關(guān)于植筋搭接梁靜力受彎性能分析

陳剛

（浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院 浙江省杭州市 310016）

植筋技術(shù)在現(xiàn)實工程當中已有多年歷史，其實際是利用化學粘結(jié)劑，把帶肋鋼筋或者是帶有絲紋的螺桿固定在混凝土基材鉆孔當中，借助于鎖鍵與粘結(jié)的作用，錨固被連接件，且對螺桿強度、鋼筋強度充分利用，將其作為條件明確其抗拉設(shè)計計荷載的技術(shù)類型。本文基于植筋搭接梁受彎試驗，就植筋搭接梁靜力受彎性能作一分析。

1 植筋搭接梁靜力受彎概述

針對植筋而言，其實為后錨固技術(shù)的重要方式，其在實際操作中能夠?qū)㈩A(yù)埋件取代，無論是在固定附屬設(shè)施上，還是在幕墻安裝及設(shè)備安裝方面，均有其獨特優(yōu)勢與作用，因此，在各類工程中得到廣泛應(yīng)用。在歐美等發(fā)達國家，在研究粘結(jié)錨栓技術(shù)方面，已經(jīng)形成龐大的系統(tǒng)體系，且還制定有針對性的技術(shù)規(guī)程，用于工程施工的指導(dǎo)。近年來，我國在此方面也已開展多層面研究與實踐應(yīng)用。但是，需要指出的是，國外所開展的試驗研究，大多集中在粘結(jié)錨栓的拉拔試驗上，也就是鋼筋或者是錨栓被植入到大塊的預(yù)制混凝土塊當中，然后對其施加一定程度的單向拉拔力，直至破壞。在國內(nèi)，同樣開展了植筋拉拔試驗，并且從中得到了有價值的研究成果；有學者基于低周反復(fù)力作用下，開展了關(guān)于植筋構(gòu)件恢復(fù)力特性方面的研究，但針對此試件而言，其中的鋼筋同樣埋植于比較大的混凝土構(gòu)件當中。

針對植筋搭接梁靜力受彎試驗而言，其在我國同濟大學相關(guān)實驗室中得到開展，并且相關(guān)學者還制定了具體的研究報告。針對此試驗而言，其內(nèi)容為圍繞8根植筋搭接梁開展針對性的靜力受彎試驗，在受彎構(gòu)件純彎段中植筋混凝土的粘結(jié)錨固機理，以及其破壞形態(tài)為主要研究內(nèi)容。在該試驗當中，觀察與測量的內(nèi)容主要是：①在靜力加載過程中，植筋搭接段鋼筋的應(yīng)變值的測定；②就試件梁混凝土在上述試驗當中具體的應(yīng)變值進行測定；③對梁受彎撓度伴隨荷載變化而發(fā)生改變的過程進行觀測；④觀測裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，另觀測構(gòu)建當前的破壞形態(tài)。

2 制作植筋搭接試驗梁

本試驗工有8根試驗梁，矩形截面為b×h=400×500，而梁長為5000mm。試件所運用的鋼筋、材料的植入深度：箍筋HPB235，φ8mm；縱向主筋HRB335，φ22mm；受拉區(qū)架立鋼筋HPB235，φ4mm；植筋膠為慧魚 FISV360，F(xiàn)ISEM390；鋼筋植入深度 hef：25d（550mm）、30d（660mm）、15d（330mm）及 20d（440mm）；另外，保護層厚度為 25mm。

3 植筋搭接梁受力機理

本文以最新修訂的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》為基本著眼點，依據(jù)普通鋼筋混凝土梁的相關(guān)計算原理，深入剖析植筋粘結(jié)錨固所具有的受力性能，并以此為基礎(chǔ)，對植筋搭接梁相應(yīng)受力特征進行研究。

3.1 承載能力極限狀態(tài)

依據(jù)試驗所得到的數(shù)據(jù)，并與植筋錨固長度所對應(yīng)的計算公式相結(jié)合，獲得植筋搭接梁臨界錨固長度，即hy=18d。然后依據(jù)《規(guī)范》當中的具體規(guī)定，完成假設(shè)，計算植筋搭接梁的極限荷載理論。

（2）如果錨固長度hef＜hy，那么可得出：τu×π×D×hef=σs×A③；α1fcbx=σsAs·n④；然后與公式②相結(jié)合，便能獲得極限承載力Pmax。

3.2 撓度計算理論

針對植筋搭接梁來講，在計算撓度時，主要分兩部分來開展：①基于最小剛度原則法，將外荷載作用下所產(chǎn)生的撓度計算出來；②將因植筋的粘結(jié)滑移所形成的附加撓度值計算出來。

3.2.1 依據(jù)最小剛度原則法，將撓度f計算出來

依據(jù)《規(guī)范》中具體規(guī)定，針對受彎構(gòu)件相應(yīng)撓度來講，需依據(jù)荷載效應(yīng)標準，且將荷載長時間作用下影響的剛度B考慮在內(nèi)進行計算。依據(jù)結(jié)構(gòu)力學方法，結(jié)合混凝土構(gòu)件帶裂縫實際工作特點，用最小剛度原則，將構(gòu)件撓度計算出來。

3.2.2 考慮滑移量所生成的附加撓度的計算

針對植筋搭接梁，不僅要將正常使用極限狀態(tài)下的撓度變形考慮在內(nèi)，還需考慮植筋膠與混凝土間，以及植筋膠與鋼筋間所產(chǎn)生的附加撓度值。首先，對各錨固長度試驗梁相應(yīng)滑移量進行計算。依據(jù)相關(guān)文獻所得出的植筋搭接梁粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，經(jīng)反推，從中獲得具體界面的粘結(jié)應(yīng)力作用下的滑移計算公式。然后依據(jù)公式③，并結(jié)合混凝土正截面受彎公式計算，將彎矩作用下各錨固長度的滑移量S計算出來。

其次，將滑移生成的撓度曲率增大系數(shù)計算出來。在外荷載作用下，由于各錨固長度的植筋搭接梁，會出現(xiàn)不同的滑移量，因此，其對撓度所產(chǎn)生的影響也是存在不同的。本文通過對截面曲率增大系數(shù)進行計算，從中得到滑移的附加撓度。依據(jù)鋼筋混凝土梁的平截面假定，進行假設(shè)：①假設(shè)混凝土受壓區(qū)的應(yīng)變與應(yīng)力關(guān)系即為典型的線彈性關(guān)系；②省略荷載作用下的中性軸所呈現(xiàn)出的偏移；③不將受拉區(qū)混凝土應(yīng)力考慮在內(nèi)；④省略由滑移所造成的截面應(yīng)力重分布。依據(jù)上述所給出的平截面假定，于短期荷載的持續(xù)影響與作用下，截面應(yīng)變主要存在如下關(guān)系：

在此公式當中，ξ所代表的是荷載作用下截面與受壓區(qū)相對的高度；而ρ、υ'分別代表的是受拉鋼筋的配筋率與受壓鋼筋的配筋率；ω所代表的是混凝土彈性模量與鋼筋之間的比值；μ'所代表的是受壓鋼筋保護層與h0之間的比值。基于滑移便可得到曲率增大系數(shù)。針對跨中撓度的最終結(jié)果而言，如果將滑移量所生成的附加撓度考慮在內(nèi)，跨中撓度值f'=f（1+λ）⑦。

計算結(jié)果與對比：從鋼筋在屈服之前的跨中撓度伴隨彎矩的變化情況得知，經(jīng)對比，粘結(jié)應(yīng)力所生成的滑移量對撓度并未產(chǎn)生較大影響，針對各錨固長度的植筋搭接梁，當其在彎矩作用與影響下，會形成跨中撓度，并且還是比較接近的。另外，通過對比于試驗結(jié)果，理論計算結(jié)果接近于試驗結(jié)果，表明此計算方法準確且可行。

4 相關(guān)建議

本文以既往試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》當中的基本計算假定為參照，對植筋搭接梁相對應(yīng)的極限承載力、跨中撓度變形展開系統(tǒng)化分析，并將計算公式導(dǎo)出來。通過上述試驗可知，針對粘結(jié)應(yīng)力而言，其所產(chǎn)生的滑移量，并沒有較大程度影響著撓度，在彎矩的作用下，不同錨固度的植筋搭接梁，所形成的跨中撓度是比較接近的。另外，通過與試驗結(jié)果作對比，試驗與計算結(jié)果相一致，表明此方法可行。筆者給出如下建議：

（1）經(jīng)系統(tǒng)化理論分析驗證，從中得知，在基本假定得到滿足的情況下，可依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》當中的具體要求與規(guī)定，對植筋搭接梁開展針對性的承載能力極限狀態(tài)分析計算。

（2）針對植筋搭接梁，需與各植筋膠的粘結(jié)極限強度相結(jié)合，依據(jù)鋼筋、混凝土等的強度設(shè)計值，首先將其臨界錨固長度計算出來，然后進行深入分析，將臨界錨固長度作為接線，開展相關(guān)計算。

（3）經(jīng)理論計算，以及實驗對比得知，針對植筋搭接梁，如果其錨固長度存在大于臨界錨固長度情況時，極限承載力與錨固長度之間并無關(guān)聯(lián)性。但需要指出的是，錨固長度如果存在小于臨界錨固長度時，需將植筋系統(tǒng)粘結(jié)滑移所產(chǎn)生的影響考慮在內(nèi)，只有這樣，方能從中將極限承載力計算出來。

（4）經(jīng)理論計算與試驗結(jié)果對比得知，粘結(jié)滑移量與植筋搭接梁的撓度之間，并無顯著關(guān)聯(lián)性。在計算撓度時，可依據(jù)普通鋼筋混凝土的最小剛度原則法來開展。依據(jù)本文的計算，所得到的幾種錨固長度植筋搭接梁撓度增大的系數(shù)，均能夠為工程實際應(yīng)用計算提供依據(jù)與參考。