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1、混凝土后锚钢筋的静动力粘结特性与工程应用 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告 周新刚 ( 烟台大学土木系山东烟台2 6 4 0 0 5 ) 摘娶t 混凝土质锚钢筋又称檀筋在工程实际中，后锚钢筋能有效地解决新老混凝土连接、钢筋漏埋、镑埋等钢筋生根问题， 被广泛应用于结构加固改造中结合单锚钢筋、群锚钢筋的粘结锚固性能试验和极限承载能力分析，研究了爱锚钢筋与混凝 的粘络机理、粘结破坏形态与静力承载能力计算方法，并讨论了胶屡厚度，植筋深度与直径等对静力承载能力的影响；结 合植筋钢筋混凝土受弯构件和压弯构件在低周反复周期荷载作用下的滞回特性，分析研究了植筋混凝土构件的延性和抗震性 能，并与常规整体浇注
2、构件的特性进行了对比分析，验证了在植筋锚固长度大于2 0 D 的情况下，植筋构件的极限承载能力、 极限变形能力和延性等主要力学指标都与整浇构件相当，植筋构件的抗震性能是可靠的。 关键词t 后锚钢筋；粘结性能：极限承载能力；恢复力特性；延性 B o n dB e h a v i o ro fA d h e s i v e l yB o n d e dB a r si nC o n c r e t e U n d e rS t a t i c & R e p e a t e dL o a d sa n dI t sA p p l i c a t i o n Z h o uX i n g a n g
3、 ( D e p l r t m to f C i v i lE n g i n e e r i n gY a m a iU n v i e r s i t y , Y a n m i 2 6 4 0 0 5 ) A b s t r a c t ：A d h e s i v e l yb o n d e db a r sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nr e h a b i l i t a t i o n ，r e n o v a t i o na n dr e p a i r so fc o n c r e t e s t r u c t u r e s
4、 ，d u et Oi t Se a s yo fa n c h o r i n gs t e e lb a r si nc o n c r e t e B a s e do ne x p e r i m e n t a ls t u d y , t h eb o n dm e c h a n i s m ， b e h a v i o ra n dl o a dc a r r y i n gc a p a c i t yo fa d h e s i v e l yb o n d e ds i n g l e & g r o u pb a r su n d e rs t a t i cl o
5、a d sh a v eb e e n i n v e s t i g a t e d T h ec o e 筋c i e n t ss u c ha se m b e dd e p t h ，a d h e s i v et h i c k n e s s ，b a r Sd i a m e t e r , e t c ，w h i c he f f e c tt h es t a t i c b o n d e db e h a v i o ro fa d h e s i v e l yb o n d e db a r sh a v eb e e nd i s c u s s e d I
6、no r d e rt os t u d yt h ed u c t i l i t ya n ds e i s m i c b e h a v i o ro fR Cm e m b e r sw i 班b o n d e dr e i n f o r c i n gb a r s ，6c o n c r e t eb e a m sa n d6c o l u m ns p e c i m e n sc a t a l o g e di n t o t w og r o u p sh a v eb e e nd e s i g n e dt Ob et e s t e d ，O n eg r
7、o u pi sa d h e s i v e l yb o n d e dm e m b e r , t h eo t h e ri sn o n e T h e l o o p e dc u r v e so fs p e c i m e n su n d e rr e p e a t e dc y c l i n gl o a d sw e r ei n v e s t i i g a t e d F r o mt h el o o pc u r v e s ，t h eu l t i m a t e l o a dc a r r y i n gc a p a c i t y , d e
8、 f l e c t i o nc a p a b i l i t ya n dd u c f i l i t yo fs p e c i m e n sw e r ec o m p a r e da n da n a l y z e d R e s u l t sh a v e b e e ns h o w nt h a tc o n c r e t eb e a m sa n dc o l u m n sw i t ha d h e s i v e l yb o n d e db a r sw h i c ha n c h o r a g el e n g t hm o r et h a
9、n 2 0 D ( b a r Sd i a m e t e r ) ，h a v eag o o dd e f o r m a t i o nc a p a b i l i t ya n dd u c t i l i t y U n d e rr e p e a t e dc y c l i n gl o a d s ，t h es e i s m i c b e h a v i o ro fc o n c r e t em e m b e r si Sr e l i a b l e K e y w o r d s ：a d h e s i v e l yb o n d e db a r s
10、 ；b o n db e h a v i o r ；l o a dc a r r y i n gc a p a c i t y ；r e s t o r i n gc h a r a c t e r i s t i c ；d u c t il i t y 前言 后锚钢筋( 植筋) 就是在已硬化的混凝土上成孔，然后用粘结材料将钢筋植入混凝士中。与普通混凝 士中的钢筋相比，植筋与混凝土之间存在一层粘结层，因此植筋与混凝土的粘结强度与先放置钢筋然后浇 注混凝士的普通钢筋混凝土结构中的钢筋不同。一般地说，由于混凝土和钢筋之间粘结胶的强度大于混凝 土的强度，在相同锚固长度下，植筋的粘结强度大于正常锚固在
11、混凝中钢筋的粘结强度。利用后锚钢筋 纂金项目z 山东省“t + 五”攻美计：萌疆目 作者简介：周薪喇( 1 9 6 3 ) 舅教授曩主任主曩瓢瀑凝土培为工麓研究( Em i l ：X z h o u 蜘幽c n ) 2 3 2 不仅可以在混凝土结构的任何构件上。如梁、板、柱上实现新旧混凝结构构件的连接，在已有混凝土结 构的改造、加固、修复和混凝土结构工程事故处理中发挥重要的作用，而且可以方便地解决混凝结构施 工中遇到的漏埋钢筋，钢筋位置偏离设计位置等问题。 国外一些研究者对植筋的粘结强度进行了一些研究，但主要限于中心拔出试件的实验研究“引。国内 一般根据商品粘结胶推荐的植筋抗拉强度与锚固长度的
12、对应关系，确定植筋的锚固长度，而对植筋粘结强 度的机理，混凝土保护层厚度，钢筋直径及胶层厚度等对植筋粘结强度的影响则没有进行必要的研究。本 文根据作者几年来在这方面做的一些试验研究和理论分析口H7 1 ，研究了后锚钢筋与混凝的粘结机理、粘 结破坏形态与静力承载能力计算方法，并讨论了胶层厚度，植筋深度与植筋直径等对静力承载能力的影响； 并结合植筋钢筋混凝土受弯构件和压弯构件在低周反复周期荷载作用下的滞回特性，分析研究了植筋混凝 土构件的延性和抗震性能。并与常规整体浇注构件的特性进行了对比分析，验证了在榱筋锚固长度大于2 0 D 的情况下植筋构件的极限承载能力、极限变形能力和延性等主要力学指标都与
13、整浇构件相当，植筋构件 的抗震性能是可靠的。 1 植筋破坏特征与极限承载能力 1 1 植筋静力拉拔实验破坏特征 试验研究表明，除了混凝土强度、锚固深度、钢筋到混凝土周边的距离等因素影响后锚钢筋的锚圈性 能外，胶层的性能、胶层的厚度等因素对锚固性能也有重要影响，其锚固性能较混凝土中常规锚固的钢筋 更为复杂。一般来说，当混凝土的保护层厚度较小( 1 2 D ，D 钢筋直径) 时，决定钢筋粘结强度的主要因 素是混凝土的强度口。拉拔实验时，首先在加荷端的钢筋锚固头周围出现劈裂裂缝，随着荷载的增加，劈 裂裂缝逐渐形成贯通的裂缝，钢筋和胶层形成的锚固体从劈裂的混凝土中拔出。当保护层较厚或有横向箍 筋约束时
14、，植筋破坏主要有四种形式1 ( 1 ) 钢筋拉断。这种破坏形式发生在混凝土和粘结胶强度都较高，而且锚固长度较长时。 ( 2 ) 混凝土锥体破坏。这种破坏发生在锚固长度较小的情况下。破坏时钢筋周围的混凝土晕锥状拉 裂，形成一个锥体。 ( 3 ) 粘结滑移破坏。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。 在混凝土孔清理不干净，胶的强度较低等情况下，容易发生此种破坏。 ( 4 ) 锥体粘结滑移复合破坏。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，锥体以卜 的锚固段发生粘结滑移破坏，胶层体随钢筋一起从混凝土中拔出。 1 2 几种破坏的极限承载能力 作者根据单筋、双筋
15、后埋钢筋的静力拉拔试验的试验现象、破坏形态、粘结滑移曲线和极限承载能力 ”卜分别研究分析了劈裂破坏、锥体破坏、粘结滑移破坏和锥体粘结复合破坏的极限承载能力计算公式， 见表l 。 混凝土保护层劈裂破坏时，胶层体与钢筋之间的粘结力与胶层厚度和钢筋半径的比值有关，胶层厚度 越大，粘结力越高，即钢筋的极限锚固力越大。钢筋的锚固力与相对保护层厚度成反比相对保护层厚度 越小，锚固力越小。 对于非劈裂破坏，当胶层的厚度不是太大的情况( 7 - 程上应用的锚固体直径与钢筋直径之比一股在 1 1 1 - 3 左右) ，计算结果与实验结果吻合良好。当锚固体胶层很厚时，计算误差较大。因为随胶层厚度的 增加，胶层的剪
16、切变形增大，胶层与混凝土之间粘结应力分布的不均匀性会更加明显，计算误差增大。 在植多根钢筋的情况下，随着植筋间距的减少，植筋的极限抗拔承载能力减少。因此考虑整体植筋的 承载能力时，应该考虑承载能力折减系数，以考虑群筋的影响。但目前对群筋承载能力的实验研究还很少， 很难做比较分析。 表1 几种破坏的极限承载能力计算公式 2 3 3 破坏形态 静力极限承载能力计算公式 符号 p 一静力极限承载能力： 劈裂破坏3 1 P = d 锁0 5 + 0 3 志) z C 一保护层厚度； 锥体破坏n 1 P = f j r ( L 2 + D L ) Z 一混凝士的抗拉强度； D 一钢簸的蛊径； e 。l m a x 加t a n h c o L 一锚固长度： E 一粘结剂的弹性模量； 粘结滑移破坏4 1 G 一粘结剂的剪切模量。 j G 桕 f 一胶锚固体的厚度； 舭、面 H 加2 心) 一o 2 5 ) 2 J r o 一平均粘结应力； 锥体
