基于钢筋握裹力的水泥路面纵缝形式研究

王占锋，李晶晶,2

(1.陕西交通职业技术学院 公路工程系，西安 710018； 2.长安大学 公路学院，西安 710064)



基于钢筋握裹力的水泥路面纵缝形式研究

王占锋1，李晶晶1,2

(1.陕西交通职业技术学院 公路工程系，西安 710018； 2.长安大学 公路学院，西安 710064)

通过对16组水泥混凝土标准试件进行拉拔试验，研究拉杆长度和拉杆直径对握裹力的影响.结果表明，所有试件的破坏形式均为拉出破坏；随着拉杆锚固在混凝土中长度的增加，混凝土对拉杆的握裹力逐渐增大，增幅为5%～16%；随着拉杆直径的增加，握裹力强度的增长先快后慢，增幅为36%～51%.因此，在工程应用中，要综合考虑握裹力和经济性来选择合适的拉杆长度和拉杆直径.

道路工程；水泥混凝土路面；纵向接缝；握裹力；拉杆

接缝是水泥混凝土路面的重要组成部分，也是最容易出现冲刷、脱空、唧泥、错台、断板等病害的部位[1].因此，接缝是水泥混凝土路面结构的最薄弱环节，国内外道路工作者对接缝传荷能力进行了大量的研究工作[2-3]，主要集中在研究接缝传荷能力的评价方法和通过试验研究接缝传荷能力的定量指标两个方面，但基本上研究的均是横向接缝，对于纵缝传荷性能研究甚少.李晶晶等人通过弯曲疲劳试验[3]，研究不同板厚、拉杆长度和拉杆直径等条件下水泥混凝土路面纵缝拉杆传荷能力，我国现行的水泥路面设计规范也没有考虑拉杆的实际受荷特性及其传荷性能，在实际路面的受力中纵缝拉杆的传荷性能也不能忽视.握裹力是纵缝拉杆与混凝土得以共同工作的基础[4-6]，更在传荷能力方面发挥了重要作用.因此，有必要对基于钢筋握裹力的水泥路面纵缝形式进行研究，找出其变化规律，为水泥路面设计提供一定的参考.

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥采用陕西耀县秦岭425号水泥，细骨料选用天然中砂，级配合格，天然粗骨料选用最大粒径为31.5 mm的碎石，水采用饮用自来水，拉杆材质选用HRB355螺纹钢，各项性能指标均符合要求.

1.2 试验方法

试验中成型试件尺寸(X×Y×Z)为150 mm×150 mm×550 mm，拉杆钢筋选用直径为12、14、16和18 mm 4种尺寸的HRB355螺纹钢，长度选为600、700、800和900 mm 4种情况，每种工况成型6个试件，成型前，钢筋用钢丝刷刷净，并用丙酮擦试，确保钢筋表面不存在锈屑和油污，钢筋埋置在试件的正中，水平钢筋轴线距离模底75 mm，埋置长度为选用钢筋长度的一半，埋入的一端恰好嵌入模壁，予以固定，另一端由模壁伸出，作为加力之用.所有试件浇筑完成24 h后，进行编号和拆模工作.在标准养护条件下养护28 d进行试验.

试验参照《水工混凝土试验规程(SL 352-2006)》中4.9“混凝土与钢筋握裹力试验”中相关规定[6]，但在具体操作中根据试验目的稍作修改，以便更符合拉杆的工作状态.测定试验在MTS万能材料试验机上进行，如图1所示.

1.上球铰；2.上端钢板；3.钢杆；4.千分表；5.试件；6.垫板；7.夹持架；8.下球铰；9.下端钢板；10.埋入试件的钢筋图1 试验装置示意图

具体试验步骤为：(1)将养护28 d的试件安装在万能试验机上的试验夹具中，并使试件中钢筋夹紧；(2)在试件上安装千分表，使千分表杆尖端垂直朝下，与略伸出混凝土试件表面的钢筋顶面相接触；(3)加荷前检查千分表量杆与钢筋顶面接触是否良好；(4)记下千分表的初始读数后，开动万能试验机开始试验，加载速度为400 N/s，每加载2 000 kN记录对应当千分表读数，将此读数与初始读数作差即得到该荷载作用下的滑动变形量，进而计算钢筋的握裹强度.钢筋的握裹强度可按下式计算：

(1)

式中：τ为握裹强度，MPa；P为荷载峰值，kN；d为钢筋直径，mm；l为钢筋的有效锚固长度，mm.

2 基于钢筋握裹力的纵缝试验结果与分析

2.1 破坏过程分析

通过对16种工况的试件进行试验发现，全部试件的破坏形式均为拉出破坏.试验开始时，试件的表面完好，没有发现裂缝.当荷载增加到极限拉拔力30%时，试件的表面开始出现第一条纵向裂缝，临界纵向裂缝.随着拉拔力的继续增加，裂缝越来越多，出现一条临界纵向接缝，并逐渐变宽和变长.当拉拔力达到最大值后，临界纵向接缝变化更加迅速，最终钢筋被拔出，试件宣告破坏.

2.2 试验结果与分析

具体试验数据见表1.

2.2.1 拉杆长度对握裹力的影响

对4种不同拉杆直径和拉杆长度的16组试件进行试验测定相关的握裹力，结果见图2.分析可知：当拉杆直径为12 mm时，拉杆长度分别为600、700、800和900 mm时，对应的握裹力强度为3.36、3.42、3.49和3.53 MPa；当拉杆直径为14 mm时，拉杆长度分别为600、700、800和900 mm时，对应的握裹力强度为3.48、3.53、3.59和3.76 MPa；当拉杆直径为16 mm时，拉杆长度分别为600、700、800和900 mm时，对应的握裹力强度为4.18、4.32、4.45和4.70 MPa；当拉杆直径为18 mm时，拉杆长度分别为600、700、800和900 mm时，对应的握裹力强度为4.59、4.99、5.19和5.31 MPa.表明当拉杆直径一定时，随着拉杆长度(拉杆锚固在混凝土中的长度)的增加，混凝土对拉杆的握裹力逐渐增大.拉杆直径为12 mm时，增幅约为5%；拉杆直径为14 mm时，增幅约为8%；拉杆直径为16 mm时，增幅约为12%；拉杆直径为18 mm时，增幅约为16%.

表1 不同直径、长度拉杆的握裹力强度

2.2.2 拉杆直径对握裹力的影响

对16组试件进行试验测定相关的握裹力，结果见图3.分析可知：当拉杆长度为600 mm时，拉杆直径分别为12、14、16和18 mm时，握裹力强度分别为3.36、3.48、4.18和4.59 MPa；当拉杆长度为700 mm时，拉杆直径分别为12、14、16和18 mm时，握裹力强度分别为3.42、3.53、4.32和4.99 MPa；当拉杆长度为800 mm时，拉杆直径分别为12、14、16和18 mm时，握裹力强度分别为3.49、3.59、4.45和5.19 MPa；当拉杆长度为900 mm时，拉杆直径分别为12、14、16和18 mm时，握裹力强度分别为3.53、3.76、4.70和5.31 MPa.表明当拉杆长度一定时，随着拉杆直径的增加，握裹力强度的增长先快后慢.当拉杆长度为600 mm时，增幅为36%；当拉杆长度为700 mm时，增幅为46%；当拉杆长度为800 mm时，增幅为49%；当拉杆长度为900 mm时，增幅为51%.因此，在工程应用中，选用拉杆长度和拉杆直径时，应综合考虑握裹力和经济性，不能一味追求高长度和大直径的拉杆.

图2 拉杆长度对握裹力的影响

图3 拉杆直径对握裹力的影响

3 结语

混凝土的钢筋握裹力随着拉杆直径和拉杆长度的增加而增大，拉杆长度的增幅为5%～16%，拉杆直径的增幅为36%～51%，这表明拉杆直径对握裹力的影响较拉杆长度要大.因此，在选用拉杆长度和拉杆直径时，应先选择合适的拉杆直径，再选择拉杆长度，从而使拉杆具有优良的握裹力和传荷能力.

[1] 中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2011)[S].北京:人民交通出版社,2011.

[2] 张怀志.普通水泥路面传力杆及拉杆研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2007.

[3] 李晶晶,张擎.水泥混凝土路面纵缝拉杆传荷试验研究[J].郑州大学学报(工学版),2006,36(6):119-122.

[4] 周万良,周士琼,李益进，等.水胶比、超细粉煤灰掺量对高性能混凝土钢筋握裹力的影响[J].混凝土与水泥制品,2003(2):12-15.

[5] 孟志良,孙建恒,白永兵，等.芯柱自密实混凝土与钢筋握裹强度的试验研究[J].混凝土,2008(4):12-16.

[6] 中华人民共和国水利部.水工混凝土试验规程(SL 352-2006)[S].北京:中国水利水电出版社,2006.

[责任编辑 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

浙江省交通运输厅科研计划项目(2014H38)；陕西省教育科学十二五规划项目(SGH140930)

王占锋(1982—)，男，陕西杨陵人，陕西交通职业技术学院公路工程系讲师，主要从事结构工程研究.

U416.21

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