鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雙筋植筋錨固性能試驗(yàn)研究

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雙筋植筋錨固性能試驗(yàn)研究

植筋連接性能隨著鋼筋移植技術(shù)在工程中的應(yīng)用，許多科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了研究和分析，取得了許多有益的成果，并在工程實(shí)踐中得到了應(yīng)用。但是,目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于鋼筋植筋的試驗(yàn)研究、理論分析以及提出的一些設(shè)計(jì)公式大多是建立在素混凝土基礎(chǔ)上,對(duì)在鋼筋混凝土基材上的植筋研究較少,文獻(xiàn)研究了鋼筋混凝土基材上單筋植筋的錨固性能,文獻(xiàn)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(duì)鋼筋錨固性能的影響分析也少有人進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究。但是,在實(shí)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(huì)遇到植筋間距較密的問(wèn)題,因此,進(jìn)行雙筋或多筋的鋼筋混凝土植筋拉拔試驗(yàn)研究和分析是很有必要的。目前規(guī)范僅對(duì)植筋深度做了規(guī)定,而對(duì)植筋間距尚無(wú)界定。本文希望通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土基材上雙筋植筋的拉拔試驗(yàn),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(duì)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(jìn)行植筋設(shè)計(jì)時(shí)參考。1破壞斷植筋的破壞模式可以分為4類(lèi):(1)鋼筋拉斷,見(jiàn)圖1a;(2)混凝土錐體破壞,見(jiàn)圖1b;(3)結(jié)構(gòu)膠與混凝土粘結(jié)破壞,見(jiàn)圖1c;(4)錐體-粘結(jié)復(fù)合破壞,見(jiàn)圖1d。2植筋錨固質(zhì)量本文通過(guò)試驗(yàn)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(guān)系。試驗(yàn)鋼筋采用二級(jí)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。混凝土澆筑28d的實(shí)測(cè)軸心抗壓強(qiáng)度為42.2MPa,抗拉強(qiáng)度為3.05MPa;鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為350MPa,極限抗拉強(qiáng)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(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。植筋錨固的過(guò)程包括鉆孔、清洗、調(diào)膠、植筋等工序。鉆孔時(shí),植筋孔的凈距及深度與試驗(yàn)預(yù)先的設(shè)計(jì)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(yàn)裝置和觀察試驗(yàn)過(guò)程中的破壞現(xiàn)象。植筋后在室外固化48h后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)構(gòu)件見(jiàn)圖2、加載裝置見(jiàn)圖3,傳力路線為千斤頂→鋼筋→分配梁(工字鋼)→基座。3試驗(yàn)結(jié)果的分析3.1兩條肌肉和一種破壞本次試驗(yàn)30組雙筋植筋的破壞形態(tài)見(jiàn)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(fù)合破壞、鋼筋拉斷。3.2試驗(yàn)結(jié)果的分析1.當(dāng)雙筋植筋的錨固深度為6d時(shí),對(duì)于植筋孔凈距為30mm、50mm、80mm、120mm、150mm時(shí),隨著荷載的逐漸增大,鋼筋周?chē)炷脸霈F(xiàn)裂縫,隨即發(fā)生錐體-粘結(jié)復(fù)合破壞,整個(gè)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(guān)系見(jiàn)圖4,強(qiáng)度折減系數(shù)與植筋孔凈距的關(guān)系見(jiàn)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(dāng)植筋孔凈距>5cm時(shí),凈距對(duì)極限荷載幾乎沒(méi)有影響;直徑為16mm的雙筋植筋的強(qiáng)度折減系數(shù)在22%～33%之間,直徑為20mm的雙筋植筋的強(qiáng)度折減系數(shù)在14%～21%之間。2.當(dāng)雙筋植筋的錨固深度為8d時(shí),對(duì)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?chē)炷脸霈F(xiàn)裂縫,繼續(xù)加載,最后發(fā)生錐體-粘結(jié)復(fù)合破壞,整個(gè)錨固系統(tǒng)喪失承載力。極限荷載與植筋孔凈距的關(guān)系見(jiàn)圖6,強(qiáng)度折減系數(shù)與植筋孔凈距的關(guān)系見(jiàn)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(dāng)植筋孔凈距>8cm時(shí),凈距對(duì)極限荷載幾乎沒(méi)有影響;直徑為16mm的雙筋植筋的強(qiáng)度折減系數(shù)在20%～27%之間,直徑為20mm的雙筋植筋的強(qiáng)度折減系數(shù)在4%～8%之間。3.當(dāng)雙筋植筋的錨固深度為15d時(shí),對(duì)于植筋孔凈距為30mm、50mm時(shí),隨著荷載的逐漸增大,鋼筋先發(fā)生屈服,鋼筋周?chē)炷脸霈F(xiàn)裂縫,繼續(xù)加載,錨固鋼筋與混凝土之間的相對(duì)滑移迅速增大,最后發(fā)生錐體-粘結(jié)復(fù)合破壞,整個(gè)錨固系統(tǒng)喪失承載力。對(duì)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?chē)炷脸霈F(xiàn)裂縫,繼續(xù)加載,錨固鋼筋與混凝土之間的相對(duì)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(gè)錨固系統(tǒng)喪失承載力。極限荷載與植筋孔凈距的關(guān)系見(jiàn)圖8,強(qiáng)度折減系數(shù)與植筋孔凈距的關(guān)系見(jiàn)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(dāng)植筋孔凈距>8cm時(shí),凈距對(duì)極限荷載幾乎沒(méi)有影響;直徑為16mm的雙筋植筋的強(qiáng)度折減系數(shù)在0～17%之間,直徑為20mm的雙筋植筋的強(qiáng)度折減系數(shù)在0～11%之間。從上述試驗(yàn)的結(jié)果,并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)的研究成果,可以得出以下結(jié)論:當(dāng)所植鋼筋直徑在16～25mm之間、錨固深度15d時(shí),如果鋼筋的植筋孔凈距小于80mm時(shí),建議對(duì)鋼筋的錨固強(qiáng)度折減11%～17%;而對(duì)于植筋孔凈距大于或等于80mm時(shí),可以不考慮鋼筋錨固強(qiáng)度的折減。即,當(dāng)S=30～80mm時(shí):Ncu,n=(0.83～0.89)nNcu(1)當(dāng)S>80mm時(shí):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(shù)規(guī)程》(JGJ145-2004)中關(guān)于單根植筋的極限承載力計(jì)算。4工程應(yīng)用4.1商場(chǎng)結(jié)構(gòu)改造江蘇省如皋市某大型商場(chǎng),位于如皋市市中心附近,于20世紀(jì)90年代中后期設(shè)計(jì)并建成,建筑物原設(shè)計(jì)為6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),并建有1層地下停車(chē)庫(kù)。主體結(jié)構(gòu)高度為21.6m,總建筑面積約13000m2。該建筑物原設(shè)計(jì)用途1～3層為商場(chǎng),4～6層為住宅。實(shí)際使用中上面3層作為該商場(chǎng)的辦公用房和倉(cāng)庫(kù)。隨著商場(chǎng)經(jīng)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大,需要增大商場(chǎng)的營(yíng)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(chǎng)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(diǎn)后進(jìn)行加層的方法,并且在框架柱新加節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)植筋的最小孔凈距僅30mm,故設(shè)計(jì)時(shí)考慮了11%的強(qiáng)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(diǎn)見(jiàn)圖10。該工程于2004年5月開(kāi)始施工,7月結(jié)構(gòu)主體基本完工。從完工后至今,商場(chǎng)已經(jīng)營(yíng)業(yè)1年多了,而且其中經(jīng)歷了商場(chǎng)舉行優(yōu)惠活動(dòng)時(shí)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(chǎng),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(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改擴(kuò)建,在原結(jié)構(gòu)2至6層上擴(kuò)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(zhǎng)度5210mm長(zhǎng),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(shè)計(jì)植筋的最小孔凈距僅40mm,故設(shè)計(jì)時(shí)考慮了10%的強(qiáng)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(jiàn)圖11和圖12。由于該工程懸挑梁長(zhǎng)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(gè)改造工程于2003年9月開(kāi)始施工,12月結(jié)構(gòu)擴(kuò)建基本完工,從完工后至今,商場(chǎng)已經(jīng)營(yíng)業(yè)2年多了,結(jié)構(gòu)完好,使用正常。5錨固強(qiáng)度的計(jì)算對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),當(dāng)錨固深度為15d,且植筋孔凈距大于或等于80