大。这就导致钢筋在未来得及滑移或是滑移量很小的情况下，试件突然的发生劈裂破坏。建议相关研究人员采用合理的钢筋直径进行试验研究；
（4）混凝土的保护层厚度较薄是导致试件发生劈裂破坏的主要原因，拉拔所用的混凝土试件往往存在微观裂纹，在进行拉拔试验时微观裂纹要进行开展，当微观裂纹开展至试件的表面，结构宣告破坏，增大混凝土的保护层厚度能够 增加混凝土外围抗裂能力从能有效延缓裂缝的开展。使得钢筋在发生滑移前，试件不会破坏。建议相关研究人员采用合理的混凝土保护层厚度进行试验。
参考文献：
[1]裴培，张艺欣，等.钢筋混凝土粘结滑移研究综述[J].材料导报，2018，32（23）：4182-4191.
[2]郑惠铭，杨健，王宇轩，等.型钢混凝土粘结滑移性能研究综述[J].山西建筑，2018，44（32）：59-61.
[3]宋明辰.高温下型钢混凝土粘结滑移性能研究现状[J].建材与装饰，2018，（40）：56.
[4]杨卓强，刘元珍.型钢再生混凝土界面粘结滑移试验研究[J].新型建筑材料，2018，45（6）：16-20.
[5]董博南.钢管再生混凝土粘结滑移性能研究[D].兰州交通大学，2018.
[6]李雅珂.考虑粘结滑移型钢混凝土节点受力性能研究[D].河北工程大学，2018.
[7]白海言，刘志宁，蓝宏宇，等.界面粗糙度对新旧混凝土粘结滑移的影响[J].福建建设科技，2018，（3）：8-10，63.
论文作者:张宜健,高旭
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/26
标签：混凝土论文; 钢筋论文; 发生论文; 裂缝论文; 强度论文; 拉拔论文; 保护层论文; 《建筑细部》2018年第28期论文;