王占鋒，李晶晶,2

(1.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公路工程系，西安 710018； 2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064)

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基于鋼筋握裹力的水泥路面縱縫形式研究

王占鋒1，李晶晶1,2

(1.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公路工程系，西安 710018； 2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064)

通過對16組水泥混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，研究拉桿長度和拉桿直徑對握裹力的影響.結(jié)果表明，所有試件的破壞形式均為拉出破壞；隨著拉桿錨固在混凝土中長度的增加，混凝土對拉桿的握裹力逐漸增大，增幅為5%～16%；隨著拉桿直徑的增加，握裹力強(qiáng)度的增長先快后慢，增幅為36%～51%.因此，在工程應(yīng)用中，要綜合考慮握裹力和經(jīng)濟(jì)性來選擇合適的拉桿長度和拉桿直徑.

道路工程；水泥混凝土路面；縱向接縫；握裹力；拉桿

接縫是水泥混凝土路面的重要組成部分，也是最容易出現(xiàn)沖刷、脫空、唧泥、錯(cuò)臺、斷板等病害的部位[1].因此，接縫是水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，國內(nèi)外道路工作者對接縫傳荷能力進(jìn)行了大量的研究工作[2-3]，主要集中在研究接縫傳荷能力的評價(jià)方法和通過試驗(yàn)研究接縫傳荷能力的定量指標(biāo)兩個(gè)方面，但基本上研究的均是橫向接縫，對于縱縫傳荷性能研究甚少.李晶晶等人通過彎曲疲勞試驗(yàn)[3]，研究不同板厚、拉桿長度和拉桿直徑等條件下水泥混凝土路面縱縫拉桿傳荷能力，我國現(xiàn)行的水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范也沒有考慮拉桿的實(shí)際受荷特性及其傳荷性能，在實(shí)際路面的受力中縱縫拉桿的傳荷性能也不能忽視.握裹力是縱縫拉桿與混凝土得以共同工作的基礎(chǔ)[4-6]，更在傳荷能力方面發(fā)揮了重要作用.因此，有必要對基于鋼筋握裹力的水泥路面縱縫形式進(jìn)行研究，找出其變化規(guī)律，為水泥路面設(shè)計(jì)提供一定的參考.

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥采用陜西耀縣秦嶺425號水泥，細(xì)骨料選用天然中砂，級配合格，天然粗骨料選用最大粒徑為31.5 mm的碎石，水采用飲用自來水，拉桿材質(zhì)選用HRB355螺紋鋼，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求.

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中成型試件尺寸(X×Y×Z)為150 mm×150 mm×550 mm，拉桿鋼筋選用直徑為12、14、16和18 mm 4種尺寸的HRB355螺紋鋼，長度選為600、700、800和900 mm 4種情況，每種工況成型6個(gè)試件，成型前，鋼筋用鋼絲刷刷凈，并用丙酮擦試，確保鋼筋表面不存在銹屑和油污，鋼筋埋置在試件的正中，水平鋼筋軸線距離模底75 mm，埋置長度為選用鋼筋長度的一半，埋入的一端恰好嵌入模壁，予以固定，另一端由模壁伸出，作為加力之用.所有試件澆筑完成24 h后，進(jìn)行編號和拆模工作.在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d進(jìn)行試驗(yàn).

試驗(yàn)參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL 352-2006)》中4.9“混凝土與鋼筋握裹力試驗(yàn)”中相關(guān)規(guī)定[6]，但在具體操作中根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康纳宰餍薷模员愀侠瓧U的工作狀態(tài).測定試驗(yàn)在MTS萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，如圖1所示.

1.上球鉸；2.上端鋼板；3.鋼桿；4.千分表；5.試件；6.墊板；7.夾持架；8.下球鉸；9.下端鋼板；10.埋入試件的鋼筋圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

具體試驗(yàn)步驟為：(1)將養(yǎng)護(hù)28 d的試件安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)上的試驗(yàn)夾具中，并使試件中鋼筋?yuàn)A緊；(2)在試件上安裝千分表，使千分表?xiàng)U尖端垂直朝下，與略伸出混凝土試件表面的鋼筋頂面相接觸；(3)加荷前檢查千分表量桿與鋼筋頂面接觸是否良好；(4)記下千分表的初始讀數(shù)后，開動萬能試驗(yàn)機(jī)開始試驗(yàn)，加載速度為400 N/s，每加載2 000 kN記錄對應(yīng)當(dāng)千分表讀數(shù)，將此讀數(shù)與初始讀數(shù)作差即得到該荷載作用下的滑動變形量，進(jìn)而計(jì)算鋼筋的握裹強(qiáng)度.鋼筋的握裹強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

(1)

式中：τ為握裹強(qiáng)度，MPa；P為荷載峰值，kN；d為鋼筋直徑，mm；l為鋼筋的有效錨固長度，mm.

2 基于鋼筋握裹力的縱縫試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 破壞過程分析

通過對16種工況的試件進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，全部試件的破壞形式均為拉出破壞.試驗(yàn)開始時(shí)，試件的表面完好，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫.當(dāng)荷載增加到極限拉拔力30%時(shí)，試件的表面開始出現(xiàn)第一條縱向裂縫，臨界縱向裂縫.隨著拉拔力的繼續(xù)增加，裂縫越來越多，出現(xiàn)一條臨界縱向接縫，并逐漸變寬和變長.當(dāng)拉拔力達(dá)到最大值后，臨界縱向接縫變化更加迅速，最終鋼筋被拔出，試件宣告破壞.

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.

2.2.1 拉桿長度對握裹力的影響

對4種不同拉桿直徑和拉桿長度的16組試件進(jìn)行試驗(yàn)測定相關(guān)的握裹力，結(jié)果見圖2.分析可知：當(dāng)拉桿直徑為12 mm時(shí)，拉桿長度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對應(yīng)的握裹力強(qiáng)度為3.36、3.42、3.49和3.53 MPa；當(dāng)拉桿直徑為14 mm時(shí)，拉桿長度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對應(yīng)的握裹力強(qiáng)度為3.48、3.53、3.59和3.76 MPa；當(dāng)拉桿直徑為16 mm時(shí)，拉桿長度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對應(yīng)的握裹力強(qiáng)度為4.18、4.32、4.45和4.70 MPa；當(dāng)拉桿直徑為18 mm時(shí)，拉桿長度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對應(yīng)的握裹力強(qiáng)度為4.59、4.99、5.19和5.31 MPa.表明當(dāng)拉桿直徑一定時(shí)，隨著拉桿長度(拉桿錨固在混凝土中的長度)的增加，混凝土對拉桿的握裹力逐漸增大.拉桿直徑為12 mm時(shí)，增幅約為5%；拉桿直徑為14 mm時(shí)，增幅約為8%；拉桿直徑為16 mm時(shí)，增幅約為12%；拉桿直徑為18 mm時(shí)，增幅約為16%.

表1 不同直徑、長度拉桿的握裹力強(qiáng)度

2.2.2 拉桿直徑對握裹力的影響

對16組試件進(jìn)行試驗(yàn)測定相關(guān)的握裹力，結(jié)果見圖3.分析可知：當(dāng)拉桿長度為600 mm時(shí)，拉桿直徑分別為12、14、16和18 mm時(shí)，握裹力強(qiáng)度分別為3.36、3.48、4.18和4.59 MPa；當(dāng)拉桿長度為700 mm時(shí)，拉桿直徑分別為12、14、16和18 mm時(shí)，握裹力強(qiáng)度分別為3.42、3.53、4.32和4.99 MPa；當(dāng)拉桿長度為800 mm時(shí)，拉桿直徑分別為12、14、16和18 mm時(shí)，握裹力強(qiáng)度分別為3.49、3.59、4.45和5.19 MPa；當(dāng)拉桿長度為900 mm時(shí)，拉桿直徑分別為12、14、16和18 mm時(shí)，握裹力強(qiáng)度分別為3.53、3.76、4.70和5.31 MPa.表明當(dāng)拉桿長度一定時(shí)，隨著拉桿直徑的增加，握裹力強(qiáng)度的增長先快后慢.當(dāng)拉桿長度為600 mm時(shí)，增幅為36%；當(dāng)拉桿長度為700 mm時(shí)，增幅為46%；當(dāng)拉桿長度為800 mm時(shí)，增幅為49%；當(dāng)拉桿長度為900 mm時(shí)，增幅為51%.因此，在工程應(yīng)用中，選用拉桿長度和拉桿直徑時(shí)，應(yīng)綜合考慮握裹力和經(jīng)濟(jì)性，不能一味追求高長度和大直徑的拉桿.

圖2 拉桿長度對握裹力的影響

圖3 拉桿直徑對握裹力的影響

3 結(jié)語

混凝土的鋼筋握裹力隨著拉桿直徑和拉桿長度的增加而增大，拉桿長度的增幅為5%～16%，拉桿直徑的增幅為36%～51%，這表明拉桿直徑對握裹力的影響較拉桿長度要大.因此，在選用拉桿長度和拉桿直徑時(shí)，應(yīng)先選擇合適的拉桿直徑，再選擇拉桿長度，從而使拉桿具有優(yōu)良的握裹力和傳荷能力.

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D40-2011)[S].北京:人民交通出版社,2011.

[2] 張懷志.普通水泥路面?zhèn)髁U及拉桿研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

[3] 李晶晶,張擎.水泥混凝土路面縱縫拉桿傳荷試驗(yàn)研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2006,36(6):119-122.

[4] 周萬良,周士瓊,李益進(jìn)，等.水膠比、超細(xì)粉煤灰摻量對高性能混凝土鋼筋握裹力的影響[J].混凝土與水泥制品,2003(2):12-15.

[5] 孟志良,孫建恒,白永兵，等.芯柱自密實(shí)混凝土與鋼筋握裹強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J].混凝土,2008(4):12-16.

[6] 中華人民共和國水利部.水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL 352-2006)[S].北京:中國水利水電出版社,2006.

[責(zé)任編輯 王新奇]

Research on Forms of Longitudinal Joint of Cement Concrete PavementBased on the Bond Stress between Steel Bars and Cement Concrete

WANG Zhan-feng1, LI Jing-jing1,2

(1. Department of Highway Engineering, Shaanxi College of Communication Technology, Xi’an 710018, China;2.School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

Through the drawing tests of 16 groups of cement concrete standard specimens, the influence of the length and diameter of rod on the bond stress is studied. The results show that all the failure modes of all specimens are pulled out. With the increase of the length of the rod anchored in the concrete, the bond stress of the concrete to the rod gradually increased and its increase is 5%～16%. With the increase of the diameter of the rod, the bond stress increases fast at first and then slow, and the increase is 36%～51%. Therefore, the length and diameter of the rod should be appropriately selected by comprehensively considering the bond stress and its economy in the engineering application.

road engineering; cement concrete pavement; longitudinal joint; bond stress; rod

1008-5564(2016)04-0077-04

2016-01-19

浙江省交通運(yùn)輸廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(2014H38)；陜西省教育科學(xué)十二五規(guī)劃項(xiàng)目(SGH140930)

王占鋒(1982—)，男，陜西楊陵人，陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院公路工程系講師，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究.

U416.21

A