拉结钢筋在自保温砌块砌体水平灰缝中的粘结锚固研究

发布时间：2016-10-23 08:20

1  绪论

1.1  引言 
砌块自保温材料以其保温隔热效果好、轻质高强、节能环保等优点，近年来得到大力推广。通过在骨料中复合轻质骨料或者在孔洞中填插保温材料等工艺生产而成，所砌筑墙体可以达到自保温效果的混凝土小型空心砌块，称为自保温混凝土复合砌块，以下简称自保温砌块。自保温砌块具有下列优点：生产过程中可充分利用大量工业废渣，取材方便节能减排；具有混凝土小型空心砌块抗震性好、施工方便等特点；自重轻，隔热保温，且耐火、抗冻性能良好等。但对于自保温砌块的研究仍存在很多不足之处，如钢筋在自保温混凝土复合砌块砌体水平灰缝中的粘结锚固研究仍缺乏足够的试验及理论依据；自保温混凝土复合砌块砌体与柱连接的锚固要求缺乏足够的试验及理论依据等。这些问题的存在使得自保温砌块的推广使用受到影响。 在此前提下，本文对拉结钢筋在自保温混凝土复合砌块砌体水平灰缝中的粘结锚固性能展开了深入的试验及理论研究，为自保温砌块的推广应用提供试验背景材料及理论依据。 
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1.2  自保温混凝土复合砌块砌体研究概况 
自保温混凝土复合砌块砌体是由自保温砌块采用专用砂浆砌筑而成，以下简称自保温砌块砌体，，是最有发展前途的新型墙体材料之一。自保温砌块砌体具有保温节能，增加房屋有效使用面积，提高生产率，减轻劳动强度，保持生态平衡等优点。对于南方的夏季隔热条件及北方的冬季保温要求都有很好的适应性。由于我国常年人多地少、能源紧张的现状，自保温混凝土复合砌块砌体具有极大的推广应用前景。 在推广使用自保温砌块保温体系的过程中，人们最关注的是该体系的保温节能效果。保温节能效果将极大程度影响到系统的推广使用。《自保温混凝土复合砌块墙体应用技术规程》（JGJ/T 323-2014  ）4.1.8 规定[8]，自保温砌块砌体的当量导热系数应符合下表 1.1 的要求。 由表 1.1 可以看出，当量导热系数 EC10、EC15、EC20 导热系数均不大于0.20 W/(m·K)，满足我国对于自保温材料热工性能的要求，本试验选用自保温砌块砌体，当量导热系数等级为 EC20。 赵强等学者对轻型陶粒混凝土空心砌块的热工性能及应用效果进行了研究。研究结果表明，500 级陶粒混凝土比普通烧结砖材料节能 30%左右。厚度为190mm 的轻型陶粒混凝土空心砌块热阻值远大于厚度为 370mm 的普通烧结砖材料，保温隔热性能良好[14]。 王武祥等学者在节能复合砌块专用保温砌筑砂浆的研究中，得出轻集料190mm 厚单排孔砌块通过在孔洞中填充复合保温材料等工艺，可以使得其砌筑外墙热工性能可满足我国节能要求[15]。 卢玫裙等学者在轻集料混凝土空心砌块热工性能分析及改善的研究中，对比分析得出，轻集料煤渣混凝土空心砌块（干密度 1600kg/m3 ，导热系数为0.556W/(m·K)）与普通混凝土空心砌块（干密度 1800kg/m3 ，导热系数为0.92W/(m·K)）对比，轻集料煤渣混凝土空心砌块热工性能大大优于普通混凝土空心砌块[16]。 
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2  试验选材力学性能试验 

钢筋的力学性能及砌体专用砂浆的力学性能均在郑州大学工学院材料实验室测量。根据试验内容要求及《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）、《砌体基本力学性能试验方法标准》（GBJ129-90）[39]、《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ/T_98-2010）[40]、《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ-T70-2009）[41]、《金属材料拉伸试验》（GB/T 228.1-2010）[42]中有关设计条文、要求，设计试验方案。 

2.1  试验选材 
自保温混凝土复合砌块根据其保温材料的复合形式有以下三种类型： 在骨料中复合轻质骨料制成的自保温混凝土复合砌块； 在孔洞中填插保温材料制成的自保温混凝土复合砌块； 在骨料中复合轻质骨料且在孔洞中填插保温材料制成的自保温混凝土复合砌块。 本文研究选用在骨料中复合轻质骨料制成的自保温混凝土复合砌块，其强度等级采用 MU5.0，有 390×190×190mm 和 190×190×190mm  两种规格。 砌块专用砂浆试件尺寸为 70.7mm×70.7mm×70.7mm，不同强度等级专用砂浆共计 6 组 18 个试件。 钢筋采用 HPB300 级钢筋，各种不同直径钢筋预留 2 根，进行强度指标测定试验。试验分组如表 2.1 所示。 
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2.2  砌体专用砂浆力学性能测试 

自保温砌块采用混凝土砌块专用砂浆砌筑，砌块专用砂浆是由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺和料和外加剂等组分，按照一定比例，采用机械拌合制成。 本次试验试件所用砂浆强度等级为 Mb5、Mb10 和 Mb15 三种。每种砂浆强度等级制作 2 组共 6 个试件，1 组 3 个试件进行立方体抗压强度测试，另 1 组 3个试件进行劈拉强度测试，专用砂浆配合比如下表 2.2 所示。由《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ/T_98-2010）、《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ-T70-2009）及现场具体情况得知，在砂浆强度检测过程中应该注意以下几点： （1）试模尺寸为 70.7mm × 70.7mm × 70.7mm  的带底试模，试模的内表面应机械加工； （2）采用立方体试件，每组选用 3 个进行试验，试件制作前需在试模外接缝处涂抹密封材料，如黄油等，并在试模内涂抹脱模剂或机油； （3）待表面水分稍干后，将高出试模部分延模顶刮去抹平； （4）试件制作完成后，将其置于室温（20±5）℃的环境下静置（24±2）h。之后对试模进行编号、拆模。拆模后立即放入温度为（20±2）℃及相对湿度为90%以上的标准养护室中养护。在试件的养护期间，试件彼此间隔不应小于10mm，并在其上表面做覆盖处理以防水滴滴入； （5）从养护地点取出后进行试验，试验前需将试模表面擦拭干净，测量尺寸，计算承压面积，检查外观。如实测尺寸和公称尺寸相差不超过 1mm，即可按照公称尺寸进行计算.

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3  钢筋在自保温砌块砌体中的粘结锚固试验 ........... 11 
3.1  钢筋在自保温砌块砌体中的拉拔试验 .... 11 
3.2  砌体专用砂浆与钢筋的粘结锚固机理试验 .... 29 
3.3  本章小结 .... 43 
4  粘结锚固理论的可靠度分析 .......... 44 
4.1  可靠度与计算方法 .... 44 
4.1.1  可靠度 ......44 
4.1.2  可靠度计算方法 ......44 
4.2  钢筋在自保温砌块砌体水平灰缝中的锚固可靠度计算 ........ 46 
4.2.1  锚固承载力极限状态方程 .......46 
4.2.2  统计数据 ..........47 
4.2.3  可靠度指标 ......48 
4.2.4  Hasofer-Lind 法求解粘结锚固长度 ......49 
5  锚固长度的有限元分析 .......... 52 
5.1 有限单元法的概述及基本解法 .......... 52 
5.2 有限单元法求解步骤 .......... 53 
5.3 模型建立 ...... 54 

5  锚固长度的有限元分析 

工程和制造业如何能够更加快速的发展，主要在于产品的创新。计算机的发展，大大提高了产品的性能，并且融入到了设计、开发、分析、制造各个过程。通过计算机对产品进行实时或长期的分析检测过程，称为计算机辅助工程，及CAE(Computer Aided Engineering)。该技术是一门将计算机科技与产品工艺分析相结合的新兴技术，它涵盖了计算数学、计算力学、数字仿真、结构动力学与计算机技术等多门学科。随着计算机硬件的发展以及有限元理论的不断完善，CAE技术也日趋完善，并逐渐成为了工程师们实现工程和产品创新的有效工具和得力助手。大型通用的CAE软件主要有：SAP、ADINA、ANSYS、ABAQUS等。其中有限元软件ANSYS由于其具有强大的建模能力、求解能力、非线性分析能力、网格划分能力等特点，被广泛应用于结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析和耦合场分析。为此，本章利用ANSYS有限元分析软件对本文研究中所涉及到的锚固长度进行分析，并与试验结果进行对比。 

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结论 

（1）通过36根钢筋在自保温砌块砌体水平灰缝中的拉拔试验，给出了钢筋未屈服拔出、钢筋屈服拔出两种破坏形态；得出从开始加载至粘结破坏的受力全过程；研究竖向正应力、钢筋锚固长度和砂浆强度等级等因素对钢筋粘结性能的影响；由6根外贴电阻应变片的钢筋拉拔试验，得出粘结应力随钢筋锚固长度的分布变化，计算求得在自保温砌块砌体水平灰缝中，钢筋的锚固长度不宜小于55d，且其水平弯折段长度不宜小于20d。
（2）通过39根钢筋在自保温砌块中的拉拔试验，分析砂浆强度等级、钢筋直径及其锚固长度等因素对粘结性能的影响.
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参考文献(略)

本文编号：150085