基于鋼筋握裹力的水泥路面縱縫形式研究

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(zhǎng)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(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064)

通過(guò)對(duì)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(zhǎng)度和拉桿直徑對(duì)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(zhǎng)度的增加，混凝土對(duì)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(zhǎng)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(lái)選擇合適的拉桿長(zhǎng)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(tái)、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(guó)內(nèi)外道路工作者對(duì)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(píng)價(jià)方法和通過(guò)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(duì)于縱縫傳荷性能研究甚少.李晶晶等人通過(guò)彎曲疲勞試驗(yàn)[3]，研究不同板厚、拉桿長(zhǎng)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(guó)現(xiàn)行的水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范也沒(méi)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(duì)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(hào)水泥，細(xì)骨料選用天然中砂，級(jí)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(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)度為選用鋼筋長(zhǎng)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(hào)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?，以便更符合拉桿的工作狀態(tài).測(cè)定試驗(yàn)在MTS萬(wàn)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(wàn)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(kāi)動(dòng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始試驗(yàn)，加載速度為400 N/s，每加載2 000 kN記錄對(duì)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(dòng)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(zhǎng)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(guò)程分析

通過(guò)對(duì)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(kāi)始時(shí)，試件的表面完好，沒(méi)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(kāi)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(lái)越多，出現(xiàn)一條臨界縱向接縫，并逐漸變寬和變長(zhǎng).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(jiàn)表1.

2.2.1 拉桿長(zhǎng)度對(duì)握裹力的影響

對(duì)4種不同拉桿直徑和拉桿長(zhǎng)度的16組試件進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定相關(guān)的握裹力，結(jié)果見(jiàn)圖2.分析可知：當(dāng)拉桿直徑為12 mm時(shí)，拉桿長(zhǎng)度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對(duì)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(zhǎng)度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對(duì)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(zhǎng)度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對(duì)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(zhǎng)度分別為600、700、800和900 mm時(shí)，對(duì)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(zhǎng)度(拉桿錨固在混凝土中的長(zhǎng)度)的增加，混凝土對(duì)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(zhǎng)度拉桿的握裹力強(qiáng)度

2.2.2 拉桿直徑對(duì)握裹力的影響

對(duì)16組試件進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定相關(guān)的握裹力，結(jié)果見(jiàn)圖3.分析可知：當(dāng)拉桿長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度一定時(shí)，隨著拉桿直徑的增加，握裹力強(qiáng)度的增長(zhǎng)先快后慢.當(dāng)拉桿長(zhǎng)度為600 mm時(shí)，增幅為36%；當(dāng)拉桿長(zhǎng)度為700 mm時(shí)，增幅為46%；當(dāng)拉桿長(zhǎng)度為800 mm時(shí)，增幅為49%；當(dāng)拉桿長(zhǎng)度為900 mm時(shí)，增幅為51%.因此，在工程應(yīng)用中，選用拉桿長(zhǎng)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(zhǎng)度和大直徑的拉桿.

圖2 拉桿長(zhǎng)度對(duì)握裹力的影響

圖3 拉桿直徑對(duì)握裹力的影響

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土的鋼筋握裹力隨著拉桿直徑和拉桿長(zhǎng)度的增加而增大，拉桿長(zhǎng)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(duì)握裹力的影響較拉桿長(zhǎng)度要大.因此，在選用拉桿長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)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(wàn)良,周士瓊,李益進(jìn)，等.水膠比、超細(xì)粉煤灰摻量對(duì)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(guó)水利部.水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL 352-2006)[S].北京:中國(guó)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