1  緒論

1.1  引言 
砌塊自保溫材料以其保溫隔熱效果好、輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到大力推廣。通過在骨料中復(fù)合輕質(zhì)骨料或者在孔洞中填插保溫材料等工藝生產(chǎn)而成，所砌筑墻體可以達(dá)到自保溫效果的混凝土小型空心砌塊，稱為自保溫混凝土復(fù)合砌塊，以下簡稱自保溫砌塊。自保溫砌塊具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)過程中可充分利用大量工業(yè)廢渣，取材方便節(jié)能減排；具有混凝土小型空心砌塊抗震性好、施工方便等特點(diǎn)；自重輕，隔熱保溫，且耐火、抗凍性能良好等。但對于自保溫砌塊的研究仍存在很多不足之處，如鋼筋在自保溫混凝土復(fù)合砌塊砌體水平灰縫中的粘結(jié)錨固研究仍缺乏足夠的試驗及理論依據(jù)；自保溫混凝土復(fù)合砌塊砌體與柱連接的錨固要求缺乏足夠的試驗及理論依據(jù)等。這些問題的存在使得自保溫砌塊的推廣使用受到影響。 在此前提下，本文對拉結(jié)鋼筋在自保溫混凝土復(fù)合砌塊砌體水平灰縫中的粘結(jié)錨固性能展開了深入的試驗及理論研究，為自保溫砌塊的推廣應(yīng)用提供試驗背景材料及理論依據(jù)。 
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1.2  自保溫混凝土復(fù)合砌塊砌體研究概況 
自保溫混凝土復(fù)合砌塊砌體是由自保溫砌塊采用專用砂漿砌筑而成，以下簡稱自保溫砌塊砌體，，是最有發(fā)展前途的新型墻體材料之一。自保溫砌塊砌體具有保溫節(jié)能，增加房屋有效使用面積，提高生產(chǎn)率，減輕勞動強(qiáng)度，保持生態(tài)平衡等優(yōu)點(diǎn)。對于南方的夏季隔熱條件及北方的冬季保溫要求都有很好的適應(yīng)性。由于我國常年人多地少、能源緊張的現(xiàn)狀，自保溫混凝土復(fù)合砌塊砌體具有極大的推廣應(yīng)用前景。 在推廣使用自保溫砌塊保溫體系的過程中，人們最關(guān)注的是該體系的保溫節(jié)能效果。保溫節(jié)能效果將極大程度影響到系統(tǒng)的推廣使用�！蹲员鼗炷翉�(fù)合砌塊墻體應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 323-2014  ）4.1.8 規(guī)定[8]，自保溫砌塊砌體的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)符合下表 1.1 的要求。 由表 1.1 可以看出，當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù) EC10、EC15、EC20 導(dǎo)熱系數(shù)均不大于0.20 W/(m·K)，滿足我國對于自保溫材料熱工性能的要求，本試驗選用自保溫砌塊砌體，當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)等級為 EC20。 趙強(qiáng)等學(xué)者對輕型陶粒混凝土空心砌塊的熱工性能及應(yīng)用效果進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，500 級陶�；炷帘绕胀Y(jié)磚材料節(jié)能 30%左右。厚度為190mm 的輕型陶�；炷量招钠鰤K熱阻值遠(yuǎn)大于厚度為 370mm 的普通燒結(jié)磚材料，保溫隔熱性能良好[14]。 王武祥等學(xué)者在節(jié)能復(fù)合砌塊專用保溫砌筑砂漿的研究中，得出輕集料190mm 厚單排孔砌塊通過在孔洞中填充復(fù)合保溫材料等工藝，可以使得其砌筑外墻熱工性能可滿足我國節(jié)能要求[15]。 盧玫裙等學(xué)者在輕集料混凝土空心砌塊熱工性能分析及改善的研究中，對比分析得出，輕集料煤渣混凝土空心砌塊（干密度 1600kg/m3 ，導(dǎo)熱系數(shù)為0.556W/(m·K)）與普通混凝土空心砌塊（干密度 1800kg/m3 ，導(dǎo)熱系數(shù)為0.92W/(m·K)）對比，輕集料煤渣混凝土空心砌塊熱工性能大大優(yōu)于普通混凝土空心砌塊[16]。 
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2  試驗選材力學(xué)性能試驗 

鋼筋的力學(xué)性能及砌體專用砂漿的力學(xué)性能均在鄭州大學(xué)工學(xué)院材料實(shí)驗室測量。根據(jù)試驗內(nèi)容要求及《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003-2011）、《砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ129-90）[39]、《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ/T_98-2010）[40]、《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ-T70-2009）[41]、《金屬材料拉伸試驗》（GB/T 228.1-2010）[42]中有關(guān)設(shè)計條文、要求，設(shè)計試驗方案。 

2.1  試驗選材 
自保溫混凝土復(fù)合砌塊根據(jù)其保溫材料的復(fù)合形式有以下三種類型： 在骨料中復(fù)合輕質(zhì)骨料制成的自保溫混凝土復(fù)合砌塊； 在孔洞中填插保溫材料制成的自保溫混凝土復(fù)合砌塊； 在骨料中復(fù)合輕質(zhì)骨料且在孔洞中填插保溫材料制成的自保溫混凝土復(fù)合砌塊。 本文研究選用在骨料中復(fù)合輕質(zhì)骨料制成的自保溫混凝土復(fù)合砌塊，其強(qiáng)度等級采用 MU5.0，有 390×190×190mm 和 190×190×190mm  兩種規(guī)格。 砌塊專用砂漿試件尺寸為 70.7mm×70.7mm×70.7mm，不同強(qiáng)度等級專用砂漿共計 6 組 18 個試件。 鋼筋采用 HPB300 級鋼筋，各種不同直徑鋼筋預(yù)留 2 根，進(jìn)行強(qiáng)度指標(biāo)測定試驗。試驗分組如表 2.1 所示。 
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2.2  砌體專用砂漿力學(xué)性能測試 

自保溫砌塊采用混凝土砌塊專用砂漿砌筑，砌塊專用砂漿是由水泥、砂、水以及根據(jù)需要摻入的摻和料和外加劑等組分，按照一定比例，采用機(jī)械拌合制成。 本次試驗試件所用砂漿強(qiáng)度等級為 Mb5、Mb10 和 Mb15 三種。每種砂漿強(qiáng)度等級制作 2 組共 6 個試件，1 組 3 個試件進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度測試，另 1 組 3個試件進(jìn)行劈拉強(qiáng)度測試，專用砂漿配合比如下表 2.2 所示。由《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ/T_98-2010）、《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ-T70-2009）及現(xiàn)場具體情況得知，在砂漿強(qiáng)度檢測過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： （1）試模尺寸為 70.7mm × 70.7mm × 70.7mm  的帶底試模，試模的內(nèi)表面應(yīng)機(jī)械加工； （2）采用立方體試件，每組選用 3 個進(jìn)行試驗，試件制作前需在試模外接縫處涂抹密封材料，如黃油等，并在試模內(nèi)涂抹脫模劑或機(jī)油； （3）待表面水分稍干后，將高出試模部分延模頂刮去抹平； （4）試件制作完成后，將其置于室溫（20±5）℃的環(huán)境下靜置（24±2）h。之后對試模進(jìn)行編號、拆模。拆模后立即放入溫度為（20±2）℃及相對濕度為90%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。在試件的養(yǎng)護(hù)期間，試件彼此間隔不應(yīng)小于10mm，并在其上表面做覆蓋處理以防水滴滴入； （5）從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后進(jìn)行試驗，試驗前需將試模表面擦拭干凈，測量尺寸，計算承壓面積，檢查外觀。如實(shí)測尺寸和公稱尺寸相差不超過 1mm，即可按照公稱尺寸進(jìn)行計算.

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3  鋼筋在自保溫砌塊砌體中的粘結(jié)錨固試驗 ........... 11 
3.1  鋼筋在自保溫砌塊砌體中的拉拔試驗 .... 11 
3.2  砌體專用砂漿與鋼筋的粘結(jié)錨固機(jī)理試驗 .... 29 
3.3  本章小結(jié) .... 43 
4  粘結(jié)錨固理論的可靠度分析 .......... 44 
4.1  可靠度與計算方法 .... 44 
4.1.1  可靠度 ......44 
4.1.2  可靠度計算方法 ......44 
4.2  鋼筋在自保溫砌塊砌體水平灰縫中的錨固可靠度計算 ........ 46 
4.2.1  錨固承載力極限狀態(tài)方程 .......46 
4.2.2  統(tǒng)計數(shù)據(jù) ..........47 
4.2.3  可靠度指標(biāo) ......48 
4.2.4  Hasofer-Lind 法求解粘結(jié)錨固長度 ......49 
5  錨固長度的有限元分析 .......... 52 
5.1 有限單元法的概述及基本解法 .......... 52 
5.2 有限單元法求解步驟 .......... 53 
5.3 模型建立 ...... 54 

5  錨固長度的有限元分析 

工程和制造業(yè)如何能夠更加快速的發(fā)展，主要在于產(chǎn)品的創(chuàng)新。計算機(jī)的發(fā)展，大大提高了產(chǎn)品的性能，并且融入到了設(shè)計、開發(fā)、分析、制造各個過程。通過計算機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時或長期的分析檢測過程，稱為計算機(jī)輔助工程，及CAE(Computer Aided Engineering)。該技術(shù)是一門將計算機(jī)科技與產(chǎn)品工藝分析相結(jié)合的新興技術(shù)，它涵蓋了計算數(shù)學(xué)、計算力學(xué)、數(shù)字仿真、結(jié)構(gòu)動力學(xué)與計算機(jī)技術(shù)等多門學(xué)科。隨著計算機(jī)硬件的發(fā)展以及有限元理論的不斷完善，CAE技術(shù)也日趨完善，并逐漸成為了工程師們實(shí)現(xiàn)工程和產(chǎn)品創(chuàng)新的有效工具和得力助手。大型通用的CAE軟件主要有：SAP、ADINA、ANSYS、ABAQUS等。其中有限元軟件ANSYS由于其具有強(qiáng)大的建模能力、求解能力、非線性分析能力、網(wǎng)格劃分能力等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析、熱分析、流體分析、電磁場分析和耦合場分析。為此，本章利用ANSYS有限元分析軟件對本文研究中所涉及到的錨固長度進(jìn)行分析，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比。 

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結(jié)論 

（1）通過36根鋼筋在自保溫砌塊砌體水平灰縫中的拉拔試驗，給出了鋼筋未屈服拔出、鋼筋屈服拔出兩種破壞形態(tài)；得出從開始加載至粘結(jié)破壞的受力全過程；研究豎向正應(yīng)力、鋼筋錨固長度和砂漿強(qiáng)度等級等因素對鋼筋粘結(jié)性能的影響；由6根外貼電阻應(yīng)變片的鋼筋拉拔試驗，得出粘結(jié)應(yīng)力隨鋼筋錨固長度的分布變化，計算求得在自保溫砌塊砌體水平灰縫中，鋼筋的錨固長度不宜小于55d，且其水平彎折段長度不宜小于20d。
（2）通過39根鋼筋在自保溫砌塊中的拉拔試驗，分析砂漿強(qiáng)度等級、鋼筋直徑及其錨固長度等因素對粘結(jié)性能的影響.
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：150085