HRB500钢筋粘结锚固性能的试验研究
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摘要
HRB500钢筋是指强度标准值为500MPa的热轧带肋钢筋，是我国通过对钢筋成分的微合金化而开发出来的一种强度高、延性好的钢筋新品种。
本文主要进行了HRB500钢筋的材料力学性能及其在混凝土中的粘结锚固性能的研究，以解决其在混凝土中的锚固设计问题。
钢筋的材性试验表明：HRB500钢筋的强度和伸长率不仅符合我国标准，且达到了欧洲规范的要求，适用于抗震结构。在混凝土结构设计中，HRB500级钢筋抗拉屈服强度标准值可取f_(yk)=500N／mm~2，弹性模量E_s=2.1×10~5N／mm~2。
根据72个HRB500粘结锚固试件的拉拔试验，分析了混凝土强度、保护层厚度、锚固长度、配箍率等锚固条件对HRB500钢筋粘结锚固性能的影响，并经统计回归得到了HRB500钢筋在混凝土中的粘结强度计算公式，且与《混凝土结构设计规范》粘结锚固专题研究组提出的月牙纹外形热轧钢筋的极限粘结强度公式的计算结果吻合。
在试验的基础上，通过对现有粘结锚固τ-s本构关系的修订，得到了适用于HRB500钢筋的τ-s本构关系。
通过可靠度分析，提出了HRB500钢筋在混凝土中锚固长度的设计建议，结果表明：HRB500钢筋的设计锚固长度仍可按现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)规定的公式计算。
HRB500 steel bar is a kind of hot-ribbed bar whose characteristic tesile strength is 500MPa. It is a new sort of steel with high strength and good ductility, and it was exploited through alloying drops of other special metals with steel in China.
In this paper, we carried out the research about the mechanical capability, especially the bond-anchorage property in concrete of HRB500 steel bar to solve the problem on the anchorage design of HRB500 steel bar in concrete structures.
The mechanical capability test proves that the stength and the elongation of HRB500 steel bar not only satisfy the requirements in Chinese standard, but also achieve the demands in Eurocode. So it can be used in seismic design structures. And in the design of concrete structure, the value of characteristic tensile yield strength fyk can be set as 500MPa, the value of modulus of elasticity Es can be set as
2.1x105N/mm2.
According to 72 pullout tests, the effects of concrete strength, thickness of concrete cover, anchorage length, and stirrup ratio etc. for the bond-anchorage property have been analysed. By way of experimental statistical regression, the calculating formula of ultimate bond-anchoring strength has been established. The result is in good agreement with what comes from the formula of crescent hot-ribbed bar proposed by the special bond-anchorage research group of Chinese "code for design of concrete structures'.
Based on the above experiments and present τ-s constitutive relationships, the bond-anchorage τ-s constitutive relationship for HRB500 steel bar has been established.
The design of anchoring length through reliability analysis has been proposed. The result shows that the anchoring length for HRB500 steel bar can be designed by the formula in existing "code for design of concrete structures"(GB50010-2002).
本文主要进行了HRB500钢筋的材料力学性能及其在混凝土中的粘结锚固性能的研究，以解决其在混凝土中的锚固设计问题。
钢筋的材性试验表明：HRB500钢筋的强度和伸长率不仅符合我国标准，且达到了欧洲规范的要求，适用于抗震结构。在混凝土结构设计中，HRB500级钢筋抗拉屈服强度标准值可取f_(yk)=500N／mm~2，弹性模量E_s=2.1×10~5N／mm~2。
根据72个HRB500粘结锚固试件的拉拔试验，分析了混凝土强度、保护层厚度、锚固长度、配箍率等锚固条件对HRB500钢筋粘结锚固性能的影响，并经统计回归得到了HRB500钢筋在混凝土中的粘结强度计算公式，且与《混凝土结构设计规范》粘结锚固专题研究组提出的月牙纹外形热轧钢筋的极限粘结强度公式的计算结果吻合。
在试验的基础上，通过对现有粘结锚固τ-s本构关系的修订，得到了适用于HRB500钢筋的τ-s本构关系。
通过可靠度分析，提出了HRB500钢筋在混凝土中锚固长度的设计建议，结果表明：HRB500钢筋的设计锚固长度仍可按现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)规定的公式计算。
HRB500 steel bar is a kind of hot-ribbed bar whose characteristic tesile strength is 500MPa. It is a new sort of steel with high strength and good ductility, and it was exploited through alloying drops of other special metals with steel in China.
In this paper, we carried out the research about the mechanical capability, especially the bond-anchorage property in concrete of HRB500 steel bar to solve the problem on the anchorage design of HRB500 steel bar in concrete structures.
The mechanical capability test proves that the stength and the elongation of HRB500 steel bar not only satisfy the requirements in Chinese standard, but also achieve the demands in Eurocode. So it can be used in seismic design structures. And in the design of concrete structure, the value of characteristic tensile yield strength fyk can be set as 500MPa, the value of modulus of elasticity Es can be set as
2.1x105N/mm2.
According to 72 pullout tests, the effects of concrete strength, thickness of concrete cover, anchorage length, and stirrup ratio etc. for the bond-anchorage property have been analysed. By way of experimental statistical regression, the calculating formula of ultimate bond-anchoring strength has been established. The result is in good agreement with what comes from the formula of crescent hot-ribbed bar proposed by the special bond-anchorage research group of Chinese "code for design of concrete structures'.
Based on the above experiments and present τ-s constitutive relationships, the bond-anchorage τ-s constitutive relationship for HRB500 steel bar has been established.
The design of anchoring length through reliability analysis has been proposed. The result shows that the anchoring length for HRB500 steel bar can be designed by the formula in existing "code for design of concrete structures"(GB50010-2002).
引文
[1] R.Park, T.Pauly. Reinforced Concrete Structures．秦文钺等译．重庆大学出版社，1986
[2] 朱伯龙．混凝土结构设计原理．同济大学出版社，1992
[3] 滕智明．钢筋混凝土基本构件(第二版)．清华大学出版社，1997
[4] 江见鲸．混凝土结构工程学．中国建筑工业出版社，1998
[5] 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用．同济大学出版社，1997
[6] 康清梁．钢筋混凝土有限元分析．中国水利水电出版社，1996
[7] 混凝土结构(一)基本构件．中国建筑工业出版社，1993
[8] 李清富等．工程结构可靠性原理．黄河水利出版社，1999
[9] 张新培．建筑结构可靠度分析与设计．科学出版社，2001
[10] 过镇海．钢筋混凝土结构原理．清华大学出版社，1995
[11] 王传智，滕智明．钢筋混凝土结构理论．中国建筑工业出版社，1985
[12] 赵国藩，金伟良，贡金鑫．结构可靠度理论．中国建筑工业出版社，2000
[13] 混凝土结构设计规范(GB50010—2002)．北京：中国建筑工业出版社，2003
[14] 混凝土结构试验方法标准(GB50152—92)．北京：中国建筑工业出版社，1992
[15] 建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068—2001)．北京：中国建筑工业出版社，2001
[16] 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋(GB1499—1998)．北京：中国标准出版社，2000
[17] 金属拉伸试验方法(GB228—87)．北京：中国标准出版社，1987
[18] 徐有邻．我国混凝土结构用钢筋的现状和发展．土木工程学报，1999，10
[19] 徐有邻．现行混凝土结构用钢筋的主要参数．混凝土，2000，5
[20] 徐有邻．钢筋产品换代设计面临选择．混凝土，2000，5
[21] 徐有邻，谢志峰．混凝土结构用钢筋优化的建议．工业建筑，1999，29(10)
[22] 高向玲，李杰．钢筋混凝土粘结锚固的研究进展．结构工程师，2001(2)
[23] 李方元，赵人达．不同混凝土基体与变形钢筋的粘结滑移特性．工业建筑．
2002，32 (10)
[24] 郑晓燕等．动荷载下钢筋与混凝土粘结锚固试验研究．混凝土与水泥制品，2002，6
[25] 薛伟辰等．环氧涂层钢筋粘结强度的试验研究．工业建筑，1999，29(7)
[26] 张鹏．环氧树脂钢筋的粘结锚固性能．水运工程，2002，9
[27] 茅卫兵，章定国．钢筋新型代用材料FRP筋粘结锚固性能试验研究．河海大学学报，2000，28(5)
[28] 李佩勋等．冷轧带肋钢筋(1200MPa)粘结锚固性能试验研究．建筑结构，1999，9
[29] 欧阳东．高强和超高强混凝土钢筋粘结强度的研究．广东土木与建筑，2003，5
[30] 李方元，赵人达．C80高强混凝土与变形钢筋的粘结滑移试验．同济大学学报，2003，6
[31] 张钧林．再论冷轧扭钢筋的锚固性能．混凝土与水泥制品，1998，4
[32] 管品武等．冷轧扭钢筋粘结锚固性能的试验研究．郑州工业大学学报，1997，3
[33] 张会斌．冷拔螺旋肋钢筋粘结锚固性能试验研究．建筑结构，2002，6
[34] 黄双华，赵世春．冷拔螺旋钢筋粘结锚固性能试验研究．混凝土与水泥制品，2001，5
[35] 田稳苓．钢纤维膨胀混凝土与钢筋粘结性能研究．工业建筑，1999，29(7)
[36] 张伟平，张誉．锈胀开裂后钢筋混凝土粘结滑移本构关系研究．土木工程学报，2001，10
[37] 金伟良，赵羽习．随不同位置变化的钢筋与混凝土的粘结本构关系．浙江大学学报(工学版)，2002，36(1)
[38] 赵羽习，金伟良．钢筋混凝土粘结本构关系的试验研究．建筑结构学报，2002，23(1)
[39] 宋玉普，赵国藩．钢筋与混凝土间粘结应力—滑移关系的应力变分模型．大连理工大学学报，1994，2
[40] 洪小建，张誉．粘结滑移试验中的粘结应力的拟合方法．结构工程师2000(3)，
[41] 徐有邻．钢筋锚固与连接设计合理化的建议．建筑结构，1997，12
[42] 徐有邻．并筋粘结锚固性能的试验研究．建筑结构，1996，5
[43] Liu Li-xin, LAW Kwok-sang. Study on Anchorage Properties of Bundled Bars in Reinforced Concrete Beams．郑州工业大学学报，2001，22(3)
[44] 徐有邻．各类钢筋粘结锚固性能的分析比较．福州大学学报(自然科学版)，1996，9
[45] 邵卓民，沈文都，徐有邻．钢筋混凝土的锚固可靠度及锚固设计．建筑结构，1987，4
[46] 粘结锚固专题研究组．钢筋混凝土粘结锚固的研究及设计建议．建筑结构．1986，4
[47] 《钢筋混凝土结构设计规范》修订组．钢筋的锚固长度．建筑结构，1984，2
[48] 徐有邻．变形钢筋—混凝土粘结锚固性能的试验研究：[博士学位论文]，1990
[49] 管品武．冷轧扭钢筋材性与粘结锚固性能试验研究：[硕士学位论文]，1997
[50] 张达勇．我国混凝土结构用钢筋(丝)力学性能的分析与比较：[硕士学位论文]，2000
[51] 刘立新．HRB500钢筋混凝土构件性能的试验研究(研究报告)．2003，6
[52] Jonas Magnusson. Bond and Anchorage of Ribbed Bars in High-Strength Concrete: [PhD], 2000
[53] J.A. Osunade. The influence of coarse aggregate and reinforcement on the anchorage bond strength of laterized concrete. Building and Environment, 37(2002) 727-732
[54] O.A.Kayyali and S.R.Yeomans. Bond and slip of coated reinforcement in concrete. Construction and Building Materials, Vol.9, No.4, pp.219-226, 1995
[55] Abdullah A.Almusallam, Ahmad S.Al-Gahtani, etc. Effect of reinforcement corrosion on bond strength. Cionstruetion and Building Materials. Vol. 10, No.2, pp.123-129, 1996
[56] Jun Guo, James V.Cox. Implementation of a plasticity bond model for reinforced concrete. Computersand Structures 77(2000) 65-82
[57] Thakur, Mohindra Singh. Finite element analysis for material degradation on bond properities of FRP bars inconcrete. [PhD], 2002
[2] 朱伯龙．混凝土结构设计原理．同济大学出版社，1992
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[38] 赵羽习，金伟良．钢筋混凝土粘结本构关系的试验研究．建筑结构学报，2002，23(1)
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[47] 《钢筋混凝土结构设计规范》修订组．钢筋的锚固长度．建筑结构，1984，2
[48] 徐有邻．变形钢筋—混凝土粘结锚固性能的试验研究：[博士学位论文]，1990
[49] 管品武．冷轧扭钢筋材性与粘结锚固性能试验研究：[硕士学位论文]，1997
[50] 张达勇．我国混凝土结构用钢筋(丝)力学性能的分析与比较：[硕士学位论文]，2000
[51] 刘立新．HRB500钢筋混凝土构件性能的试验研究(研究报告)．2003，6
[52] Jonas Magnusson. Bond and Anchorage of Ribbed Bars in High-Strength Concrete: [PhD], 2000
[53] J.A. Osunade. The influence of coarse aggregate and reinforcement on the anchorage bond strength of laterized concrete. Building and Environment, 37(2002) 727-732
[54] O.A.Kayyali and S.R.Yeomans. Bond and slip of coated reinforcement in concrete. Construction and Building Materials, Vol.9, No.4, pp.219-226, 1995
[55] Abdullah A.Almusallam, Ahmad S.Al-Gahtani, etc. Effect of reinforcement corrosion on bond strength. Cionstruetion and Building Materials. Vol. 10, No.2, pp.123-129, 1996
[56] Jun Guo, James V.Cox. Implementation of a plasticity bond model for reinforced concrete. Computersand Structures 77(2000) 65-82
[57] Thakur, Mohindra Singh. Finite element analysis for material degradation on bond properities of FRP bars inconcrete. [PhD], 2002