鋼筋握裹力試驗分析

李宗賢

摘要:文章對廣州某工程實例鋼筋握裹力試驗方案進行分析,通過實驗證明指出帶肋鋼筋表面雖有氧化皮或局部發泡時,混凝土對帶肋鋼筋的握裹力沒有影響。此依據可為以后實際工作提供參考。

關鍵詞:鋼筋混凝土;鋼筋握裹力;試驗方案

1概述

廣州某項目結構使用的鋼筋,部分表面有氧化皮,按J工程顧問有限公司要求,對有氧化皮——局部發泡之缺陷的鋼筋進行握裹力試驗。由于對混凝土與鋼筋的握裹力試驗目前尚無規程、規范可依據。我公司參考膠植鋼筋抗拔力試驗的原理和方法,編寫了“鋼筋握裹力試驗方案”,得到了J工程顧問有限公司、業主、監理公司認可。

混凝土對鋼筋的握裹力大小,與混凝土施工的強度等級、鋼筋直徑大小、鋼筋埋入混凝土深度相關。在特定的混凝土試件上埋入鋼筋深度大,其握裹力也大,埋入鋼筋深度小,其握裹力也小,因此,不管鋼筋埋入試件中有多深,只要試驗出其握裹力強度值,便可確定該規格鋼筋在與試件混凝土強度相同的工程構件中的握裹力是否滿足設計的要求。根據委托單位提供的信息,本工程結構混凝土設計強度值大多為C45,而使用的鋼筋規格以RHB 400級φ28居多,因此本試驗取鋼筋規格RHB 400級φ28和試件混凝土設計強度C45為代表進行鋼筋與混凝土握裹力試驗。

試驗分兩次進行,前次為試件澆搗后7天齡期試驗,共試驗3個同一規格試件,試驗已在2006年3月9日進行。本次試驗在試件澆搗后28天齡期時進行試驗,共試驗3個同一規格試件,試驗在2006年3月30日進行。

2試驗方案

2.1試件

試件制作

鋼筋:選用本工程較多使用生產廠家江蘇沙鋼集團有限公司生產、鋼筋規格HRB400級、直徑φ28帶肋鋼筋。鋼筋總長100mm,植入混凝土試塊的深度400mm,植入混凝土段的鋼筋表面有氧化皮、發泡等缺陷。

混凝土試塊:采用本工程結構常用的C45混凝土強度等級試塊,試塊尺寸:長×寬×高=400×400×400(mm)

試件數量。本次試驗為28天齡期試件1組(3件)。

試件養護。試件采用天然養護。養護期為28天。

2.2試驗方法

試驗標準和試驗方法。由于我國及地方尚沒有相應的試驗標準,本試驗參考對鋼筋抗拔承載力試驗的方法進行。

最大試驗荷載。按試件鋼筋規格為HRB400級φ28鋼筋強度標準植σs=400N/mm2,計算出最大試驗荷載量為246.30kN。

加載方式及荷載分級。試驗的加載方式采用緩慢連續加荷方式;加荷分級:按HRB400級φ28鋼筋屈服荷載(即最大試驗荷載Pmax)246.30KN進行分極,每級加載增量為0.1Pmax (24.63KN)。

鋼筋位移觀測。鋼筋在拉拔荷載作用下產生的拉伸變形和外拔位移測量,采用百分表進行觀測。在鋼筋接近混凝土試塊面的根部位置20mm處裝上百分表安裝夾,并安裝兩個百分表測量鋼筋的外拔變位量。兩個百分表與鋼筋中心線等距,并在同一軸線上。

2.3終止試驗條件

當出現下列情況之一時,終止對試件試驗;

達到預定的最大試驗荷載值246.30KN;但為了進一步了解混凝土對鋼筋握裹力情況,本次試驗擬在過到預定的最大試驗荷載值246.30KN后,視試驗情況再增加0.1～0.2倍預定的最大試荷載量,直至鋼筋出現屈服而終止試驗;鋼筋上拔位移量超過百分表安裝位置至鋼筋埋深段的理論彈性變形值,且在荷載作用下其位移持續增長;鋼筋已出現屈服或鋼筋拔出;混凝土試件出現開裂或錐體破壞。

2.4試驗設備及儀器

YCQ100型穿心式油壓千斤頂;與千斤頂配用的油壓表;手動油泵、油秋、反力座; 百分表及裝置百分表的表夾; 相應鋼筋直徑的錨夾具。

3試驗概況

試驗工作于2006年3月30日上午在黃沙工地現場進行。在前作7天齡期試驗后余下的3塊28天齡期試件進行混凝土與鋼筋握裹力試驗。

試驗時,工程監理單位廣州市地下鐵道設計研究院黃沙物業發展項目監理部、北京建工集團有限公司廣州黃沙項目經理部有關人員均在場察看,并對試驗及試驗后試件情況作了拍照。

試驗過程正常。3個試件均能加載至預定最大試驗荷載246.30KN,在達到預定最大試驗荷載246.30KN時,千斤頂的油壓仍相對穩定,鋼筋的位移變化速率很小或相對穩定,鋼筋的外拔變位很小,基本為試件面至千斤頂錨固鋼筋夾具之間600mm一段的鋼筋彈性變形量。為進一步了解混凝土對鋼筋握裹力情況,試驗人員繼續對鋼筋施加270.93KN荷載,3個試件的鋼筋就形仍處于彈性變形狀態,千斤頂的油壓仍相對穩定,當要繼續施加295.56KN時,出現外拔變位量增加而荷載施加不上情況,判定鋼筋已出屈服而終止試驗。

拆除試驗設備后,對三個試件進行觀察、檢查,三個試件的鋼筋均出現縮徑,觀察鋼筋入混凝土塊的根部處,均未發現由于鋼筋外拔布產生沿鋼周圍的混凝土界面上的環形裂縫。

4試驗數據處理

試件鋼筋受各級拉拔荷載作用產生外拔位移的現場記錄,經整下后列出3個試件鋼筋位移數據。(試件編號按7天齡期試件編號順序排列)

5試驗數據分析

5.1鋼筋受拉力荷載作用下位移測量段的理論伸長

鋼筋埋入混凝土長度40mm,百分表安裝在距混凝土面30mm處,鋼筋實際測量長度為420mm;

鋼筋為HRB400級鋼,彈性模量E=2×105N/mm2;

鋼筋直徑為φ28,截面積A=615.75 mm2;

由彈性理論公式計算出鋼筋在臨界公稱屈服荷載246.30KV拉力作用下的理論伸長:

假定鋼筋未端錨固力大于鋼筋的屈服荷載,當鋼筋實際測量長度為430mm時的彈性理論伸長△L=0.86mm;

假定鋼筋在混凝土內的錨固力大于鋼筋的屈服荷載,而在臨界公稱屈服荷載246.30KN拉力作用下,鋼筋實際測量長度為百分表安裝在距混凝土面30mm處的彈性理論伸長△L=0.055MM。

本試驗對三個試件鋼筋外拔位移測讀值,在臨界公稱屈服荷載246.30KN拉力作用下,其位移測量值在0.06mm——0.08mm之間,與彈性理論伸長計算值相近。且在實測臨界屈服荷載270.93KN拉力作用下,三個試件鋼筋受拉變形仍處在接近彈性變形狀態。但在荷載270.93kN后,三個試件鋼筋受拉變形已出現突變,荷載再無法加上,變形續增大,鋼筋已出現屈服。由此計算出,該三個試件鋼筋的屈服強度為440N/mm2。

5.2 試件握裹力強度

從上述三個試件的鋼筋在拉拔荷載作用下的外拔移量及變化情況和試驗后對試件檢查的分析,可以確定在該三個試件混凝土對鋼筋的握裹力Qs≥270.93KN。

握裹力強度。從上面所計算、分析的結果,三個試驗齡期為28天試件,其混凝土對鋼筋握裹力強度qs為:

qs≥Qs/A=270930N÷35185.84mm2=7.70N/mm2

結論

通過對3個由φ28 HRB400級帶肋鋼筋埋入C45混凝土試塊的28天齡期的握裹力試驗結果表明:混凝土試塊對φ28 HRB400級帶肋鋼筋的握裹力Qs≥7.70N/mm2;帶肋鋼筋表面雖有氧化皮或局部發泡時,混凝土對帶肋鋼筋的握裹力沒有影響。

作者身份證號碼:440105198001112115