结构胶植筋锚固可靠度分析及设计建议.pdf

年第期 深 圳 职 业 技 术 学 院 学 报 结构胶植筋锚固可靠度分析及设计建议 欧 阳坚 深圳职业技术学院 广东 深圳 摘要混凝土结构的粘结锚 固问题 不仅在工程实践上很重要如钢筋的锚 固 搭接和细部构造 而 且在理论上也具有重要意义在承载能力和使用极限状态下 钢筋强度能否得到利用取决于粘结的有效程度 近年来有关地震灾害的调查表明 强震下很多混凝土结构毁于粘结锚固破坏本文由可靠度分析求得了具有一 定可靠度的建筑结构胶植筋锚 固长度 并在此基础上提出了与 混凝土结构设计规范 相一致的 采用计算确 定结构胶植筋锚固长度的设计方法 可供工程设计参考 关键词可靠度锚固长度结构胶植筋 中图分类号文献标识码文章编号一一一 锚固设计主要解决两方面的问题一方面是 如何考虑材料固有的性能 使粘结滑移的力学分 析 日趋完善另一方面是如何合理地选择影响锚 固安全的参数 如荷载值 材料强度值以及安全 系数等如何在结构的可靠性与经济性之间选择 一种最佳的平衡 力求以最经济的途径使所建造 的结构以适当的可靠度满足各种预定的功能要求 是结构设计要解决的根本问题 以概率论为基础 的可靠性理论极限状态设 计法得到发展 它引入结构可靠度的概念 用概 率来描述结构可靠性的问题 这就使复杂的可靠 性 问题变成一个可 以用数学方法近似处理的问 题 从而有了比较科学的分析和解决的方法 极限状态方程和统计资料 锚固承载力极限状态方程 锚固于建筑结构胶中的钢筋 在拉拔力作 用下可能因钢筋屈服而失效 也可能发生锚固破 坏在某一特定的锚固长度临界锚固长度 几 下 锚固力可等于屈服力 锚固破坏与钢筋屈服 将同时发生 这个状态称为锚固承载力极限状态 见图 根据平衡条件 有如下关系式 只一 邵 几 极限拉拔力也可以钢筋屈服强度石表达 兀 一 二 代入式即得锚固承载力极限状态方程如 二人 式中 为平均极限粘结锚固强度 式可改写为以下更通用的形式 式中 为锚固抗力 与锚固长度和粘结锚固强度 有关为结构或构件中因作用引起的效应 即对 锚固钢筋的拉拔力 统计资料 有关钢筋 几何尺寸的数据来 自全国性的统计 尸 马 刃刁 乙 极限段 丸 态 了 锚固力 图锚 固承载力极限状态 收稿 日期一 一 作者简介欧阳坚一 男 江西人 高级工程师 博士 主要研究方向为混凝土结构抗震及加固改造 第期欧阳坚结构胶植筋锚固可靠度分析及设计建议 参数 建筑结构胶的粘结强度及计算模式的 准确性由本文试件试验数据统计所得 钢筋的屈服强度 为与现行设计规范协调 取规范规定的钢筋 强度标准值瓜及得自 统计的变异系数 凡产 按保证率原则反演求得级月牙纹钢筋屈服 强度平均值 固力小于屈服力事件同时发生的概率 可表达为 氏 氏二 寿 几 二 几 氏寿卜 巧 马 由统一标准知 钢筋应力达到最大值抓 的可靠 指标 刀一 相应 允许概 率护 故可求得粘结锚固应力达到极限 事 件的允许概率为 产方 一应 一 几 建筑结构胶的粘结强度 二 互 一 一 口一 根据文献 以及本文试验的结果 当 锚固钢筋为直径的级钢时 取结构胶 的极限粘结强度的平均值 夕 变异系数 占 构件几何尺寸偏差统计参数列于表中 表构件几何尺寸偏差统计参数 项 目锚固长度比钢筋直径比沪心 平均值 夕 变异系数 占 注有上标者表示实测值 无上标者表示计算值 计算模式的准确性 计算模式的 准确性 讨 即 实 测 值 与试验回归统计计算值 的比值 由试验 资料统计得为平均值 声卿 变异系数 占御 可靠度指标和可靠度分析 可靠度指标 以钢筋受力端应力及钢筋与结构胶 的粘结 应力同时达到最大的粘结极限状态作为分析粘结 锚固可靠度的基础见图 考虑到锚固可靠性对结构正常发挥其功能具 有重要的意义 故其设计可靠度取值宜高于结构 构件一般承载能力或正常使用极限状态设计时的 设计可靠度取值 干对于安全等级为二级的结构 构件 取锚固承载力可靠度指标为刀 一 相应失效概率 办 科一 对于正常的设计 锚固破坏不应先于受力钢 筋达到屈服强度所以 在极限情况下 锚固失 效概率应是钢筋应力超过屈服强度事件与锚 相应可靠度指标 刀式中忽略了钢筋应 力未超过屈服强度而先行发生锚固破坏的小概率部 分在正常的设计和施工情况下 这实际是不可能 发生的事件 可靠度分析 本文采用一次二阶矩法中的中心点 法 将结构功能函数 吞 几 二 弋在 中心点 幻 夕 二 展开成泰勒级数 并只 取到一次项对结构的功能函数进行线性化处理 这 是一种近似的方法 视极限状态方程中与均为服从对数 正态分布的综合变量 可将问题归结为通过一个方 程式求解一个未知数一锚固长度 厅现就拉拔力 作用下的锚固问题分析如下 效应的特征参数 由公式 得效应的平均值 夕乒 夕 方 变 异系数 占 行 际 杭力的特征参数和分布类型 抗力的一般表达式为 几 式中 风 为反映 计算公式准确性的系数 凡为 按 给定公式计算所得的抗力 为抗力函数 前面已给出了各有关随机变量的统计参数 抗 力为这些随机变量的函数 可由己知随机变量的 统计参数求出随机变量函数的统计参数 平均值 声 称 二户 产 产 方差 丝日 口 息 一 否 矿 二 口 异 深圳职业技术学院学报 第卷 变异系数 占 口 声 式中戈表示函数 的有关随机 变量 下标 夕表示偏导数中随机变 量均以各 自平均值赋值 根据粘结锚固强度公式 极限状态方程 及抗力表达式 有 尺一 姐 刃 一 一 们 此 乃 一刀一 几 不 式中 五 此 一礴 不公 由公式一及表 可先求出了 和 的统计参数 由式 得 声 孟 己 占 由式 得 代入相应的统计参数为 一一一 一 刀掣肇肇掣华尽些单 一 甘一一冰 一一 矛一 一 一 一 一一 以不同的钢筋直径代入上式 即可得到在一定 可靠度下各种直径钢筋锚固长度的近似计算值如表 所示 需要说明的是 以上锚固长度的计算结果是在 满足一定条件下才适用的 即本文所进行的建筑结 构胶植筋粘结锚固性能试验研究 其 目的主要是为 解决加层改造中加层柱柱筋的种植问题 因此混凝 土的强度等级一般不小于 并按最小配箍率配 有横向钢筋 锚固钢筋为级变形钢筋此外建筑 结构胶的品种 胶层的厚度对锚固长度的确定有很 大 的 影 响 本 文 计 算 时 采 用 的 胶 种 是 胶层厚度是按其施工手册确定的对于其 他胶种必须另做试验 以确定粘结极限强度 钢筋 直径的影响以及粘结滑移本构关系等 但本文所采 用的研究方法是具有普遍性的 表常用的各种直径的级变形钢筋的锚固长度 钢筋直径 一 锚固长度 可得抗力的统计参数如下 平均值 产 内 从 刀 线 一 一一 变异系数 占一 了 峪 乏 且 柔 一一 勺艺 一一一 峪 综合随机变量 均可认为服从对数正态 分布 故可靠度指标表达式为 设计建议 为适应计算机用于设计 参考各国锚固设计的 变化趋势 并与我国 混凝土结构设计规范 相 协调 本文建议建筑结构胶的植筋锚固长度采用计 算的方法来确定 并反映不同锚固条件的影响 基本锚固长度 采用建筑结构胶植筋的受拉钢筋的基本锚 固 长度按下式计算 耘弓凡 以 一 瓜 下六扩 由此可得出计算锚固长度的方程式为 刀一 一 几 杯弃可一 一 立 式中 石为钢筋的设计强度丁 为 直径为 的级变形钢筋当锚固长度为们时测得的建 筑结构胶极限粘结强度为钢筋直径口 为考虑 可靠度的安全系数 取 第期欧阳坚结构胶植筋锚固可靠度分析及设计建议 锚固长度的修正 不 同锚固条件下的建筑结构胶植筋的受拉 钢筋的基本锚固长度按下式计算 叮 叮 叮 叮 式中 刀 为考虑锚固钢筋类型的系数 对光圆钢筋刀 对月牙纹钢筋刀 对螺纹钢筋刀 刀 为考虑钢筋的锚固位置的系数 一般取 刀 不利时取 刀月 刀 为考虑钢筋直径的影响系数 当 时取 刀 其余情况按下式计算 叮一一 刃 为考虑加载方式的影响系数 静载情况下取 刀 动力荷载下取 刀 参考文献 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 建筑结构学报 幻严永成钢筋与钢纤维混凝土粘结锚固性能的试验研 究 南京工学院 欧阳坚混凝土加层框架节点抗震及建筑结构胶植筋 的试验研究 东南