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箍筋的作用和破裂混凝土的残余拉伸强度对粘结的影响
摘要：
研究了锚固肋条在其周围混凝土分裂后的局部粘滑规律。特别注意的是理解为什么几个实验结果显示出这个规律的不同变异性的原因。实际上，粘结受局部限制行为的控制，其可以变化; 其可变性取决于混凝土的机械性能和试样的几何特性。对该作用的显着贡献是由于横向钢筋和断裂混凝土的残余拉伸强度。另一个贡献是由于结构特性，例如横向支撑约束和可能的横向载荷。一个完善的分析模型，涉及当地的混凝土力学性能和主筋和横向钢筋之间的相互作用的现象。还给出了理论结果的实验证实。 最后，示出了对于设计重要的图案，其示明防止裂开失败和限制裂开裂缝的开口所需的最小横向加强。
简介：
关于局部粘合应力滑移关系的一些方面还不完全清楚。 例如，实验结果（Nilson 1972; Dorr 1978; Tassios和Koroneos 1984; Shah 1984）显示在张力试验样品的中间区域中这种关系的更僵硬的行为。 杆的端部和中部之间的刚度的差异主要取决于样品的种类。 相反，在一些拉出试样（Lahnertet al.1986）中，在杆的末端发生较硬的行为。 关于这个问题的一些评论已经在（Gambarova和Giuriani 1985）中作出，其中给出了对样品的类型和形状的作用的解释。 显着的差异归因于拉伸和拉伸试验中不同的裂纹发展，这可能受到箍筋或横向载荷的影响。
为了对上述不一致的结果进行详尽的解释，应该仔细研究锚定的肋板条周围涉及的众多和相互作用的现象。 一些现象已经在文献中被处理，即使只是单数而不是穷尽的方式。
图1。作用的径向microcracklng和局部破碎对局部粘结应力滑移法
在这些现象中，以下是特别重要的：（1）在非常早期加载（图1）（Goto 1971; Giuriani 1981）产生的径向微裂纹; （2）围绕肋（Giuriani 1982）的多孔混凝土的局部破碎（图1），其控制化学粘附破裂后的大部分滑移; 和（3）由肋条（Tepfers 1979; Tassios和Koroneos 1984）引起的径向作用（图2）产生的周围混凝土的分裂，其控制结合强度。
关于分裂，平衡径向压力的约束作用（Eligehausen 1979; Tepfers 1979; Gambarova和Karakoc 1982; Gambarova等人1989）起着最重要的作用。 在开始时，由于周围混凝土的未裂开部分（Tepfers 1982）的抗拉强度，以及由于面部传递的残余拉伸强度（Giuriani和Rosati 1986; Giuriani和Rosati1987），局部地产生这种限制作用的早裂痕。当裂隙扩展并且其开口变大时，另一相关的约束作用是由于横向加强（图2; Giuriani 1984; Giuriani和Plizzari 1985; Kemp和Wilhelm 1979）。此外，可能的结构约束可以由外部负载（Untrauer和Henry1965; Dorr 1978; Robins和Standish 1984; Schmidt-Thro等人1988），结构约束或内部应力重新分布产生。
这些先前描述的现象可以出现具有不同等级的相关性，主要是关于锚定棒的不同直径。 特别是，对于小钢筋直径（Phi; p lt;12divide;14 mm）和通常的滑移值（s = 0-0.2 mm），滑移的最相关部分是由于局部破碎肋骨前的多孔混凝土层（Giuriani 1981）。因此，键应力滑移定律主要取决于机械性能混凝土如该层的硬度。
图2。带肋钢筋的劈裂与围动
图3。在锚地裂缝传播：（一）裂缝出现；（b）部分传播裂缝；（c）完全传播裂缝
对于更大的钢筋直径或更高的滑动值，裂缝裂缝扩展到使横向钢筋和结构约束变得重要。 涉及结构和机械性能，局部粘结应力滑移定律证明是取决于位置，作为局部约束作用的可变性的结果。
此外，当横向钢筋的数量在裂缝区域均匀分布且不可忽略时[图3（c）]，每个横向钢筋的局部约束可能与约束和外部载荷产生的约束有关。 此外，当横向杆间距恒定时，局部约束作用仅取决于局部裂开裂缝开口，并且其与沿杆的位置无关。 由于局部粘结应力和局部滑移还取决于局部裂缝开口（Gambarova和Karacoc，1982），因此局部粘结应力滑移定律与位置无关，如在未裂化和微裂纹区域[图3（a 和b）]。
前面的论述给出了关于通常采用的实验测试的有效性的限制的指示。 例如，当棒直径小且滑移值相当有限时，具有锚定在平面混凝土棱柱中的非常短的杆长度的拉拔试验（Rehm 1961; Giuriani 1981）给出了一般有效性的局部粘结应力滑移关系。 结果，分裂不太多地传播，结果与样本约束无关（Giuriani 1981），因此对于相同种类的加强肋，仅杆直径和混凝土的机械性质起作用。
对于较大的棒直径，具有显影的分裂，实验局部键法在具有一般有效性，只有当结构限制，如由普通拉拔试验中支撑的摩擦引起的，在样品中避免。 作为一般规则，在较大直径的情况下，应采用特定的台架和试样以避免任何结构效应。
一些研究人员采用了特定的实验技术来避免这些结构约束，并尝试分别研究每个约束行为的影响。
为了仅评估箍筋的约束产生的影响，在一项研究中采用了用于拉出试验的特殊工作台和试样（Giuriani和Plizzari 1985）。 为了确保仅存在箍筋限制，布置了预成型的裂缝和特定约束。 周围混凝土产生的约束作用及其对局部粘结应力滑移定律的影响在Tepfers（1973）中进行了研究。进行了无支撑摩擦的特殊拉出试验，测量总分裂后的约束。 在Eligehausen等人（1983）中，研究了围栏混凝土的箍筋和拉伸强度的影响，但是没有分离每个围栏作用的贡献。
由于涉及到的参数数量众多，所以对局部粘性滑移法进行了广泛的实验研究。 不同的镫骨直径和混凝土骨料尺寸; 主要锚杆的不同位置;不同的箍筋形状，数量和间距; 应考虑不同的外部载荷强度和方向。 为此，为了限制测试次数，对所涉及的现象的理论建模和实验检查进行调查似乎更为合适。
在Giuriani和Plizzari（1985）中，局部粘合力定律的建模是限制了裂缝完全发育后的搅拌破裂效应，并用两个试样进行检验。 裂纹混凝土的残余拉伸强度在与分裂裂纹作用的限制作用相同的理论模型中引入（Plizzari等，1987）。 研究了控制参数的作用，结果提出了实验研究中最重要的现象。
在本文中，阐述了分析模型，并提出了其有效性限制的一些说明。 本文的一部分专门用于设计和应用，提出了显示几个重要参数作为箍筋直径，间距和腿数的作用的理论曲线。 还提出了目前理论结果与实验结果的比较（Eligehausen等，1983; Giuriani和Plizzari 1985），以检验理论方法的有效性。 理论和实验曲线的拟合进一步证明了许多控制参数的价值，其中一些尚未得到充分的研究。
分析基础:
在具有完全传播的分裂裂纹的结构元件中，当确保适当的横向约束作用时，粘结作用仍然是可能的。 这种限制可以通过横向钢筋（二次钢筋或箍筋）和裂纹混凝土的残余拉伸强度的贡献来生产。
根据（Giuriani 1984; Giuriani和Plizzari 1985）开发的分析模型，假设分裂裂缝沿着一个横杆的影响区域Delta;z沿着杆间距和覆盖层完全传播（图3（c））。 该影响区将裂纹分为两部分，宽度w表示裂纹开口的平均值，影响区域Delta;z的平均值假定为局部值，当Delta;z 分析模型的开发假设每个主棒的直径Phi;rho;相同，横向钢筋的直径Phi;s，t也相同。
在这些假设的基础上，Giuriani和Plizzari（1985）和Plizzari等人（1987）提出了以下方程。 第一个问题涉及到一个指定的分裂裂缝开口w的键应力T和滑移s之间的关系（Gambarova等人1989）。
方程式 lb是给定裂纹开口w的最大粘结应力; T m，0 = w = 0时的最大结合应力;gamma;1，gamma;2，beta;1，beta;2=实验确定的系数。 方程式 通过拟合几个可用的实验曲线（图4（a）]（Giuriani和Plizzari 1985），仅限于一个主棒直径（4gt; p = 18mm）（Gambarova和Karacoc 1982; Gambarova 等人1989）。 目前对不同主棒的实验是不可行的，因此假设裂纹开口w和滑移s与条直径Phi;rho;成正比，采用了相似标准。 以这种方式，对于相同的比率s /Phi;rho;和w /Phi;rho;，所有系数gamma;1，gamma;2，beta;1和beta;2应该与Phi;rho;无关。
第二个等式给出粘结应力T作为径向应力的函数sigma;n通过对于恒定的分割裂缝开口的主杆w与限制T =Tm，w当Tgt; Tm,w生成。 此外，通过拟合实验结果（Gambarova和Karacoc，1982），这种关系被建模[参见图4（b）]。 对于前面提到的原因，系数T0，T1 ; K 1和K 2被假定为独立Phi;rho;的，在根据相似准则w已采用比例w /Phi;rho;确定。
下面的方程涉及两个围作用由于横向钢筋和裂纹表面的裂纹（图2）所发送的残余拉应力。第一个动作是由箍筋腿产生的，受到一种拉拔力与裂缝开度增大，（图5）（Giuriani和 Gelfi 1982）。在Giuriani（1982）和Giuriani和Gelfi（1982）中研究了这种由杆逐渐发展而来的现象。钢应力sigma;st与裂缝开度w之间的关系已被表达出来。
由于横向加固和裂纹面传递的残余拉伸应力，下列方程式涉及两个限制作用（图2）。该第一动作是由箍筋的腿部，其经受一种的拉出力与所述分裂裂纹开口增加产生（图5）（Giuriani和Gelfi 1982）。在Giuriani（1982）和Giuliani和Gelfi（1982）中研究了这种由杆逐渐发展而来的现象。钢应力sigma;st与裂纹开度w之间的关系已经被表示为与横杆的理想三边局部粘结滑移定律相关的系数（图1）。 第二个限制作用是由于裂纹混凝土的残余拉伸强度（图6）由应力sigma;rc给出，这是Giuriani和Rosati（1986）提出的，作为裂缝开度w和聚集体大小Phi;alpha;的函数，其中fcl0 =强度 裂纹开始开放（w = 0），K =实验测定的系数。
对于平衡，全局约束作用（方程3a和4）等于由锚定杆产生的全局径向力，使得其中Omega;=约束的箍筋指数定义为全局截面面积Ast *之间的比率 分支平面中主杆的蹬腿和区域Ap *（图7）; B =混凝土的具体指标，定义为混凝土的净面积（b - nrho;Phi;rho;）Delta;z之间的比值分裂平面和上述区域Ap *。
从等式2和5，可以获得作为sigma;st，sigma;rc和w的函数的键应力T。
由于所涉及的非线性方程，通过数字方法来获得粘结应力T的滑移s的函数的主杆的关系。 归因裂纹开口w，方程式 3a和4给出sigma;st和sigma;rc。 然后键合应力T可以通过公式6计算; 最后，从公式1得到记录纸。
图4：理想化：（a）局部粘结应力滑移；及（b）给定裂裂开口处的粘结应力约束作用关系
图5。裂纹张开时的横向杆响应
图6。裂纹扩展裂纹混凝土的残余拉应力
图7。主、横杆几何特性
结果：
获得局部粘结应力T，裂纹开口w和横向钢筋应力sigma;st作为滑移s的函数。
这里提出的是一些具体的实验结果的比较，以及一些对结构设计有重要意义的参数的研究。
图8。实验和理论结果之间的比较：（一）箍筋直径Phi;ST的影响；（b）截面宽度b（c）试样特性
在图8（a和b）理论曲线T（S），W（S）和sigma;st（S）参考Eligehausen等人实验测试的一些试样[图8（c）]。 （1983）。由于实验值w和sigma;st都不可用，因此只能在T（*）关系方面进行比较。曲线1-4涉及不同的横向钢筋直径Phi;st，如表1所示。曲线5-8 [图8（b）]是指具有不同混凝土盖值的试样。理论曲线与实验曲线吻合良好。即使没有任何横向钢筋（曲线4），拟合也令人满意。这个事实强调了由于裂纹混凝土的残余拉伸强度而引起的限制作用的重要性。关于混凝土覆盖物作用的曲线5-8也显示了由这种残余强度可能实现的理论和实验结果之间的良好一致性。 Eligehausen等人不提供参考模型中的参数参数的值。 （1983），假设Giuriani（1982），Giuriani（1984），Giuriani和Plizzari（1985），Giuriani和Rosati（1986）和Gambarova等（1989）提出了合理的价值观。
对于等式 1 Tm，0 = 15MPa; beta;1= 60; beta;2= 0; gamma;1，= 70; gamma;2= 0.8。 对于等式 2 T 0 = 1.8MPa; T1，= 0.8; k1，= 115; 并且k 2 = 35。对于等式3，T 02 = 2.5MPa; T 12Phi;st= 500MPa; T 1 2 / T 11 = 0.3。 对于等
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