CN101819134B - 一种量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法，它主要是采用沿钢筋表面纵向开槽并在槽内埋置贴箔式应变片，达到量测钢筋应力沿埋长分布的目的。采用本试验方法简单，方便快捷，试件制作省工且节约成本；防水防潮处理方便，废片率低，对钢筋的损伤较小，适合大批量试验的试件制作等优点，易于推广至钢筋混凝土结构试验研究的各领域。

Description

一种量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法

技术领域

本发明涉及一种能够测量粘结应力沿钢筋埋长分布的试验方法，特别涉及使用拔出试验测试钢筋与混凝土间粘结滑移性能的试验，属于力学试验技术领域。

背景技术

钢筋与混凝土的粘结是钢筋与混凝土之间的一种复杂的相互作用，借助这种作用来传递两者间的应力，保证钢筋和混凝土的共同协调工作。这种作用实质上是钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力，即粘结应力。粘结问题是钢筋混凝土的一个重要物理力学性能，对于钢筋混凝土结构，钢筋与混凝土之间的粘结性能是钢筋混凝土结构强度计算、变形和裂缝跨度计算的理论依据，是钢筋混凝土结构理论的基础。并且目前各类高强钢筋在混凝土结构中得到长足的发展和应用，高强钢筋的高强性能，只有在粘结得到可靠保证时才能体现，因此对粘结问题的深入研究，不仅对钢筋的锚固、搭接和细部构造等工程设计问题有实用价值，而且对钢筋混凝土结构的非线性分析、结构抗震分析、高强钢筋在混凝土结构中的应用等也有重要的理论意义。

各类钢筋和混凝土的粘结性能通常采用试验的方法进行研究。粘结试验方法按其研究目的可以归纳为三种类型：(1)中心拔出试验；(2)梁式试验或模拟梁式试验；(3)局部粘结-滑移试验。

测定不同荷载作用下，沿钢筋纵向粘结应力的分布通常采用中心拔出试验，各点的粘结应力可以由相邻两点间钢筋的应力差除以接触面积近似计算。因此，试验中需要测定钢筋沿埋长的应变分布。为了测量应变时不至于破坏钢筋与混凝土接触面的粘结，历来通常采用的方法是：将钢筋沿纵向剖为两半，在钢筋内开槽并埋入标距为1～3mm的应变片并引出导线，然后用环氧树脂将两半钢筋粘结在一起，在两半钢筋拼合处还需点焊处理以增加结合的牢固度。

早在1951年，Mains用上述的钢筋内开槽贴应变片的方法测出了钢筋的应变。从而第一次用充分的试验数据描绘了粘结应力分布，为以后的粘结机理探讨作了开创性工作。此后的数十年间，人们借助钢筋内开槽贴片法掌握了不同钢筋和不同类型混凝土间的粘结应力分布规律。在各类粘结性能的试验中产生了深远的影响。虽然钢筋内开槽贴片法能够较好地测得钢筋内的应变，但也存在其明显的缺点：

(1)采用剖开钢筋并通长铣槽的试验方法，试验工作量较大，试件准备周期较长。而且成本过高，不利于大批量试验的推广；

(2)剖开钢筋并铣槽对钢筋本身的损坏较大，造成钢筋本身的性能发生较大改变，试验结果可能失真，并且此法仅能够应用于处理较粗钢筋，细钢筋根本无法采用；

(3)由于钢筋创面较大，钢筋拼合时应变片的防水、防潮难度较大，以往试验中废片率较高。

发明内容

针对钢筋内开槽贴片技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种低成本、方便、快捷地量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法。该方法摒弃了对钢筋剖成两半的做法，采取在钢筋的粘结区段，沿钢筋表面纵向铣槽贴片的方法来达到测量钢筋应变的目的，可称之为钢筋表面纵向开槽贴片法。

为了实现上述任务，本发明是通过如下技术方案得以实现：

一种量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)对被量测钢筋在粘结区段沿钢筋表面纵向开浅槽，在浅槽内埋置箔式应变片，箔式应变片的端部通过引出线引出；

2)浅槽在埋好箔式应变片后，采用硅橡胶做防水防潮处理，最后用环氧树脂封槽；

3)浇筑混凝土时，在箔式应变片的导线外套装塑料软套管，钢筋从混凝土试块边缘引出；

4)混凝土试件制作好后，按照相应的试验规程要求进行粘结试验，通过采集仪连通钢筋中埋置的箔式应变片，即可采集得到不同的荷载作用下钢筋沿埋长各点的应变值(ε)，利用胡克定理σ＝E·ε即可转换为钢筋应力(σ)沿钢筋埋长各点的分布，进而采用下式求得各点的粘结应力值(τ)：

$\mathrm{\τ}=\frac{d}{4}\·\frac{\mathrm{d\σ}}{\mathrm{dx}}$

式中，d为钢筋直径；x为不同位置。

本发明的量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法和现有的技术相比具有以下特点：

(1)试验方法简单，方便快捷，试件制作省工且节约成本；

(2)应变片防水防潮处理方便，废片率低；

(3)对钢筋的损伤较小，特别是大直径钢筋，使采集小直径钢筋的应变沿埋长分布成为可能；

(4)适合大批量试验的试件制作，易于推广至钢筋混凝土结构试验研究的各领域。

附图说明

图1为应用本发明实施的试件示意图；图(a)是主视图，图(b)是图(a)的侧视图；

图2为开槽钢筋的平面示意图；

图3为图2的开槽钢筋横截面图；

图4为图2的1-1剖切面图；

图5为环氧树脂填充器示意图。

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

具体实施方式

根据本试验方法制作的试件如图1所示。混凝土试块3中含有箔式应变片1、开槽钢筋2、塑料软导管4、应变片导线5、塑料软套管6。其中最主要的部分为开槽钢筋2以及箔式应变片1的粘贴制备，如图3～5所示。下面详述制备过程中的技术要求：

(1)钢筋开槽：参见图2～图4，钢筋沿表面纵向采用铣床开槽保证精度，槽深2.5mm，槽宽5mm，槽长度(L)应根据实际的埋长加上相应的箔式应变片的预留量(一般头尾各10mm)。对光圆钢筋和圆周规则的变形钢筋可在任意位置开槽，对于月牙肋钢筋则应在纵肋上开槽以降低对钢筋表面的破坏；

(2)贴箔式应变片：箔式应变片应选用栅格尺寸为2mm×3mm的小型箔式应变片，先将箔式应变片的端部引出细导线备用。在贴箔式应变片前，需用丙酮仔细清洗掉钢筋槽内和表面的油污，用记号笔在钢筋槽边缘标记出所贴的箔式应变片的位置，贴片时先在应变片底面涂上少许502胶，然后迅速覆上玻璃纸同时用橡皮按压在槽中并相应标记位置，数秒后移除橡皮和玻璃纸，检查箔式应变片的牢靠度和位置，此时应使箔式应变片的导线从钢筋引出。箔式应变片的间距(W)应根据埋长选择在2-3cm为宜；

(3)防水防潮处理：防水防潮是保证箔式应变片在试验时正常工作的重要环节。在每个箔式应变片的表面涂上少许硅橡胶用于防水，同时硅橡胶的弹性可以使箔式应变片和钢筋结合后的伸缩变形不受固化后的环氧树脂影响，涂抹的量不宜过多，以刚好覆盖箔式应变片为宜，以免影响环氧树脂在槽中的锚固；

(4)封槽：这是一个重要的环节，采用环氧树脂进行填充。调制环氧树脂时应控制胶体的稠度，不宜过稀。过稀的树脂填充后会溢出钢筋槽使钢筋污染严重，清理麻烦。为了做到高效、迅速地往钢筋槽中填充环氧树脂，可以制作简单的环氧树脂填充器备用，如图5所示。环氧树脂填充器由废弃的洗面奶空瓶51制成，即在洗面奶空瓶51的尾部上方开具一个灌胶口52，在洗面奶空瓶51的瓶口的中间安装一个中性笔管头(53)，中性笔管头(53)和瓶口连接处54采用502胶粘合。

填充好环氧树脂的开槽钢筋要保证导线的引出，静置，待环氧树脂接近固化时，用小刀清理填充时溢出的环氧树脂，保证钢筋和混凝土粘结面的有效性；

(5)试件浇筑：制备好的开槽钢筋按照图1中的试件要求安装模板浇筑，为了不使箔式应变片引出导线在试验过程中过早发生剪断，在导线上需套上塑料软套管6，浇筑时保证导线从钢筋中引出。

(6)混凝土试件制作好后，按照相应的试验规程要求进行粘结试验，通过采集仪连通钢筋中埋置的箔式应变片，即可采集得到不同的荷载作用下钢筋沿埋长各点的应变值(ε)，利用胡克定理σ＝E·ε即可转换为钢筋应力(σ)沿钢筋埋长各点的分布，进而采用下式求得各点的粘结应力值(τ)：

$\mathrm{\τ}=\frac{d}{4}\·\frac{\mathrm{d\σ}}{\mathrm{dx}}$

式中，d为钢筋直径；x为不同位置。

根据发明人的实验证明，采用本发明的方法简单，方便快捷，试件制作省工且节约成本；箔式应变片防水防潮处理方便，废片率低；对钢筋的损伤较小，适合大批量试验的试件制作。

Claims (3)

1.一种量测钢筋与混凝土之间粘结应力的试验方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)对被量测钢筋在粘结区段沿钢筋表面纵向开浅槽，在浅槽内间隔埋置箔式应变片，箔式应变片的端部通过引出线引出；

2)浅槽在埋好箔式应变片后，采用硅橡胶做防水防潮处理，最后用环氧树脂封槽；

3)浇筑混凝土时，在箔式应变片的导线外套装塑料软套管，钢筋从混凝土试块边缘引出；

4)混凝土试件制作好后，按照相应的试验规程要求进行粘结试验，通过采集仪连通钢筋中埋置的箔式应变片，既可采集得到不同的荷载作用下钢筋沿埋长各点的应变值(ε)，利用胡克定理σ＝E·ε即可转换为钢筋应力(σ)沿钢筋埋长各点的分布，进而采用下式求得各点的粘结应力值(τ)：

$\mathrm{\τ}=\frac{d}{4}\·\frac{\mathrm{d\σ}}{\mathrm{dx}}$

式中，d为钢筋直径；x为不同位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浅槽深2.5mm，宽5mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的箔式应变片的间距取2mm～3mm。

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