新老混凝土界面抗剪强度研究现状综述

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发布时间：2021-09-03

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新老混凝土界面抗剪强度研究现状综述
刘杰。陈娟娟
(三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002)
摘要：新老混凝土界面抗剪强度是衡量界面黏结质量的关键因素，准确的计算抗剪强度是保证界面安全的前提。介绍了近几
十年内国内外新老混凝土界面抗剪强度计算公式的研究状况，其中，主要分线性表达式和非线性表达式两类介绍了国外的研究
状况。同时，对国内外规范中的计算公式进行了对比分析，指出了它们之间的差异。最后，指出了值得进一步深入研究的几个问
题，这对于新老混凝土界面抗剪强度的研究具有一定的参考价值。
关键词：新老混凝土；界面；抗剪强度
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)01—0062—06
State of the art review on shear stmngth of interface between new and old concrete
乙3 记．CI-~NJuanjuan
(CoHege of Civil Engineering and Architecture，China Three Gorges University，Yichang 443002，China)
Abstract：Shear strength of interface between new and old concrete is a critical factorto measure bond quality ofinterface，andthe security
of interface is mainly based on the calculation accuracy of shear strength．It presents a literature review on design expressions for
shear strength of interface betw een new an d old concrete in the last dec ades，and the abroad research situation was mainly introduced by
divided into tw o categories，namely linear expressions an d nonlinear expressions．M eanwhile，comparative an alysis was conducted among
design expressions in codes at home an d abroad an d the differences am ong them were presented．Finally，some problems on further re—
search in this area were also pointed out．Tllis nd of study may be served as the reference of shear strength ofinterface betw en new
and old concrete．
Key WOrds：new and old concrete；interface；shear strength
0 引言
随着经济的迅速发展，我国建筑业处于新建与维修改
造并重的特殊时期。一方面，国家投入大量资金进行土木
水利工程的建设，其中混凝土结构为主要类型；另一方面，
在长期的使用过程中，外界自然环境、超载、设计不合理等
因素造成混凝土结构不同程度的损伤，威胁到结构的使用
功能、耐久性甚至安全性，这种情况下需要对结构进行补
强加固。不论对于新建的混凝土结构还是需要补强加固的
老混凝土结构，都可能会涉及到新老混凝土的黏结问题，
主要集中体现在以下几个方面：
(1)预制构件与现浇构件的黏结问题。例如，在公路
桥梁领域，预制预应力混凝土(简称PC)空心板与现浇铰
缝的黏结问题以及混凝土组合梁中预制PC主梁与现浇桥
面板的黏结问题等都属于此类问题。现阶段，我国高速
公路中广泛采用的预制PC空心板桥在运营若干年后，铰
缝的病害成为了此类桥的主要病害之一_2 J。
(2)现存构件与维修或加固层间的黏结问题。例如，
在公路桥梁领域，混凝土梁桥的增大截面加固法以及机
收稿日期：2014-07-18
基金项目：三峡大学科学基金资助项目(KJ2013B047)
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场跑道、道路路面等大面积混凝土改扩建或修补加固中的
新老混凝土黏结问题，都属于此类问题。在世界范围内，对
损坏的混凝土结构进行维修加固已经受到人们足够的
重视一。
(3)同一构件不同时间浇筑部分间的黏结问题。例
如，在公路桥梁和水利工程领域，大跨悬臂浇筑PC箱梁先
浇梁段与后浇梁段间的黏结问题以及大坝混凝土分层浇
筑的施工缝问题，都属于此类问题。
众所周知，剪力的传递是新老混凝土之间传力的主要
形式，界面抗剪强度大小是衡量新老混凝土黏结好坏的关
键因素，因此，以上新老混凝土的黏结问题主要表现为新
老混凝土界面抗剪问题。所以，新老混凝土界面抗剪强度
研究在土木水力工程领域中具有重大的工程应用价值。本
文基于国内外的研究成果，对新老混凝土界面抗剪强度研
究现状进行综合论述。
1 国外研究现状
国外对于新老混凝土界面抗剪强度的研究由来已久。
Anderson川(1960)根据抗剪推出式试件试验结果，首先提
出了新老混凝土界面抗剪强度计算公式。其后，Birkeland
和Birkeland (1966)与Birkeland (1968)提出的两类界面
抗剪强度计算公式对后续的研究产生了深远的影响。
Birkeland和Birkeland (1966)首次提出了新老混凝
土界面的摩擦抗剪理论(shear—friction theory)，该理论在
众多研究中影响最为深远，至今仍然被各个混凝土规
范 ¨ 作为基础理论采纳，由此反映了摩擦抗剪理论在
新老混凝土界面抗剪强度计算中的主导地位。摩擦抗剪机
理示意见图1，在剪力作用下，当新老混凝土产生相对剪
切滑移(A)时，由于界面粗糙度的影响，界面会相应张开
一定的宽度(∞)，界面的张开会使得穿过界面的抗剪钢筋
受拉，钢筋受拉后反过来在界面上产生加紧力(clamping
force)，加紧力通过摩擦力的形式来抵抗外剪力。Birkeland
和Birkeland (1966)假定界面简化为角度为的锯齿
(sawtooth)形状，提出了以下的摩擦抗剪方程
=A f厂v tan =A f加或V = P (1)
式中： ——界面抗剪承载力；
v ——界面抗剪强度；
A ——抗剪钢筋面积；
— — 抗剪钢筋屈服强度；
— — 界面摩擦系数， =tan ；
p——抗剪钢筋配筋率。
来计算新老混凝土界面的抗剪强度
V =2．78 (2)
将式(1)、(2)分别归类为关于p，v的线性表达式与非
线性表达式，将现有研究成果以此为依据分为两类，下面
分别进行介绍。
_Iiav r —
图1 厣擦抗剪机理示意图
1．1 关于的线性表达式
在Birkeland和Birkeland (1966)之后，众多学者在
此基础上提出了新老混凝土界面抗剪强度计算的线性
表达式，具有代表性的有：Mattock等 (1972)、Ma ttock
(1988) ]、Valluvan等[17 3(1999)、Mattock c (2001)、Patnaik[
(2001)、Kahn等 ∞ (2002)、Papanicolaou等
(2002)、Mansur等 (2008)和Santos等圳(2010)，具
体计算式见表1，表中各参数含义为：v 为界面抗剪强度；
为由外力引起的界面正应力；为混凝土圆柱体单轴抗
压强度；为界面摩擦系数；p为抗剪钢筋配筋率；为抗
Birkeland (1968)首次提出了以下的非线性表达式剪钢筋屈服强度。
表1 新老混凝土界面抗剪强度线性计算式
由表1可知，新老混凝土界面抗剪强度线性计算式可
以统一表达为：
-p =r Dh+ ( + ) (3)
式中：~'coh——界面黏聚力或咬合力，其取值分为三种情
况：零值、固定非零值或其他参数的函数；
摩擦系数的其取值分为两种情况：固定值、界面粗
糙度的函数。
1．2 关于的非线性表达式
在Birkelandu9 (1968)后，众多学者在此基础上提出了
新老混凝土界面抗剪强度计算的非线性表达式，具有代表性
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的有：Raths (1977)、Shaikh 26 (1978)、Loov (1978)、
Walraven等矧(1987)、Lin等凹 (1989)、Patnaik 。 (1992)、
Loov等 ∞ (1994)、Mattock (1994)、Randl (1997)、Ali
各参数含义与表1相同。其中，Loov (1978)首次考虑了
混凝土强度，c对v 的影响；Randl (1997)首次将1，分成
黏聚力(cohesion)、摩擦力(friction