CN108871929B - 一种测试钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法 - Google Patents

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    • G01N2203/0087—Resistance to crushing

Abstract

本发明公开了一种钢筋‑混凝土黏结滑移性能的试验方法，通过根据应矩理论进行试验设计，确定加载方式、试件截面尺寸和试件制作方法，测定荷载‑挠度曲线，计算钢筋滑移应变、黏结应力、最大滑移量和黏结强度，然后对破坏模式进行识别，对试验结果进行处理。测得的黏结‑滑移特征参数，消除了由于试验方法造成的多种因素对试验结果的影响，黏结强度接近混凝土的抗拉强度，具有良好的重现性和稳定性。本发明可用于研究不同种类、不同强度等级混凝土和不同类型的钢筋‑混凝土黏结滑移性能，试验成本低，试验精度高，获得的结果丰富，对钢筋混凝土结构分析、设计和产生新发现具有显著效果。

Description

一种测试钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法
技术领域
本发明属于钢筋混凝土结构性能测试技术领域，具体涉及一种测试钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法。
背景技术
钢筋-混凝土的黏结滑移特性是钢筋混凝土结构分析与设计的重要性能参数。目前测定钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法主要有直接拉拨试验法和梁式试件试验方法。直接拉拨试验容易受混凝土试件端部压力和混凝土开裂的影响，需要采用短埋试件和配置螺旋箍筋，测得的极限黏结强度偏高，离散性很大，不适用于变形钢筋与高强混凝土之间的黏结强度测定；梁式试件拉拨试验比较符合钢筋-混凝土之间相互作用的受力工况，但试件制作和试验过程十分复杂，不仅试验过程轴向力和位移测试困难，黏结应力测定还需要在钢筋中埋入应变片，通过应变间接计算黏结应力。这些复杂因素的影响，使试验结果离散性很大，难以准确获取钢筋-混凝土的黏结滑移性能参数，影响结构分析的可靠性和结构设计的安全性。
韩文坝、黄双华提出了非零应矩弹性理论，将弯曲从拉伸中完全独立出来，修正了已有的弹性理论，利用新的力学理论，分析和测定钢筋-混凝土的黏结滑移性能变得准确。本发明从非零应矩理论入手，通过梁式试件中钢筋-混凝土黏结滑移破坏模式分析，给出了一种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验装置及方法，测定钢筋-混凝土黏结-滑移关系曲线，获取黏结强度和滑移特征值，解决钢筋混凝土结构设计参数的测定问题，为钢筋混凝土结构分析和设计提供理论和技术支持。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种钢筋-混凝土黏结-滑移性能的试验方法，测定钢筋-混凝土黏结-滑移关系曲线，获取黏结强度和滑移特征值，为钢筋混凝土结构分析和设计提供理论和技术支持，从而提高钢筋混凝土结构设计的可靠性和安全性。
为了达到本发明上述技术目的，本发明具体通过以下技术方案实现：
一种钢筋-混凝土黏结-滑移性能的试验方法，包括以下步骤：
步骤一、根据应矩理论进行试验设计，采用梁式试件三分点弯曲的加载方式，根据被测钢筋的直径确定试件截面尺寸并制作试件。其中：
确定加载方式，梁式试件三分点弯曲加载方式，跨径与高度之比为3,其中梁式试件截面配置双排钢筋，上、下双排钢筋的直径和混凝土保护层厚度相同，试件分两半制作，中间用薄钢板隔开，模拟开裂后钢筋-混凝土相互作用；
确定试件截面尺寸，被测钢筋直径d≤20mm时，优选正方面截面，截面宽度b×截面高度h为150mm×150mm，试件长度为L＝550mm；被测钢筋直径d＞20mm时,优选矩形截面，截面宽度b×截面高度h为150mm×200mm，试件长度为L＝700mm；
确定试件制作方法，上下排钢筋的间距h0≥3d；待测钢筋埋于纯弯段，黏结长度la＝3d～5d，混凝土强度高时取低值；在受压区配置相同直径的全长黏结钢筋；混凝土保护层净厚度对于钢筋直d≤20mm取c＝25mm，对于钢筋直d＞20mm,取c＝30mm。
步骤二、根据应矩理论进行试验加载，测定荷载-挠度曲线，计算钢筋滑移应变、黏结应力、最大滑移量和黏结强度。
测定荷载-挠度曲线，优选符合《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的万能试验机，试验机的精度为±1％，试件破坏荷载大于万能试验机全程的20％且小于万能试验机全程的80％，试验机有电脑控制加荷速度和竖向位移传感器，加载速度为0.05MPa/s～0.08MPa/s，记录荷载－挠度曲线、破坏极限荷载和挠度；
应矩理论下梁的弯曲挠度测定和截面抗弯性能参数测试，其测试和数据拟合计算公式为：
Figure BDA0001721202950000031
其中，f为跨中挠度(mm)；F为施加于梁上的外荷载(N)；l为两支座之间的距离(mm)；Gw为弯曲应矩模量(N/mm)；|Sz|为绝对静矩；
应矩理论下根据挠度测定和计算钢筋的滑移应变，其计算公式为：
Figure BDA0001721202950000032
其中，εx为钢筋的滑移应变；h0为上、下两排钢筋中心的距离(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；f为跨中挠度(mm)；
应矩理论下根据挠度测定和计算钢筋-混凝土之间的黏结强度，其计算公式为：
Figure BDA0001721202950000033
其中，τ为钢筋-混凝土之间的黏结强度(MPa)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；d为被测钢筋直径(mm)；f为跨中挠度(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；Ew为混凝土弹性模量，取为相同标号混凝土弹性模量设计值(MPa)。
Figure BDA0001721202950000041
其中，τmax为钢筋-混凝土之间的最大黏结强度(MPa)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；d为被测钢筋直径(mm)；fc为跨中最大挠度(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；Ew为混凝土弹性模量，取为相同标号混凝土弹性模量设计值(MPa)；
根据钢筋黏结长度和最大剪切滑移应变，计算钢筋的滑移量，计算公式为：
Figure BDA0001721202950000042
其中，δmax为钢筋相对于混凝土的最大滑移量(mm)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；fc为跨中最大挠度(mm)。
步骤三、根据应矩理论对破坏模式进行识别，对试验结果进行处理，分析试验结果误差。
钢筋-混凝土黏结破坏标准，其中：脆性黏结破坏以极限荷载时的挠度值作为测定值；塑性黏结破坏以屈服点荷载或滑移应变为εx＝0.3％时的挠度值为测定值；混凝土剪切破坏以极限荷载或滑移应变为εx＝0.3％时的挠度值为测定值；保护层崩裂破坏以滑移应变为εx＝0.3％时的挠度值为测定值，滑移应变εx<0.3％时试验结果无效；
试验结果分析方法，以3个试件黏结强度测值的算术平均值作为测定值，试验过程和数据分析获得的荷载-挠度曲线、黏结应力-应变曲线和黏结应力-滑移量曲线实测记录。其中：3个试件中最大值或最小值如有一个与中值之差超过中值的15％，该结果舍弃，取两个测值的平均作为测定值；如最大值和最小值与中值之差均超过中值的15％，测试验结果无效。3个试件中如有一个试件发生混凝土保护层崩裂破坏，其余两个试件较大值和较小值之差均不超过较小值的15％，取两个黏结强度测值的平均值作为测定值；如果有两个试件混凝土保护层崩裂，或者两个测值的误差超过较小值的15％，测试验结果无效。
本发明的有益效果为：
1.本发明给出的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验装置及方法，受力原理清楚，试件制作和安装简单，加载容易，仅需要测定荷载-挠度曲线，按照应矩理论即可精确、稳定地测定钢筋-混凝土的黏结应力和滑移应变，获得准确的黏结强度和滑移量参数，测定和建立黏结-滑移本构模型，对钢筋混凝土结构分析、设计及关键参数的获取有重要意义。
2.本发明提供了一种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验装置及方法，可用于研究不同种类、不同强度等级混凝土和不同钢筋类型的钢筋-混凝土黏结滑移性能，试验成本低，试验精度高，获得的结果丰富，对新结构设计和产生新发现有显著效果。
附图说明
图1为本发明实施例中弯曲区钢筋黏结滑移性能试验加载方式、弯矩和剪力分布图；其中a为加载方式，b为内力分布，c为剪应力分布；
图2为本发明实施例中剪切区钢筋黏结滑移性能试验加载方式、弯矩和剪力分布图；其中a为加载方式，b为内力分布，c为剪应力分布；
图3为本发明实施例中荷载-挠度曲线；
图4为本发明实施例中黏结应力-滑移应变曲线；
图5为本发明实施例中钢筋-机制砂混凝土黏结强度与石粉含量的关系曲线；
图6为本发明实施例中钢筋-机制砂混凝土滑移量与石粉含量关系曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明实技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验方法。该方法能够快速、准确获取钢筋-混凝土黏结滑移性能试验结果，提高钢筋混凝土结构设计的可靠性和安全性。一种实现形式的总体流程如下：
试验设计，确定试件尺寸及加载方式；钢筋-混凝土黏结应力和滑移量计算；试验结果分析，确定破坏模式的符合性、数据处理方法和试验误差。
一、试验设计
本发明提出的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验方法，其中试验设计包括：加载方式设计；确定试件截面尺寸、配筋及制作方法；试验方法的适用范围和条件。
1、加载方式设计。所设计的加载方式具有以下特点：模拟钢筋混凝土结构中混凝土开裂后钢筋-混凝土相互作用；均匀、稳定地给钢筋施加足够大的拉拔力，测定拉拔过程中界面的剪切应力和拔出位移；加载过程只产生界面黏结滑移破坏，混凝土不发生影响测试结果的其它受力破坏。
1)模拟梁式试件混凝土开裂后钢筋-混凝土相互作用，优选梁式试件三分点弯曲加载方式，跨径与高度之比为3,其中梁式试件截面配置双排钢筋，上、下双排钢筋的直径和混凝土保护层厚度相同，试件分两半制作，中间用薄钢板隔开，模拟开裂后钢筋-混凝土相互作用。
2)为均匀、稳定地给钢筋施加足够大的拉拔力，测定拉拔过程中界面的剪切应力和拔出位移，上排钢筋采用一根与待测钢筋直径相同的全长黏结钢筋，平衡由弯曲产生的应矩；下排待测钢筋为一根，直径为d，黏结长度为la，黏结区位于纯弯曲段，剪切段为无黏结区，上、下排钢筋的间距h0足够大，以便施加足够大的弯矩，在待测钢筋中产生足够大的伸长应变，钢筋-混凝土界面产生足够大的滑移变形，测得黏结强度和极限滑移变形量。上下排钢筋的间距h0≥3d。
3)试验过程中，钢筋混凝土试验梁可发生保护层开裂破坏、剪切区剪切破坏和受压区挤压开裂破坏三种模式。其中
a.为避免混凝土保护层开裂破坏，保证钢筋-混凝土共同作用，应保证有足够的混凝土保护层厚度。避免螺纹钢筋保护层开裂的临界厚度为c＝2d～4.5d,混凝土强度较高时取低值；为保证钢筋-混凝土共同作用，混凝土保护层净厚度c≥钢筋直径d；最小保护层厚度，对于强度等级≥C20的混凝土，c＝25mm。保证钢筋－混凝土共同作用的最小保护层厚度c≥d，cmin＝25mm。
b.为避免剪切区混凝土破坏，可在剪切区可配置箍筋，或将待测钢筋埋于纯弯段，剪切区钢筋无黏结，适当缩短钢筋的锚固长度。待测钢筋埋于纯弯段，黏结长度la＝3d～5d，混凝土强度高时取低值。
c.为避免试验过程中混凝土受压破坏，在受压区配置相同直径的全长黏结钢筋，以传递由弯矩产生的应矩。
2、试件截面尺寸、配筋及制作方法。试件的截面尺寸应根据抗弯承载能力确定，并应满足上、下两排钢筋配置要求，保证混凝土保护层厚度和上下两排钢筋的最小间距；试件长度应足够长，便于施加弯曲荷载，使弯曲试验过程中待测钢筋产生足够大的拉拔力，满足拔出试验要求；试件制作应保证上、下双排钢筋准确定位，混凝土保护层厚度、黏结区的长度和上、下两排钢筋的位置准确。
a.截面尺寸，被测钢筋直径d≤20mm时，优选正方面截面，截面宽度b×截面高度h为150mm×150mm，试件长度为L＝550mm；被测钢筋直径d＞20mm时,优选矩形截面，截面宽度b×截面高度h为150mm×200mm，试件长度为L＝700mm。
b.配筋方式，截面配置两根钢筋，其中一根为试验钢筋，另一根为试验装置平衡弯应矩钢筋，不配置箍筋；被测钢筋配置在梁截面下部和宽度方向的中心，黏结区位于纯弯段，剪切段无黏结；平衡弯矩钢筋配置在截面上部和宽度方向的中心，直径与被测钢筋相同，为全长黏结钢筋。混凝土保护层净厚度，对于钢筋直d≤20mm,取c＝25mm；对于钢筋直d＞20mm,取c＝30mm。
c.被测钢筋的安装方法，被测钢筋有黏结段位于纯弯段，其黏结长度对于直径d≤20mm的钢筋为la＝60mm，对于直径d＞20mm的钢筋为la＝90mm；剪切区无黏结段钢筋采用塑料套管隔离，套管内径较被测钢筋直径大2mm，整个剪切段均套管。
d.试件制作方法，在试件两端采用两块钢板进行钢筋定位，两端钢板宽度较截面宽度小1mm，高度与截面高度相同，钢板厚度3mm～5mm；在试件中间采用一块钢板进行分隔，中间分隔钢板宽度较试件截面宽度大2mm，高度与截面高度相同，钢板厚度为5mm，在试模上开槽插入；两端和中间分隔钢板开孔中心位置与上、下两排钢筋中心位置对应，开孔直径较塑料套管外径大2mm；试件脱模后，两端钢板可取出，中心分隔钢板保留。
e.钢筋安装定位后，测量钢筋间距、黏结段长度和保护层厚度，精度为1mm；钢板开孔采用橡皮胶泥封闭、抹平。混凝土塌落度≤90mm时，试件采用振动台振动成型；混凝土塌落度＞90mm时，采用人工插捣成型；试件静养48h后方可拆模，或采用带模养护，直到养护龄期，在试验前脱模，进行钢筋－混凝土黏结滑移性能试验。
3、试验方法的适用范围和条件。本发明给出的一种钢筋-混凝土黏结-滑移性能试验方法，适用于混凝土强度等级≥C20，钢筋直径≤30mm的钢筋-混凝土黏结滑移性能试验，其中:钢筋直径d≤20mm时，截面尺寸为150mm×150mm，试件长度550mm；钢筋直径d＞20mm时，截面尺寸为150mm×200mm，试件长度700mm。
二、钢筋-混凝土黏结应力和滑移量计算
图1是本发明一个实施例中弯曲区钢筋黏结滑移性能试验加载方式、弯矩和剪力分布图。图2是本发明一个实施例中剪切区钢筋黏结-滑移性能试验加载方式、弯矩和剪力分布图。在荷载作用下，梁中部纯弯段弯矩为：
Figure BDA0001721202950000091
其中，M(x)为纯弯段梁截面受到的弯矩(N·mm)；F为施加于梁上的外荷载(N)；l为两支座之间的距离(mm)。
纯弯段截面上的最大弯应矩为：
mxy＝M(x)|y|/|Sz|
其中，mxy为纯弯段截面上的弯应矩；|y|为被测钢筋中心位置,|y|＝h0/2；|Sz|为绝对静矩。
根据应矩理论，梁弯曲应矩微分方程为：
Figure BDA0001721202950000101
其中，Gw为弯曲应矩模量(N/mm)；|Sz|意义同前。
根据弯曲应矩理论，在集中荷载作用下简支梁的挠度公式与根据材料力学得到的挠度公式相同，仅将截面惯性矩换为绝对静矩，将弹性模量换为弯曲模量。利用挠度叠加原理，得到应矩理论下梁的弯曲挠度为：
Figure BDA0001721202950000102
其中，f为跨中挠度(mm)；F为施加于梁上的外荷载(N)；l为两支座之间的距离(mm)；Gw为弯曲应矩模量(N/mm)；|Sz|意义同前。
拟合荷载-挠度曲线，得到弯曲柔度测定值，其表达式为：
Figure BDA0001721202950000103
其中，
Figure BDA0001721202950000104
为弯曲柔度测定值(N-1mm-2)；k为荷载-挠度曲线近直线段的斜率。
根据应矩理论的广义胡克定律，钢筋弯曲时产生的纵向剪切滑移应变为：
εx＝mxy/Gw
其中，εx为被测钢筋的相对于混凝土的纵向剪切滑移应变。
非线性滑移时，先测定弯曲柔度，然后根据弯曲柔度计算滑移应变，计算公式为：
Figure BDA0001721202950000105
其中，εx为钢筋的滑移应变；h0为上、下两排钢筋中心的距离(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；f为跨中挠度(mm)。线性滑移时,滑移应变计算公式简化为：
Figure BDA0001721202950000111
在弯曲应矩作用下，作用在被测钢筋上的轴向力为：
Figure BDA0001721202950000112
其中，T为被测钢筋受到的轴向拉拔力(N)；Ew为混凝土弹性模量(N/mm2)；d为被测钢筋的直径(mm)。
轴向拉拔力作用于被测钢筋上，钢筋-混凝土之间的黏结应力为：
Figure BDA0001721202950000113
其中，τ为钢筋-混凝土的黏结应力(MPa)；d为被测钢筋的直径(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)。
非线性滑移时，根据弯曲柔度计算滑移应变，然后根据滑移应变计算黏结应力和黏结强度，其计算公式为：
Figure BDA0001721202950000114
其中，τmax为钢筋-混凝土之间的黏结强度(MPa)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；d为被测钢筋直径(mm)；fc为跨中最大挠度(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；Ew为混凝土弹性模量，取为相同标号混凝土弹性模量设计值(MPa)。
根据被测钢筋上的最大轴向力和最大剪切滑移应变，计算钢筋-混凝土之间的黏结强度。线性滑移时，计算公式简化为：
Figure BDA0001721202950000121
非线性滑移时，根据钢筋黏结长度和最大滑移应变，计算滑移量，其计算公式为：
Figure BDA0001721202950000122
其中，δmax为钢筋相对于混凝土的最大滑移量(mm)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；fc为跨中最大挠度(mm)。
线性滑移时，计算公式可简化为：
Figure BDA0001721202950000123
三、试验结果分析
本发明给出的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验装置及试验方法，采用挠度测定方法测定钢筋-混凝土的黏结应力和滑移应变，得出黏结强度和最大滑移量计算公式。试验结果分析内容包括：破坏模式分析、数据处理方法和试验误差分析。
1、试件破坏模式
施加于试件上的弯曲荷载，在被测钢筋中产生轴向拉拔力，该轴向拉拔力由钢筋-混凝土之间的界面黏结传递。典型破坏模式是钢筋-混凝土之间产生相对滑移，钢筋-混凝土界面黏结剪切破坏，在这种破坏模式下，Ew取为相同强度等级混凝土的设计弹性模量。
钢筋-混凝土之间的界面黏结不良时，在弯曲荷载作用下钢筋的滑移量较大，界面混凝土在尚未达到抗剪强度时就已发生滑移破坏。采用光圆钢筋、混凝土水灰比大、钢筋下部存在内分层时，界面黏结较差，容易发生界面滑移破坏。
截面高度、钢筋直径和配筋量较大时，试验梁可承受较大的弯矩，为平衡较大的试验弯矩，试件两端剪切区需要承受较大的剪力，剪切区梁底混凝土也需要承受较大的弯曲应矩作用，容易发生剪切区混凝土剪切开裂或保护层崩裂破坏。
根据应矩理论，平衡试验弯矩在混凝土剪切区产生的最大剪切应力为：
Figure BDA0001721202950000131
其中，τmax为剪切区梁底的最大剪应力(MPa)；F为施加于梁上的外荷载(N)；b为试件截面宽度(mm)；h为试件截面高度(mm)。
根据应矩理论，剪切区混凝土截面上的剪应力为三角形分布，平均剪应力为最大剪应力的1/2，平均剪应力达到容许抗剪强度时，混凝土剪切破坏。剪切区混凝土破坏条件为：
Figure BDA0001721202950000132
其中，
Figure BDA0001721202950000133
为截面上的平均剪应力(MPa)；F为施加于梁上的外荷载(N)；b为试件截面宽度(mm)；h为试件截面高度(mm)；[τ]为混凝土抗剪强度(MPa)。
剪切区梁底的最大剪应力达到混凝土容许抗剪强度时，保护层发生剪切开裂，保护层开裂条件为：
Figure BDA0001721202950000134
根据荷载-挠度曲线，按下面的方法确定破坏标准：
(a)达到极限荷载后试验机自动卸载，试验荷载不再增大，挠度仍明显增大，以达到极限荷载为破坏标准，极限荷载的挠度值作为测定值。
(b)荷载挠度曲线平缓，达到屈服后，荷载下降不多或缓慢上升，挠度仍明显增大，以达到屈服荷载不破坏标准，屈服荷载的挠度值作为测定值，无明显屈服时，以滑移应变εx＝0.3％为破坏标准。
(c)保护层混凝土已经开裂，荷载和挠度仍明显增加，以滑移应变εx＝0.3％为破坏标准。
(d)剪切区混凝土已经开裂，荷载-挠度曲线仍缓慢上升，滑移应变εx≤0.3％时，以实测极限应变为破坏标准；滑移应变εx＞0.3％时，以εx＝0.3％为破坏标准。
2.试验过程及数据处理方法
调整可移动支座，测量跨径，精确至1mm；将试件安放在支座上，被测钢筋位于梁的下部，安放加载装置，使加载装置的几何中心与试件的几何中心对齐，支座和加载点与试件接触平稳、均匀。
优选的符合《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30)的万能试验机，试验机的精度为±1％，试件破坏荷载大于万能试验机全程的20％且小于万能试验机全程的80％，试验机有电脑控制加荷速度和竖向位移传感器，可自动记录和绘制荷载-挠度曲线。
加载速度为0.005MPa/s～0.08MPa/s，记录荷载－挠度曲线和弯曲断裂破坏的极限荷载F(N)。详细描述断裂位置、裂缝扩展方向。研究荷载－挠度曲线，对荷载-挠度曲线起始段进行修正，记录修正起始点近直线段的挠度和极限荷载时的挠度，两者之差作为挠度测定值。
钢筋-混凝土之间界面黏结良好时，采用实测的挠度计算各级荷载时的黏结应力和应变，计算黏结强度和钢筋滑移量。黏结强度精确到0.01MPa；滑移量精确到到0.01mm。
钢筋-混凝土之间界面黏结不良时，滑移增长很快，滑移应变εx＝0.3％，认为试件已发生黏结滑移破坏，根据黏结破坏时的滑移应变，计算界面黏结强度。
试验过程中，两端剪切区混凝土发生斜向剪切破坏时，若钢筋的滑移应变εx≤0.3％，以实际极限应变为破坏标准；若钢筋的滑移应变εx＞0.3％，以εx＝0.3％为破坏标准；试验过程中保护层厚度崩裂时，试验结果无效。
相同钢筋类型和直径、相同材料组成的混凝土，以3个试件黏结强度测值的算术平均值作为测定值；如果3个试件中最大值或最小值如有一个与平均值之差超过平均值的20％，该值舍弃，取两个测值平均作为测定值。如最大值和最小值与平均值之差均超过平均值的20％，测试验结果无效。3个试件中如有一个试件发生混凝土保护层崩裂破坏，其余两个试件较大值和较小值之差均不超过较小值的20％，取两个黏结强度测值的平均值作为测定值；如果有两个试件混凝土保护层崩裂，或者两个测值的误差超过较小值的20％，测试验结果无效。
试验误差的主要来源是两排钢筋的间距和钢筋黏结长度，已包括在弯曲柔度测定中。试验测得的荷载-挠度曲线，需要去除起始段不均匀接触造成的虚假位移，进入非线性滑移阶段后，需要仔细辨别破坏状态，计算弯曲柔度值。黏结应力-应变曲线和黏结应力-滑移量曲线实测记录。
实施本发明测定得到的钢筋-混凝土黏结强度，接近混凝土的抗拉强度；实测的滑移量与已有的其它试验研究资料相符，在钢筋混凝土结构设计中具有较大的价值。如上所述，根据本发明，由于找到了钢筋-混凝土黏结滑移破坏的本质，给出的各种钢筋-混凝土黏结滑移性能试验装置及方法，测得的黏结强度和滑移量稳定可靠。采用本发明测定的黏结强度和滑移量参数设计钢筋混凝土结构，可提高结构的安全性和可靠性。
本发明适用于测定钢筋-混凝土黏结滑移性能，钢筋直径不大于30mm，混凝土强度等级C20～C80。根据试验结果，可方便建立钢筋-混凝土黏结-滑移本构关系，获得黏结强度和滑移量参数，为钢筋混凝土结构分析、设计提供可靠技术参数和本构模型。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据应矩理论进行试验设计，采用梁式试件三分点弯曲的加载方式，根据被测钢筋的直径确定试件截面尺寸并制作试件；
2)根据应矩理论进行试验加载，测定荷载-挠度曲线，并计算钢筋滑移应变、黏结应力、最大滑移量和黏结强度；
其中，钢筋滑移应变计算公式为：
Figure FDA0002655883050000011
其中，εx为钢筋的滑移应变；h0为上、下两排钢筋中心的距离(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；f为跨中挠度(mm)；
黏结应力计算公式为：
Figure FDA0002655883050000012
其中，τ为钢筋-混凝土之间的黏结强度(MPa)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；d为被测钢筋直径(mm)；f为跨中挠度(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；Ew为混凝土弹性模量，取为相同标号混凝土弹性模量设计值(MPa)；
最大滑移量计算公式为：
Figure FDA0002655883050000013
其中，δmax为钢筋相对于混凝土的最大滑移量(mm)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；fc为跨中最大挠度(mm)；
最大黏结强度计算公式为：
Figure FDA0002655883050000021
其中，τmax为钢筋-混凝土之间的最大黏结强度(MPa)；h0为上下两排钢筋中心的距离(mm)；d为被测钢筋直径(mm)；fc为跨中最大挠度(mm)；l0为被测钢筋黏结段长度(mm)；l为两个支座之间的距离(mm)；Ew为混凝土弹性模量，取为相同标号混凝土弹性模量设计值(MPa)；
3)根据测定结果结合应矩理论对破坏模式进行识别。
2.根据权利要求1所述的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法，其特征在于，所采用的梁式试件三分点弯曲加载方式，跨径与高度之比为3，其中梁式试件截面配置双排钢筋，上、下双排钢筋的直径和混凝土保护层厚度相同，试件分两半制作，中间用薄钢板隔开，模拟开裂后钢筋-混凝土相互作用。
3.根据权利要求1所述的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法，其特征在于，确定试件截面尺寸具体为被测钢筋直径d≤20mm时，选正方面截面，截面宽度b×截面高度h为150mm×150mm，试件长度为L＝550mm；被测钢筋直径d＞20mm时，选矩形截面，截面宽度b×截面高度h为150mm×200mm，试件长度为L＝700mm。
4.根据权利要求1所述的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法，其特征在于，应矩理论下梁的弯曲挠度测定和截面抗弯性能参数测试，其测试和数据拟合计算公式为：
Figure FDA0002655883050000031
其中，f为跨中挠度；F为施加于梁上的外荷载；l为两支座之间的距离；Gw为弯曲应矩模量；|Sz|为绝对静矩。
5.根据权利要求1所述的一种钢筋-混凝土黏结滑移性能的试验方法，其特征在于，对破坏模式进行识别的标准具体为：脆性黏结破坏以极限荷载时的挠度值作为测定值；塑性黏结破坏以屈服点荷载或滑移应变εx＝0.3％时的挠度值为测定值；混凝土剪切破坏以极限荷载或滑移应变为εx＝0.3％时的挠度值为测定值；保护层崩裂破坏以滑移应变为εx＝0.3％时的挠度值为测定值，滑移应变εx＜0.3％时试验结果无效。
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