鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雙筋植筋錨固性能試驗研究

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雙筋植筋錨固性能試驗研究

植筋連接性能隨著鋼筋移植技術在工程中的應用，許多科學家對其進行了研究和分析，取得了許多有益的成果，并在工程實踐中得到了應用。但是,目前國內(nèi)外關于鋼筋植筋的試驗研究、理論分析以及提出的一些設計公式大多是建立在素混凝土基礎上,對在鋼筋混凝土基材上的植筋研究較少,文獻研究了鋼筋混凝土基材上單筋植筋的錨固性能,文獻研究了素混凝土基材上雙筋植筋的錨固性能。另外,植筋間距對鋼筋錨固性能的影響分析也少有人進行過試驗研究。但是,在實際加固改造工程中,由于構(gòu)件尺寸及承載力要求的約束,經(jīng)常會遇到植筋間距較密的問題,因此,進行雙筋或多筋的鋼筋混凝土植筋拉拔試驗研究和分析是很有必要的。目前規(guī)范僅對植筋深度做了規(guī)定,而對植筋間距尚無界定。本文希望通過對鋼筋混凝土基材上雙筋植筋的拉拔試驗,觀察植筋的破壞形態(tài),了解鋼筋直徑、錨固深度、錨固間距對植筋錨固性能的影響,并得出雙筋植筋的極限承載力的折減系數(shù),可供工程人員進行植筋設計時參考。1破壞斷植筋的破壞模式可以分為4類:(1)鋼筋拉斷,見圖1a;(2)混凝土錐體破壞,見圖1b;(3)結(jié)構(gòu)膠與混凝土粘結(jié)破壞,見圖1c;(4)錐體-粘結(jié)復合破壞,見圖1d。2植筋錨固質(zhì)量本文通過試驗研究,討論鋼筋混凝土基材上雙筋植筋的錨固性能及破壞形式與鋼筋直徑、錨固深度及錨固間距之間的關系。試驗鋼筋采用二級螺紋鋼,直徑分16mm和20mm兩種,每組植筋孔凈間距分別為30mm、50mm、80mm、120mm、150mm,錨固深度分別為6d、8d、15d?；炷翝仓?8d的實測軸心抗壓強度為42.2MPa,抗拉強度為3.05MPa;鋼筋實測屈服強度為350MPa,極限抗拉強度為530MPa;結(jié)構(gòu)膠采用THG-N型建筑結(jié)構(gòu)膠,其主要力學性能指標見表1。植筋錨固的過程包括鉆孔、清洗、調(diào)膠、植筋等工序。鉆孔時,植筋孔的凈距及深度與試驗預先的設計值相同。植筋前,先將鋼筋打磨除銹至露出金屬光澤,鋼筋錨固端用丙酮清洗干凈。每一組試件之間留有一定的間距,便于布置加載試驗裝置和觀察試驗過程中的破壞現(xiàn)象。植筋后在室外固化48h后進行拉拔試驗。試驗構(gòu)件見圖2、加載裝置見圖3,傳力路線為千斤頂→鋼筋→分配梁(工字鋼)→基座。3試驗結(jié)果的分析3.1兩條肌肉和一種破壞本次試驗30組雙筋植筋的破壞形態(tài)見表2。從結(jié)果可以看出:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雙筋植筋的破壞形態(tài)主要有兩種:錐體-粘結(jié)復合破壞、鋼筋拉斷。3.2試驗結(jié)果的分析1.當雙筋植筋的錨固深度為6d時,對于植筋孔凈距為30mm、50mm、80mm、120mm、150mm時,隨著荷載的逐漸增大,鋼筋周圍混凝土出現(xiàn)裂縫,隨即發(fā)生錐體-粘結(jié)復合破壞,整個錨固系統(tǒng)喪失承載力,鋼筋未發(fā)生屈服。極限荷載與植筋孔凈距的關系見圖4,強度折減系數(shù)與植筋孔凈距的關系見圖5。從圖中可以看出,隨著植筋孔凈距的增大,直徑為16mm的雙筋植筋的極限荷載可以提高約16%,直徑為20mm的雙筋植筋的極限荷載可以提高約9%;當植筋孔凈距>5cm時,凈距對極限荷載幾乎沒有影響;直徑為16mm的雙筋植筋的強度折減系數(shù)在22%～33%之間,直徑為20mm的雙筋植筋的強度折減系數(shù)在14%～21%之間。2.當雙筋植筋的錨固深度為8d時,對于植筋孔凈距為30mm、50mm、80mm、120mm、150mm,隨著荷載的逐漸增大,鋼筋先發(fā)生屈服,鋼筋周圍混凝土出現(xiàn)裂縫,繼續(xù)加載,最后發(fā)生錐體-粘結(jié)復合破壞,整個錨固系統(tǒng)喪失承載力。極限荷載與植筋孔凈距的關系見圖6,強度折減系數(shù)與植筋孔凈距的關系見圖7。從圖中可以看出,隨著植筋孔凈距的增大,直徑為16mm的雙筋植筋的極限荷載可以提高約9%,直徑為20mm的雙筋植筋的極限荷載可以提高約8%;當植筋孔凈距>8cm時,凈距對極限荷載幾乎沒有影響;直徑為16mm的雙筋植筋的強度折減系數(shù)在20%～27%之間,直徑為20mm的雙筋植筋的強度折減系數(shù)在4%～8%之間。3.當雙筋植筋的錨固深度為15d時,對于植筋孔凈距為30mm、50mm時,隨著荷載的逐漸增大,鋼筋先發(fā)生屈服,鋼筋周圍混凝土出現(xiàn)裂縫,繼續(xù)加載,錨固鋼筋與混凝土之間的相對滑移迅速增大,最后發(fā)生錐體-粘結(jié)復合破壞,整個錨固系統(tǒng)喪失承載力。對于植筋孔凈距為80mm、120mm、150mm,隨著荷載的逐漸增大,鋼筋先發(fā)生屈服,鋼筋周圍混凝土出現(xiàn)裂縫,繼續(xù)加載,錨固鋼筋與混凝土之間的相對滑移增大,但總滑移量仍然較小,最后發(fā)生鋼筋拉斷破壞,整個錨固系統(tǒng)喪失承載力。極限荷載與植筋孔凈距的關系見圖8,強度折減系數(shù)與植筋孔凈距的關系見圖9。從圖中可以看出,隨著植筋孔凈距的增大,直徑為16mm的雙筋植筋的極限荷載可以提高約17%,直徑為20mm的雙筋植筋的極限荷載可以提高約12%;當植筋孔凈距>8cm時,凈距對極限荷載幾乎沒有影響;直徑為16mm的雙筋植筋的強度折減系數(shù)在0～17%之間,直徑為20mm的雙筋植筋的強度折減系數(shù)在0～11%之間。從上述試驗的結(jié)果,并結(jié)合有關文獻的研究成果,可以得出以下結(jié)論:當所植鋼筋直徑在16～25mm之間、錨固深度15d時,如果鋼筋的植筋孔凈距小于80mm時,建議對鋼筋的錨固強度折減11%～17%;而對于植筋孔凈距大于或等于80mm時,可以不考慮鋼筋錨固強度的折減。即,當S=30～80mm時:Ncu,n=(0.83～0.89)nNcu(1)當S>80mm時:Ncu,n=nNcu(2)式中:S為植筋孔凈距;Ncu,n為多根鋼筋的極限承載力;n為鋼筋的數(shù)量;Ncu為單根鋼筋的極限承載力,Ncu的取值可以依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術規(guī)程》(JGJ145-2004)中關于單根植筋的極限承載力計算。4工程應用4.1商場結(jié)構(gòu)改造江蘇省如皋市某大型商場,位于如皋市市中心附近,于20世紀90年代中后期設計并建成,建筑物原設計為6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),并建有1層地下停車庫。主體結(jié)構(gòu)高度為21.6m,總建筑面積約13000m2。該建筑物原設計用途1～3層為商場,4～6層為住宅。實際使用中上面3層作為該商場的辦公用房和倉庫。隨著商場經(jīng)營規(guī)模的擴大,需要增大商場的營業(yè)面積。業(yè)主決定將原4～6層改為2層,增大層高,作為商場使用。為滿足改造后的功能要求,需要將原5層和6層樓面拆除,在其中間新加1層。本工程采用了新加框架梁筋植入原框架柱中形成剛性節(jié)點后進行加層的方法,并且在框架柱新加節(jié)點核心區(qū)采用增大截面的加固方法。本工程的植筋深度為15d,由于設計植筋的最小孔凈距僅30mm,故設計時考慮了11%的強度折減系數(shù)。為保證連接面的抗剪力,本工程在連接處原柱表面鑿深約25mm,間距為150mm的溝槽。新加梁的截面及加固框架節(jié)點見圖10。該工程于2004年5月開始施工,7月結(jié)構(gòu)主體基本完工。從完工后至今,商場已經(jīng)營業(yè)1年多了,而且其中經(jīng)歷了商場舉行優(yōu)惠活動時的人流量高峰期,結(jié)構(gòu)完好,使用正常。4.2框架梁和懸挑梁江蘇省徐州市某大型商場,為某高層建筑的裙樓,地下2層,地上8層的框架結(jié)構(gòu),主體高度為30.35m,總建筑面積約70000m2。因業(yè)主要求對原結(jié)構(gòu)進行改擴建,在原結(jié)構(gòu)2至6層上擴建部分樓面,需新加框架梁和懸挑梁,框架梁截面尺寸為400mm×1000mm,懸挑梁挑出長度5210mm長,截面尺寸為500mm×700mm～1100mm,新加梁的受力筋均植入原框架柱中。本工程的植筋深度為15d,由于新加梁設計植筋的最小孔凈距僅40mm,故設計時考慮了10%的強度折減系數(shù)。為保證連接面的抗剪力,本工程也在連接處原柱表面鑿深約25mm,間距為150mm的溝槽。新加框架梁和懸挑梁的截面分別見圖11和圖12。由于該工程懸挑梁長度較大,故在懸挑梁端部采取了鋼板附加錨固措施,以提高結(jié)構(gòu)的安全度。整個改造工程于2003年9月開始施工,12月結(jié)構(gòu)擴建基本完工,從完工后至今,商場已經(jīng)營業(yè)2年多了,結(jié)構(gòu)完好,使用正常。5錨固強度的計算對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),當錨固深度為15d,且植筋孔凈距大于或等于80