帶錨固板鋼筋的機(jī)械錨固強(qiáng)度試驗(yàn)研究

高志鋼

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

1 帶錨固板鋼筋錨固與帶彎鉤鋼筋錨固的對(duì)比

帶彎鉤鋼筋錨固是傳統(tǒng)的施工方式，隨著技術(shù)的升級(jí)，現(xiàn)階段帶錨固板鋼筋錨固的應(yīng)用頻率有所提高，顯然后者有其突出的應(yīng)用優(yōu)勢，為了更為直觀地認(rèn)識(shí)兩者的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)其做對(duì)比分析，具體如表1所示。

表1 應(yīng)用特點(diǎn)的對(duì)比分析

2 拉拔試驗(yàn)

試件總量為115根，試驗(yàn)考慮的是兩類，即帶彎折鋼筋與Φ25、Φ32、Φ40 mm帶錨固板鋼筋，綜合考慮保護(hù)層厚度、鋼筋直徑、箍筋配置、埋入深度等多項(xiàng)因素，分別探討各項(xiàng)因素對(duì)兩類鋼筋所帶來的影響，評(píng)價(jià)指標(biāo)考慮的是錨固強(qiáng)度和滑移變形兩個(gè)方面。

拉拔試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)要求適配相應(yīng)的裝置，具體組成如圖1所示。

圖1 拉拔試驗(yàn)裝置

拉拔試驗(yàn)期間詳細(xì)觀察、全面記錄，具體做如下分析。

1)從機(jī)械錨固性能的角度來看，帶錨固板鋼筋在此方面有更加突出的優(yōu)勢，鋼筋埋入長度為0.4la時(shí)可以取得較為突出的錨固效果，相比于規(guī)范中的0.7la而言有大幅度的減小(以相對(duì)頭面積為4.5為例)。通過與帶90°彎折段鋼筋的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，無論是錨固強(qiáng)度還是抗滑移變形性能，帶錨固板鋼筋均具有更為突出的表現(xiàn)。

2)帶錨固板鋼筋的機(jī)械錨固性能受到多項(xiàng)因素的影響，主要體現(xiàn)在混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、箍筋配置三方面。

3)在埋深增加的條件下，鋼筋的錨固性能有所提升，更有助于保證鋼筋的穩(wěn)定性。若埋入深度過小，此時(shí)可能有混凝土錐體拔出受損的問題；而埋入深度在14d以上時(shí)，鋼筋的性能優(yōu)勢得到充分的顯現(xiàn)，極限強(qiáng)度較高。

4)埋深一致時(shí)，不同部位的錨固能力存在差異，按照從低到高，依次為角部、邊部、中部。

5)在保護(hù)層厚度增加的變化條件下，帶錨固板鋼筋的錨固性能有所提升。

3 棱柱體鋼筋拔出、推出試驗(yàn)

取21個(gè)棱柱體鋼筋，分別圍繞此類材料組織拔出、推出試驗(yàn)，由此圍繞帶錨固板鋼筋做針對(duì)性的探討，例如此類材料的拉壓錨固性能、傳力機(jī)理。試驗(yàn)配套的裝置，如圖2～3所示。

圖2 拔出試驗(yàn)裝置

圖3 推出試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)結(jié)論如下。

1)外力由粘結(jié)力與局部承壓力承擔(dān)，其中前者源自于鋼筋與混凝土間，后者則源自于錨固板。

2)以埋入深度為0.4la為例，加載全過程中的受力條件有所不同，其中初期埋入段的粘結(jié)力可用于承擔(dān)鋼筋內(nèi)力，經(jīng)過一段時(shí)間后，鋼筋即將達(dá)到屈服狀態(tài)，此時(shí)隨即由錨固板承擔(dān)?？梢园l(fā)現(xiàn)，在合理設(shè)置錨固板后，有利于提高鋼筋錨固的后期強(qiáng)度。

4 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)

4.1 設(shè)計(jì)思路

精細(xì)化組織抗震框架設(shè)計(jì)工作，構(gòu)成穩(wěn)定可靠的抗震屈服機(jī)構(gòu)，配套帶錨固板縱向受力鋼筋節(jié)點(diǎn)試件，用于優(yōu)化梁端或梁、柱端的受力條件，使得該部分屈服先于節(jié)點(diǎn)的剪切破壞。換言之，在試驗(yàn)過程中，做低周反復(fù)加載處理，在此期間應(yīng)當(dāng)確保梁、柱端部有足夠的穩(wěn)定性，無任何程度的剪切破壞；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)由于經(jīng)過反復(fù)變形，在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)失效；柱端、梁端的抗彎能力比值超過1.2；梁與節(jié)點(diǎn)交界處布設(shè)有梁縱筋，此部分構(gòu)件最先進(jìn)入屈服狀態(tài)。

4.2 頂層端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

取兩個(gè)頂層端節(jié)點(diǎn)試件，組織試驗(yàn)分析。對(duì)兩個(gè)試件分別做以下考慮：第一個(gè)試件，按帶標(biāo)準(zhǔn)彎鉤鋼筋節(jié)點(diǎn)計(jì)算，該鋼筋與帶錨固板鋼筋在埋入深度上保持一致，簡化節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證帶錨固板鋼筋的可行性，即是否具備與帶彎鉤鋼筋相同的性能，換言之，判斷是否可用帶錨固板鋼筋予以替代；第二個(gè)試件，指的是應(yīng)用套筒與錨固板改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)試件，經(jīng)過相應(yīng)的改進(jìn)處理后，確定更為簡單的、明確的傳力機(jī)理。

4.3 中間層端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

取兩個(gè)中間層端節(jié)點(diǎn)試件，各自的基本特點(diǎn)為：其一為帶彎鉤鋼筋試件，其二為前者的改進(jìn)形式。區(qū)別之處在于彎弧段用錨固板予以替代，除此之外的其他各項(xiàng)屬性均一致。

5 鋼筋機(jī)械錨固性能研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)

5.1 試驗(yàn)裝置

頂層端節(jié)點(diǎn)、中層端節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)中，為了順利完成試驗(yàn)，配套拉壓千斤頂、力傳感器、位移傳感器、千分表等相關(guān)裝置。

5.2 測點(diǎn)的布置

柱頂軸壓力及梁端拉壓荷載，為測定此類數(shù)據(jù)，采用的是力傳感器裝置；在柱與節(jié)點(diǎn)交界面柱筋及其端部設(shè)應(yīng)變片，用于測定柱縱筋應(yīng)變，類似地，節(jié)點(diǎn)區(qū)梁縱筋應(yīng)變則通過應(yīng)變片檢測而得；適配百分表，通過此裝置的應(yīng)用，測定節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切變形。

5.3 加載方式

加載是試驗(yàn)中的重點(diǎn)操作內(nèi)容，應(yīng)遵循連續(xù)性和均勻性的基本原則，做反復(fù)加載操作，同時(shí)無論是加載還是卸載，均要盡可能保證速度的均勻性。隨著加載進(jìn)程的推進(jìn)，達(dá)到試件極限荷載的下降段時(shí)，需要根據(jù)實(shí)測結(jié)果加以控制，以保證下降值穩(wěn)定在最大荷載的85%左右。

5.4 拉拔試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.4.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)試件位置。考慮第1、3、5組試件：在埋深均為14db的條件下，試件不同部位的錨固能力存在差異，按照從低到高的順序，依次為角部試件、邊部試件、中部試件?？梢园l(fā)現(xiàn)，角部試件的錨固能力最弱。

2)埋入深度。以邊部試件為例，分析在不同埋入深度條件下對(duì)應(yīng)的錨固能力，對(duì)于第2、3組，具體有：以破壞荷載與鋼筋屈服荷載的比值作為重點(diǎn)考慮對(duì)象，在埋深為18db時(shí)，該值為1.29，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，試件均有受損的跡象，具體表現(xiàn)為鋼筋拉斷破壞；而埋深為14db時(shí)，該值為1.16，從試驗(yàn)期間的觀察結(jié)果來看，錨板下混凝土局壓破壞。對(duì)于第4、5組，進(jìn)一步改變埋深，在9db時(shí)，鋼筋的性能優(yōu)勢得到明顯的顯現(xiàn)，達(dá)到85%的極限強(qiáng)度，而在14db時(shí)則達(dá)到“頂峰狀態(tài)”，即此時(shí)能夠完全發(fā)揮出鋼筋的極限強(qiáng)度。由此看來，錨固長度以9～14db較為合適。

5.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)試件位置?？紤]第6、8組試件，經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)：埋深為14db時(shí)，角部試件的錨固能力相對(duì)較弱，相比之下邊部試件的能力更為突出。

2)錨固能力對(duì)比?？紤]第8、9組試件，經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)：以埋深為14db的條件為例，從錨固能力的角度來看，帶錨固板鋼筋相對(duì)較高，相比于傳統(tǒng)的彎筋而言，可提升約20%?？紤]第8、10組試件，經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)：依然以埋深為14db的條件為例，從錨固性能的角度來看，帶錨固板鋼筋相對(duì)較高，相比于傳統(tǒng)的彎筋而言，可超出約55%。

3)不同箍筋配置方向?？紤]第9、10組試件，相比于箍筋與彎鉤垂直的試件而言，箍筋與彎鉤平行時(shí)試件具有更為突出的錨固性能優(yōu)勢，通?？筛叱黾s30%。從破壞形式的角度來看，前者以彎弧段劈裂為主，后者的質(zhì)量問題則集中在彎筋段，具體表現(xiàn)為保護(hù)層剝落。

4)埋入深度?？紤]第7、8組試件，試驗(yàn)結(jié)果表明，在埋入深度增加的條件下，鋼筋有更強(qiáng)的錨固性能，埋入深度為9db的試件的錨固性能有限，若將該值增加至14db，分析此時(shí)的破壞荷載可以發(fā)現(xiàn)該值基本與鋼筋拉斷荷載相當(dāng)。由此看來，埋入深度為14db是關(guān)鍵的分界點(diǎn)，可將其視為錨板試件的錨固長度。

5)多頭數(shù)量?？紤]第8、13、15組試件，試驗(yàn)結(jié)果表明：在埋深均為14db時(shí)，不同試件的錨固能力有所差異，以單頭試件為參照基準(zhǔn)，雙頭、三頭試件的錨固能力分別下降約35%、50%。對(duì)于第7、14組試件，在埋深均為9db的條件下，不同類型試件的錨固能力也有所差異，相比于單頭試件而言，雙頭試件下降約25%。

6)不同直徑鋼筋的錨板錨固能力比較。

慮第8、11組試件，可以發(fā)現(xiàn)，不同直徑的鋼筋其對(duì)應(yīng)的埋深有所差異，以25、32 mm直徑的鋼筋為例，各自的埋深分別為14、15.6db，由此進(jìn)一步分析鋼筋屈服強(qiáng)度，得知前者更強(qiáng)，因此有理由認(rèn)為在鋼筋直徑增加的條件下，錨固性能有所下降。

6 在節(jié)點(diǎn)中使用帶錨固板鋼筋的關(guān)鍵要點(diǎn)

1)以ASTMA970規(guī)程為準(zhǔn)，選擇合適型號(hào)的帶錨固板鋼筋，保證此材料的質(zhì)量。

2)合理規(guī)劃錨固板的放置區(qū)域，較為合適的是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，同時(shí)需要與遠(yuǎn)端保持50 mm的距離。除此之外，合理設(shè)置錨固長度也至關(guān)重要，要求該值至少達(dá)到8d或150 mm。

3)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的類型，靈活地控制帶錨固板鋼筋的錨固長度，若為1型和2型節(jié)點(diǎn)，則取標(biāo)準(zhǔn)彎鉤鋼筋錨固長度的75%。部分帶錨固板鋼筋臨接節(jié)點(diǎn)自由面，此時(shí)需著重考慮保護(hù)層的厚度，若該值在3d以內(nèi)，則必須加強(qiáng)橫向約束，具體處理對(duì)象為錨固在節(jié)點(diǎn)中的箍筋。2型節(jié)點(diǎn)的鋼筋需承受較強(qiáng)的非彈性變形時(shí)，有必要加大橫向鋼筋的約束強(qiáng)度，合理狀態(tài)是該值達(dá)到延伸鋼筋屈服強(qiáng)度的1/4。

7 結(jié) 語

從極限承載能力、滑移變形性能兩個(gè)方面來看，帶錨固板鋼筋均具有更突出的性能優(yōu)勢，其明顯超過帶彎折段的鋼筋，得益于該特點(diǎn)，可用前者取代后者，以取得更為突出的施工效果。大范圍推廣帶錨固板鋼筋具有突出的現(xiàn)實(shí)意義，可減少鋼材的用量、提高混凝土的澆筑質(zhì)量，有效突破傳統(tǒng)方式下構(gòu)件截面小的局限性，即此時(shí)依然可以順利完成鋼筋錨固作業(yè)，并且實(shí)際取得的錨固效果可達(dá)到要求。

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