带端板钢筋锚固力及端板下局压承载力研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dragondk
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在钢筋末端设置端板,可有效减小钢筋在混凝土中的锚固长度。当应用带端板钢筋时,存在直锚段钢筋与混凝土间的粘结作用和混凝土对钢筋端板的支承作用。影响带端板钢筋在混凝土工程中应用的主要问题有:(1)钢筋加载端受拉屈服时,带端板钢筋锚固力在直锚段钢筋与混凝土间的粘结作用和端板承压作用间的分配关系,是本文所关注的第一个问题。(2)钢筋端板下混凝土不但承受端板传来的压力,而且承受直锚段钢筋与混凝土间的粘结作用,使钢筋端板下的混凝土局压呈现新的受力特点,这是本文所关注的第二个问题。(3)当带端板钢筋布置相对密集时,钢筋端板下混凝土局压计算底面积存在相互重叠的现象,同时直锚段钢筋和混凝土之间存在的粘结作用,使得布置相对密集的带端板钢筋的端板下混凝土局压承载力计算问题变得尤为复杂。这种情况下,钢筋端板下混凝土的局压承载力计算方法是本文所关注的第三个问题。因此,开展钢筋锚固力在直锚段钢筋粘结作用与端板承压作用间的分配关系及钢筋端板下混凝土局压承载力计算研究,具有重要的理论意义和实用价值。本文开展了以下几个方面的工作:(1)为研究钢筋锚固力在直锚段钢筋粘结作用和端板承压作用间的分配关系,完成了120个截面尺寸为150 mm×150 mm的带端板钢筋混凝土棱柱体试件的拉拔试验,且带端板钢筋布置于截面形心线上。试件受力纵筋为HRB500钢筋和HRB600钢筋,公称直径分别20 mm、22 mm和25 mm三种。试件的混凝土强度等级分为C30、C40、C50、C60和C70五种。钢筋临界锚固长度是指控制截面钢筋受拉屈服,钢筋要被拔出而又未被拔出这一临界状态所对应的钢筋在混凝土中的锚固长度。带端板钢筋的锚固长度分为0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.6倍和0.7倍钢筋临界锚固长度五类。试验结果表明:控制截面钢筋受拉屈服时,钢筋端板承受压作用Fp与钢筋屈服力Fy之比Fp/Fy随带端板钢筋锚固长度lah与钢筋公称直径d之比lah/d的增大而线性减小,随钢筋屈服强度fy与混凝土轴心抗拉强度ft之比fy/ft的增大而线性增大。建立了以带端板钢筋锚固长度lah与钢筋公称直径d之比lah/d和钢筋屈服强度fy与混凝土轴心抗拉强度ft之比fy/ft为自变量的钢筋端板承受压作用Fp与钢筋屈服力Fy之比Fp/Fy的计算公式。(2)以控制截面钢筋受拉屈服时,自由端钢筋刚要滑动还未滑动这一状态的锚固长度为钢筋稳定锚固长度las。以混凝土受压应力-应变关系、钢筋受拉应力-应变关系和钢筋与混凝土间粘结滑移本构关系为基础,建立了钢筋和混凝土的受力平衡方程和变形协调方程。通过程序迭代计算,进而计算出钢筋与混凝土之间的临界锚固长度及稳定锚固长度。(3)以钢筋在端板承压端的滑移为零作为边界条件,再以带端板钢筋混凝土试件中钢筋和混凝土的受力平衡方程和变形协调方程为基础,利用(2)的数值分析软件对带端板钢筋在混凝土中的受力行为进行计算分析。以120个带端板钢筋的混凝土棱柱体试件的拉拔试验结果为基础,验证了数值分析软件计算程序的准确性。基于数值软件的计算结果,建立了以钢筋屈服强度fy与混凝土轴心抗拉强度ft之比fy/ft和混凝土保护层厚度c与受力纵筋公称直径d之比c/d为自变量的钢筋相对稳定锚固长度las/d的计算公式。发现当c/d一定时,钢筋端板承压作用Fp与钢筋屈服力Fy之比Fp/Fy和带端板钢筋锚固长度lah与钢筋稳定锚固长度las之比lah/las之间呈线性关系。(4)为研究直锚段钢筋与混凝土间粘结作用对钢筋端板下混凝土局部受压承载力的影响,完成了30个截面尺寸为150 mm×150 mm和200 mm×200 mm的布置于截面形心线上的带端板钢筋混凝土试件的拉拔试验。试件受力纵筋为预应力螺纹钢筋,受力纵筋的抗拉屈服强度标准值分别为980MPa和1080MPa,钢筋公称直径对应为32 mm和25 mm。试件中的箍筋和架立筋均选用HPB300钢筋,其公称直径d为8 mm,间距为100 mm。试件的混凝土强度等级分为C30、C40和C50,带端板钢筋锚固长度分为0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.6倍和0.7倍钢筋临界锚固长度。试验结果表明:直锚段钢筋与混凝土间粘结作用的影响范围为环形区域,且该区域与锚固钢筋同心,环形区域的直径约为钢筋公称直径的1.25-1.35倍,建立了考虑直锚段钢筋粘结作用影响的混凝土局部受压承载力计算公式。(5)带端板钢筋混凝土结构钢筋端板下的计算底面积可能会存在重叠。为考察钢筋端板计算底面积重叠对混凝土局部受压承载力的影响,共完成了6个尺寸为200 mm×300 mm×660 mm、所配置的两根钢筋的端板计算底面积存在重叠的混凝土试件的拉拔试验。试件的受力纵筋采用公称直径为25 mm,抗拉屈服强度标准值为1080 MPa的精轧螺纹钢。端板尺寸为50 mm×50 mm×20 mm。试件中相邻钢筋端板的净距为10 mm、25 mm、40 mm、55 mm、70 mm和85 mm,混凝土强度等级为C40。以相邻钢筋端板净距分别为0 mm和2倍钢筋端板边长时的混凝土局压承载力值为基础值,分别建立了以相邻钢筋端板净距c与钢筋端板边长b之比c/b为自变量,混凝土局部受压承载力计算公式。
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