预埋钢筋和植筋锚固长度的对比分析.pdf

2 0 1 1年 第 4 期 总 第 2 5 8 期 N u mb e r 4 i n 2 0 1 1 T o t a l No 2 5 8 混 凝 土 Co ncr e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOLOGY d o i 1 0 3 9 6 9 is s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 4 0 4 3 预埋钢筋和植筋锚固长度的对比分析 霍艳华 熊进刚 南昌大学 a 科技学院 b 建筑工程学院 江西 南 昌 3 3 0 0 2 9 摘要 基于现行混凝土结构设计规范和混凝土结构加固技术规范中关于普通预埋钢筋和植筋锚固长度的要求 分析了 预埋钢筋和植筋 锚固原理 破坏形态和影响因素 对预埋钢筋和植筋的锚固长度进行了计算分析 结果表明 植筋锚固长度总体低于预埋锚固长度 植筋锚 固长度是预埋锚固长度的 6 0 8 0 混凝 土结构加 固设计规范 中给出的一般构件植筋锚固长度是恰 当的 而悬挑构件和非悬挑重要构 件的植筋深度可能偏小 混凝土结构加固设计规 范 规定 的悬挑构件和非悬 挑重要构件的植筋深度应适 当增大 关键词 植筋 预埋 钢筋 锚 固长度 中图分类号 T U 5 2 8 O 1 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 l1 0 4 0 1 3 6 0 4 Con t r a s t iv e a na ly sis 011 a nchor ag e le ng t h o f pr e e m b ed de d a nd po s t embe dde d ba r HUO Va J l hu a a XI ONG J in g a n g a C o l l e g e o f S ci e n ce a n dT e ch n o l o g y b S ch o o l o f A r ch i t e ct u r a lE n g i n e e ri n g N a n ch a n gU n i v e r s i t y Na n ch a n g 3 3 0 0 2 9 C h i n a Abs t r a ct Ba s e d o n t h e a n cho r a g e le ng t h d e ma n d s o f pr e e mb e d d e d a n d p o s t e mb e d d e d b a r s in t h e cu r r e n t co n cr e s t r u ct u r e d e s ig n co d e a n d s t r e n g t h e n in gco n cr e t e s t r u ct u r eco d e a n ch o r a g e p ri n cip le s f a ilu r e p a a e m an dt h ein fl u e n cef a ct o r s o f p r e e mb e d d e da n dp o s t e m b e d d e db ars a r ean a ly z e d t h e a n c h o r a g e le n g t h of p r e e mbe d d e d an d p o s t e mbe d d e d b a r s is ca lcu la t e d a n d co mp a r e d Re s ult s s h o w t h a t t h e a n c h o r a g e le n g t h of po s t e m b e d d e d b a r s is o ve r a ll be lo w t h a t of p r e e mbe d d e d ba r s a n d h e an cho r a g e le n g t h o f p o s t e mb e d d e d b a r s is 6 0 8 0 o f t h a t o f p r e e mb e d d e d b a r s T he a n ch o r a g e le n gth d e ma n d o f the o r d in a r y co mp o n e n t in t h e cu r r e n t co d e f o r s t r e n g t h e n in g co n cr e t e s t r u ct u r e is a p p r o p ri a t e b u t t h e a n ch o r a g e le n g t h o f the o v e r h u n g co mp o n e n t an d the n o n o v e r h u n g imp o r t a n t co mp o n e n t ma y b e s ma l1 Th e an ch o r a g e le n g t h o f t h e o v e r h u n g co mpo n e n t a n d t h e n o n o v e r h un g imp o r t a n t co mp o n e n t in t h e cu r r e n t co d e f o r s t r e n gth e n in g co n cr e t e s t r u ct u r e s h o u ld b e a p p r o p ri a t e ly in cr e a s e d Ke y wor d s p o s t e mb e d d e d b ar p r e e mb e d d e d b a r an ch o r a g e le n g t h 0 引言 混凝土结构中钢筋能够受力是由于它与混凝土之间的黏 结锚固作用 锚固是混凝土结构受力的基础 如果钢筋的锚固 失效 则结构可能丧失承载能力并由此引发垮塌等灾难性后果 保证钢筋的锚固是混凝土结构设计的重要内容 对于新建钢筋混 凝土构件 钢筋一般是预先埋设绑扎好再浇筑混凝土 现行混 凝土结构设计规范 埘其锚固长度给出了具体规定 对于结构改 造或加固中新老钢筋混凝土构件的连接 植筋是常见的方法和 技术 现行混凝土结构加固技术规范回 对植筋的锚固长度给出 了具体规定 基于现行混凝土结构设计规范和混凝土结构加固技 术规范 对预埋钢筋和植筋的锚固长度进行了对比分析 1 预埋钢筋的锚 固原理和锚 固长度 钢筋与混凝土之间的黏结锚固作用由胶结力 摩擦力 咬 合力及机械锚固等构成 由锚固试验确定的钢筋与混凝土的锚 固强度与许多因素有关 握裹层混凝土的强度 锚固钢筋外形 混凝土保护层厚度 对锚固区混凝土的约束等 2 0世纪 8 0年代 以来 我国对国产钢筋进行了系统的锚固试验 在此基础上用 可靠度校准的方法确定了我国混凝土结构中钢筋的锚 固长度 在最小保护层厚度 最低配箍条件下 受力钢筋锚 固长度 与锚 固 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 2 4 1 3 6 力 的关 系如 图 1 所示 L3 可 以看 出 随锚 固长度 的加 大 锚 固力 增长 到锚固力等于钢筋屈服力 时 相应的锚固长度为临界 锚固长度 这是保证受力钢筋直到屈服也不会发生锚固破坏 的最小长度 钢筋屈服后强化 随锚固长度延长 锚固力还能增大 到锚固力等于钢筋拉断力 时 相应的锚固长度为极限锚固长 度 显然 超过极限锚固长度的锚 固段在锚固力 中将不起作用 混凝土结构设计规范 1l 确定的设计锚固长度应大于临界锚固 长度 而小于极限锚 固长度 在拉拔试验确定锚 固强度的基础 上用非线性有限元分析 可以通过理论计算推导不同强度钢筋 在不同强度等级混凝土中的临界锚固长度和极限锚固长度 然 后通过验证性拉拔试验加以验证 当然还要进行可靠度计算 在一定可靠指标下确定钢筋的锚固长度 F F F 1 图 1 钢筋锚 固长度与锚固力的关系 根据对国产钢筋大量试验研究的结果并结合可靠度分析 以保证锚固受力有必要的可靠度 得出纵向受拉钢筋直线锚固 的基本锚固长度计算公式如下 f 拿 d I 式 1 即为现行 混凝土结构设计规范 规定的预埋钢筋 纵向受拉直线锚 固的基本锚 固长度计算公式 2 植 筋锚 固原理和锚 固长度 与常规 的先放钢筋后 浇混凝土相 比 植筋与混凝土之问的 锚固性 能是通过混凝土与钢筋之 间的结构胶实现 的 植筋胶对 钢筋的锚固作用是利用其自身黏接材料的锚固力 使锚杆与基 材有效地锚 固在一起 产生黏接强度 与机 械咬合力 当植筋达 到一定的锚 固深度后 植入的钢筋就具有很强的抗拔力且基本 没有滑移 从而保证 了锚 固强度和持久的耐力强度 根据试验 分析植 筋锚固破坏 主要有 4种形式 I 4 如 图 2 所示 钢筋拉断 黏结 破坏 锥体破坏 锥 体一 黏结 破坏 图 2植筋锚 固破坏 4种形式 1 钢筋拉 断 这种破 坏形式发生在混凝土和 黏结 胶强度 都较高 而且锚固长度较长时 植筋破坏始于钢筋屈服 有明显 的预兆 这是丁程上希望 的破坏形态 2 黏结破坏 破坏时混凝土和胶层体之间发生滑移 胶层 体包围在钢筋周围随钢筋一起拔出 此破坏形态与植筋胶质量 植筋深度 混凝土强度 钢筋强度等级 钢筋直径及植筋施 T过 程 中钢筋除锈 除污不彻底 植筋孑 L 内未 能充 分排气造成植筋 胶空鼓等有关 黏结强度和植入钢筋的极限抗拉强度相等作为 极限状态 可得植筋最小深度 3 混凝 土锥体破坏 破坏时钢筋周 围的混凝 土呈锥状拉 裂 形成一个锥体 此破坏形态是在植筋深度不够或植筋深度小 于等于最小植筋深度值时 植筋在拉应力作用下 植筋胶与钢 筋 的黏结完好 钢筋强度未达到或刚刚达到屈服 阶段未超过极 限拉应力 混凝土超过其极限拉应力而发生的 植筋胶与钢筋 植筋胶与混凝土的黏结应力以及钢筋的抗拉强度未能充分发 挥 这种破坏形态是最小植筋深度另一确定条件 植入钢筋最小 深度应满足 混凝 土锥 形破坏强度等于植入钢 筋的极限抗拉强 度条件 即钢筋屈服和锥形破坏同时发生 4 锥体一 黏结复合破坏 这种破坏 的特征是在混凝土表面 的钢筋周围发生锥体破坏 锥体以下的锚固段发生滑移破坏 胶 层体随钢筋一起从混凝土 中拔 出 当植筋发 生锥体一 黏结复合 破坏时 其极限抗拔力由两部分组成 一部分是植筋上端锥体部 分承受的拉力 另一部分是植筋下端锚固体与混凝土之间的黏 结力 除 了混凝土强度 锚 固深度 钢筋到混凝 土构件边缘 的距 离等 因素影 响钢 筋的锚固性能外 胶层的性能 胶层的厚度等 因素对锚固性能有重要影响 其锚 固性能较混凝土 中常规锚 固 的钢筋更为复杂 植筋深度应由黏结破坏和混凝土锥形破坏的破坏强度与 钢筋抗拉强度相等的极限状态条件来确定 引入安全可靠度系 数 由黏结条件和混凝土受拉条件确定植入钢筋深度计算公式 混凝土结构加固设计规范 中植筋技术部分对植筋锚固深度的 计算方法为 f d l f 2 f z 2 3 b d 3 锚 固长度的对比分析 按照现行混凝土结构设计规范和混凝土结构加固技术规 范中关于钢筋锚固长度计算公式 计算了多种情形下钢筋的锚 固长度 普通预埋钢筋锚固长度计算参数如下 混凝土强度 C 2 0 C4 0 钢筋 H P B 2 3 5 H R B 3 3 5和 HR B 4 0 0级 钢筋直径 l6 2 8 n l l 1 植 筋锚固长度计算参数如下 混凝土强度 C 2 0 C 4 0 钢筋HP B 2 3 5 HR B3 3 5和 H R B 4 0 0级 钢筋直径 1 6 2 8 mm 混凝土保护层厚 度为 3 0 m n l 箍筋的直径为 8 m lr l或 1 0 I 13 Ill 胶黏剂用 A级胶 植筋间距大于等于 7 d 植筋边距大于等于 3 5 d 限于篇幅 本文 仅列出 1 6 2 0 ml T l两种直径钢筋锚 固长度的对 比 如图 3 5 所示 植筋 1 植筋 2和植筋 3分别指混凝土结构加固技术规范中的 悬挑构件 非悬挑的重要构件和其他构件 5 00 4 0 0 翥 o 0 陌2 00 lO0 O 6 00 5 00 l 4 0 0 量3 o 0 2 0o 1 0 O 0 20 25 3 0 3 5 混 凝土强度 等级 MP a f a 直径d 1 6 mm 混 凝土强度 等级 MP a b 直径d 2 0 mm 图 3 HP B 2 3 5级预埋钢筋与植筋的锚 固长度对比 从图 3可以看出 当为 H P B 2 3 5 级钢筋时 植筋的锚固长 度均低于一般预埋得锚 固长度 具 体为 悬挑 构件 植筋锚固长 度在 C 2 5 混凝土 时稍 低于一般预埋 锚固长度 在 C 3 0 C 4 0混 凝土时为一般预埋锚固长度的O 7 4 0 7 9 非悬挑重要构件植筋 锚固长度均低于一般预埋锚固长度 两者比值约为 0 5 6 0 7 6 一 般构件植筋锚固长度更低于一般预埋锚固长度 两者比值约 为0 5 0 0 6 6 从图 4 5可以看 出 对于 H R B 3 3 5和 H R B 4 0 0级钢筋 当为 C 2 5 混凝土时 悬挑构件植筋锚固长度大于一般预埋锚固长度 其余情形下植筋的锚固长度均低于一般预埋得锚固长度 具体 3 7 吕 吕 业 围 摇 吕 鲁 越 围 襁 混 凝土强 度等级 MP a a 1 直径d 1 6 mm 混 凝土强 度等级 MPa b 直径d 2 0 mm 图 4 HRB 3 3 5级预埋钢筋与植筋的锚 固长度对比 吕 吕 匿 掘 l 000 900 800 g 7 0 0 600 500 400 撂 3 0 0 200 1 00 O 混 凝土强度 等级 MP a a 直 径d 1 6 mm 混 凝 土 强 度 等 级 M P a f b 直径d 2 0 mm 图 5 H RB 4 0 0级预 埋钢筋与植筋的锚固长度对 比 为 悬挑构件植筋锚 固长度在 C 2 5 混凝土时大于一般预埋锚 固 长度 两 者之 比约 为 1 1 在 C 3 0 C 4 0混凝 土时植筋 的锚 固长 度低于一般预埋锚固长度 两者之比约为 0 8 4 4 9 0 非悬挑重 要构件植筋锚固长度均低于一般预埋锚固长度 两者比值约为 0 6 5 0 8 7 一般构件植筋锚固长度更低于一般预埋锚固长度 两者 比值 约为 0 5 6 0 7 6 当植筋间距和边距达不到上述要求 例如植筋间距为 5 d 植筋边距为2 5 d时 其他参数不变 1 6 2 O I n l T l两种直径钢筋 锚 固长度的对 比 如图 6 8 所示 1 38 500 400 主 0 0 击 2 0 0 l00 0 昌 宕 匿 摆 混凝土强度等级 MP a a 直径 1 6 mm 混凝 土强度等 级 MP a b 直径d 2 0 mm 图 6 HP B 2 3 5级预埋钢筋与植筋的锚固长度对比 从图6可以看出 当为 H P B 2 3 5 级钢筋时 对于悬挑构件 植筋 的锚固长度均与一般预埋锚 固长度相当 只在 C 3 0 混凝土 中植筋锚 固长度稍小于一般预埋锚 固长度 非悬挑重要构件植 筋锚固长度均低于一般预埋锚固长度 两者比值约为 0 6 7 4 3 7 6 一 般构件植筋锚固长度也低于一般预埋锚固长度 两者比值约 为 0 5 8 o 6 6 昌 g 回 撂 吕 吕 魁 筐 撂 混凝土 强度等级 MP a a 直 径d 1 6 mm 混凝 土强度等 级 MP a f b 直径d 2 0 mm 图 7 HRB 3 3 5级预埋钢筋与植筋的锚固长度对 比 从 图 7 8 可 以看 出 当为 H R B 3 3 5和 HR B 4 0 0级钢筋时 对于悬挑构件 植筋锚固长度大于一般预埋锚固长度 两者之 比约 为 1 o 1 1 非悬挑重要构件植筋锚 固长度均低于一般预埋 锚固长度 两者比值约为 0 7 6 0 8 7 一般构件植筋锚固长度也 g 吕 匿 担 1 0 00 9 00 8 00 7 00 芝 6 0 0 受 5 o o 陋4 00 掘 3 0 0 2 00 1 00 0 混 凝土强度 等级 MP a a 直径 1 6 mm 混 凝 土 强 度 等 级 MP a f b 直 径d 1 2 mm 图 8 HR B 4 0 0级预埋钢筋与植筋的锚 固长度对比 低于一般预埋锚固长度 两者比值约为0 6 6 0 7 6 4结 语 综合分析上述对比结果 植筋锚固长度总体低于预埋锚固 长度 植筋锚固长度是预埋锚 固长度的 6 0 8 0 特别是对于 C 3 0 C4 0混凝土 的悬挑构件 当植筋 间距 大于 7 d 植筋边距大 于 3 5 d时 植筋锚 固长 度是预埋锚 固长度 的 7 4 9 0 而对 于非悬 挑重要构件 植筋锚 固长度均较 多低于预埋锚 固长度 为预埋锚固长度的5 6 8 7 考虑到植筋锚固性能影响因素 复杂 施 r 过程中钢筋除锈 除污 清灰 排气不到位 以及结构 胶在长期荷载下的蠕变性能 作者认为 对于悬挑构件和非悬 挑重要 构件 植筋 深度应不低于预埋钢筋 直线 锚固长度 对于 一 般构件 植筋锚 固长度可适 当低 于预埋钢筋锚固长度 因此 混凝土结构加 固设计规范 中给 的一般构件植筋锚 固长度是 恰 当的 而悬 挑构件和非悬挑重要构 件的植筋深度可能偏小 作者建议 混凝土结构加固设计规范 规定的悬挑构件和非悬 挑重要构件的植筋深度应适当增大 植筋深度不仅取决于混凝 土强度 和胶的强度 还取绝于结构形式 和使用条件及施工质量 等 对于重要结构构件 生产厂家或植筋公司推荐使用的 1 2 1 5 d 甚至 8 1 0 d植筋深度则更加不可采信 参考文献 1 G B 5 0 0 1 O 一2 o o 2 混凝土结构设计规范 s 2 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 混凝土结构加固设计规范f s 3 中国建筑科学研究院j 昆 凝土结构设计 M 京 中国建筑工业出版 社 2 0 0 3 4 周新刚 王尤选 曲淑英 混凝土植筋锚固极限承载能力分析 J 工程 力学 2 0 0 2 1 9 6 8 2 8 6 5 朱彦鹏 刘辉 王秀丽 等 混凝土结构加固中植筋深度的试验研究阴 兰州理工大学学报 2 0 0 5 3 1 5 1 0 6 1 1 0 作者简介 联 系地址 联 系电话 1 9 7 6 女 讲师 硕士 主要研究领域 混凝土结掏 江西省南 昌市北京东路 3 3 9号 南昌大学科技学院理工部 3 3 0 0 2 9 3 1 3 5 7 6 0 3 O 9 6 2 藿 翟 盈 深 圳混 凝 土 行业 喜迎 大 运 中 集凌 宇专 用 车亮 相 鹏 城 深圳作为华南地区的一颗璀璨明珠 伴随城市建设和经济的高速发展 带动了深圳预拌混凝土市场竞争日趋激