植筋混凝土梁拟静力试验分析与施工建议.pdf

低温建筑技术 2 0 1 3 年第 1 1 期( 总第 1 8 5期) 植 筋混凝土梁拟静 力试验分析与施 工建议 单保龙 ( 大庆石化工程有限公司。 黑龙江大庆1 6 3 7 1 4 ) 【 摘要】 鉴于目 前植筋锚固技术规程尚不完善 ， 本文以不同植筋锚固长度为参数开展 了混凝土框架梁植 筋锚固低周反复荷载试验， 获得滞回曲线、 耗能系数和延性， 与理论计算进行了对比， 提出植筋锚 固长度的设计建 议， 最后给出该类工程的施工建议， 可为建筑物加层 改造及新旧混凝土结构连接等工程提供 良 好的参考 ， 同时为 相应的规范提供技术支撑。 【 关键词】 植筋胶； 滞回曲线； 耗能系数； 设计建议 【 中圈分类号】 1 I 3 3 7 5 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 1 1 0 0 5 6 0 3 近几年来植筋锚固技术在建筑物加层、 改造及新 旧混凝土结构连接等工程中应用越来越广泛。植筋不 但锚固长度要满足一定要求， 且植筋胶的作用也至关 重要。国内外诸多学者对植筋锚固技术进行了试验与 仿真分析H 】 ， 但到 目前为止， 相应的规范和规程仍未 见报道， 相应的理论和技术仍需完善， 为此本文开展了 植筋锚固节点梁的拟静力试验 ， 获得其抗震性能指标 ， 考察锚固梁的力学性能， 对理论计算值与实测结果进 行对比， 提出锚固长度设计建议 ， 为该技术在实际工程 中广泛应用提供参考 ， 同时为相应规范提供技术支撑。 1 往复荷载下框架梁植筋锚固试验 1 1 试件设计 依据实验检测中心试验条件， 开展低周往复荷载 下框架梁植筋锚固试验 ， 试件由两部分构成， 带锚固端 的钢筋混凝土框架柱和框架梁， 框架柱通过锚栓与实 验室基础可靠连接， 在与梁连接的部位钻孔植梁中纵 筋 ， 绑扎箍筋 ， 浇筑框架梁混凝土。在框架梁跨中施加 低周往复荷载， 来考察梁柱节点处植筋锚固后梁的整 体性能。本试验共设计试件 3个 ， 变化参数为锚固长 度。带锚 固端 的钢 筋 混 凝 土框 架 柱 截面 尺 寸 为 4 0 0 n l l n4 0 0 1 9 1 1 1 ， 锚 固端扩大部分尺寸为 1 0 0 0 m m 1 0 0 0 m m 6 0 0 m n ， 在准确的位置预留锚栓孔道。梁截 面尺寸为 1 5 0 m m 3 0 0 ra m， 试件梁的计算跨度 f n 取为 1 6 0 0 ra m， 构件尺寸及配筋见图 1 。构件中混凝 土强度 等级均为 C 3 0 ， 纵向钢筋采用 H R B 4 0 0级 ， 上下对称配 筋 ， 面积为 2 6 6 m I I l 2 ， 箍筋采用 H P B 3 0 0级 ， 双肢箍面积 为 1 0 1 mm ， 间距为 2 0 0 ra m。植筋胶采用 H Y 1 5 0系列 胶粘剂 H Y 1 5 0 MA X 】 。梁体主筋直径取 1 2 m m， 钻 孔直径 为 1 6 ra m， 在 柱上 锚 固深 度 分 别 取 1 8 0 m m ( 1 5 d ) 、 2 4 0 m m( 2 0 d ) 和 3 6 0 to n i ( 3 0 d ) ， d为钢筋直径。 试件在制作过程中采用两次浇筑成型的方法。即 先浇筑节点柱 ， 等混凝土达到龄期后在试件节点上用 电锤钻钻出植筋孔 ， 经过清孔、 灌胶、 栽筋等施工工序 将钢筋植入混凝土中， 当结构经过 2 4 h固化后绑扎箍 筋 ， 浇筑混凝土梁。预留 1 5 0 m m1 5 0 ra m1 5 0 ra m的 混凝土试块抗压强度平均值为 1 6 4 4 N ra m ， 纵筋抗 拉强度实测平均值为4 1 4 M P a ， 箍筋抗拉强度实测平均 值为 3 3 2 M P a 。 一 豳1试件示意图 植筋胶是一种无溶剂、 双组份改性环氧树脂 ， 其 防水和抗化学腐蚀能力强。突出特点是给钢筋和混凝 土之间提供非膨胀性化学粘接 ， 不会造成构件的破坏， 采用的植筋胶的力学性能如表 1 所示。 表 1 植筋胶的力学性能 1 2 加载装置和加载方式 采用 4根锚栓将柱子 固定在实验室基础上， 为实 现在梁跨中施加低周反复荷载， 可充分利用反力架提 供支撑。将设计好的钢梁布置在反力架之间， 量程为 单保龙： 植筋混凝土梁拟静力试验分析与施工建议 5 7 3 0 0 ra m的伺服作动器固定在钢梁上 ， 调整好作动器位 置， 不但要准确与梁连接 ， 且确保具有足够量程， 加载 装置布置见图 2 。 图2加载方案及测点布置示意图 按照抗震试验规程 的要求， 对梁加载分 2个 阶 段， 第 1 阶段为预加载阶段 ， 包括预加载 一卸载过程， 反复 2次， 考察仪器的准确性和装置 的安装 ； 第 1 I 阶 段为加载阶段 ， 包括荷载加载和位移加载方式 ， 当荷载 达到承载力之后 ， 改成位移加载， 直到承载力下降到极 限承载力的8 0 后 ， 停止加载。加载方案见图3 。 振 幅 f 八 八 V t 图3加载方案 1 3 试验结果与分析 表 2 试验 结果与现象 荷载 荷载 k N 变形 ra m 试验现象 ( I ) 结构的破坏现象与结果。以试件 1为例， 预加载完成后 ， 开始正式加载， 在加载至 2 9 4 k N时， 梁体跨中上下表面出现间距较均匀的竖向裂缝 ， 随着 荷载 的增加 ， 裂 缝 的开 展越 来越 大； 当荷 载 加 至 4 - 1 0 0 5 k N时， 梁体受拉钢筋开始屈服， 试件进入弹塑 性阶段， 跨中上下表面的竖向裂缝增大 ， 梁体其它部位 出现斜裂缝 ， 节点处上下表面也出现裂缝 ； 当荷载加至 最大荷载 4 - 1 7 6 3 k N时， ， 跨 中部分混凝土被压碎 ， 有 剥落现象 ， 梁柱连接部位的钢筋屈服 ， 形成塑性铰 ， 最 大承载力之后梁基本形成转动机构， 当荷载下降到 1 5 0 k N时， 梁体承载力基本丧失， 试件宣告破坏。整个 过程梁的变形越来越大， 进入塑性后变形明显增加， 试 件 1的试验结果见表 2 。其它试件试验过程类似。 ( 2 ) 滞回啮线。本文试验得到的梁跨中荷载一 变 形滞回曲线图 4 。加载初期， 荷载与梁跨 中变形基本 呈线性关系； 随着往复荷载的加大， 曲线偏离直线； 当 荷载达到 1 0 0 k N后 ， 跨中变形 明显增大， 进入弹塑性 阶段。最大承载力时， 试件的变形呈直线水平方向发 展， 随后曲线下降， 直到试件梁完全破坏。 变形， 棚 m 图4荷载一 变形滞回曲线 滞回曲线稳定饱满， 试件梁的完整滞 回环如图5 所示。能量耗散系数是衡量结构抗震的主要参数 ， 其 计算表达式为 E = S ( A B C + C D A ) - 2 2 6 式中， S c a n t + ， 为滞回曲线一个循环所包围的轮 廓面积， 是结构一个循环所耗散的能量； ( 呲+ o D F 】 为本 结构相同的线弹性体吸收的能量。 普通现浇钢筋混凝 土结构的耗能系数在 1 82 5 之间， 由式( 1 ) 可知在 地震荷载作用下 ， 采用植筋加固的混凝土框架耗能系 数为2 2 6 ， 和现浇混凝土框架耗能基本一致。 ( 3 ) 延性。 延性系数 是反映结构塑性变形能 力的一个指标， 是 8 5 极限荷载时所对应的塑性变形 与梁屈服时的变形之比， 其计算式如下： = J , ( 2 ) 试件1 的骨架曲线见图6 。 经计算试验梁在反复荷 载作用下的延性系数 =2 0 4 9 1 3 5：1 5 2 。 一般钢 筋混凝土抗震结构要求延性系数为34 ， 锚固试验梁 的延性系数远大于 4 ， 证明该类植筋混凝土节点的延 性是安全可靠的， 完全满足抗震要求。 同时也满足“ 强 柱弱梁” 、 “ 强剪弱弯”和“ 强节点”的设计原则。 2 理论分析与对 比 钢筋混凝土框架梁 的受力性能及基本理论 已 很成熟 ， 可以计算出框架梁的内力， 从而推出作用力的 大小。 采用的混凝土强度等级为 C 3 0 ， 其抗压强度设计 5 8 低温建筑技术 2 0 1 3年第 1 1 期( 总第 1 8 5期) 2 o 0 z 1 0 0 囊 。 一 1 0 0 ， B 0 j c E D 一 1 O O l O 2 0 变形 t o m 图5滞回曲线滞回环面积示意图 ， ， f u 一 u J U一 、 ， 一 ： 1= = = ， 变 , n m 图6骨架曲线 值 取 为 1 4 3 3 N m m 2 ， 抗 拉 强 度设 计 值 取 为 1 4 3 N m I I l 2 ， 抗拉强度标准值 为 2 0 1 N m m 2 ， 钢筋 的抗拉强度设计值为 3 6 0 1 N m m 2 。 试件梁正截面的开 裂弯距如式( 3 )所示。 Mlk= ， y ：2 O 13 3 7 5 X 1 0 s 1 5 0 ：4 5 k N m ( 3 ) 肘 =P I o 8 ( 4 ) 两端固结的梁在跨 中集中荷载作用下 的跨中弯 矩如式( 4 ) 所示。 在跨中混凝土开裂时， 试验所加集中 力理论值为： P tk=8 M l o=2 7 6 k N ( 5 ) 试件梁钢筋屈服时， 跨中施加的集中力理论值为： P =8 f 0=9 9 5 k N ( 6 ) 理论计算值与试验结果比较如表 3所示。 从表中 可以看出二者吻合 良好。 可见植筋锚 固长度完全符合 要求 ， 和一起浇筑到一起的效果是一样的。 表 3 理论计算值与试验结果对比 按照混凝土结构设计规范 的要求 ， 对钢筋锚固 长度给出了公式， 见式( 7 ) 。 。 = 0 1 4 。 3 6 4 0 3_d =3 5 d ( 7 ) 本文试验采用的锚固长度为 1 5 d 、 2 0 d和 3 0 d ， 试 验过程结构破坏合理 ， 没有发生拨出、 滑移或脱胶的现 象， 而且随着锚固长度的增加， 节点破坏越不明显， 锚 固完全符合要求。若应用规范给出的公式计算锚固长 度 ， 显然偏于安全0因此对于植筋锚固钢筋长度建议 采用 2 0 d ， 可为植筋锚固结构规范提供参考。 3施工建议 试验能够取得如此成果， 离不开对植筋胶材料的 严格要求和正确的施工方法 ， 为在实际工程中充分发 挥植筋胶的性能， 将施工归纳为以下 4点： 预处理 ： 锚固前 ， 在混凝土构件上准确定位钻孔 ， 然后清除孔内 粉尘， 冲水清洗， 待植钢筋表面除锈、 去污和糙化； 混合胶 ： 用砂浆搅拌机分别搅拌 A、 B组份 ， 然后按重 量比( A： B= 3 ： 1 ) 准确称量 A、 B组份 。将主剂 A与 固化剂 B倒在同一容器中， 低速搅拌， 调胶混合均匀， 否则会影响粘接强度； 植筋 ： 将搅拌均匀的树脂注 入孔内， 注胶量应为所钻孔体积的 2 3以上。将处理 好的钢筋或螺杆插入孔中， 放人时缓慢转动钢筋 ， 让孔 与钢筋和四周混凝土全面粘合。树脂固化前请静止锚 固件 ， 以免影响锚 固效果； 养护： 当结构经过 2 4 h固 化后方可绑扎箍筋 ， 浇筑混凝土。 4结语 鉴于 目前植筋锚固技术规程尚不完善， 本文以不 同植筋锚固长度为参数开展 了混凝土框架梁植筋锚 固低周反复荷载试验 ， 获得滞回曲线、 耗能系数和延 性 ， 与理论计算进行了对比， 提出植筋锚固长度设计建 议。 最后给出该类工程施工建议， 可为建筑物加层、 改 造及新旧混凝土结构连接等工程提供 良好的参考。 参考 文献 1 赵国藩 ， 刘健 。 等 新老混凝土牯结抗拉性能的试验研究 J 建筑结构学报， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 2 ) ： 5 1 - 5 6 2 刘向华 植筋粘结锚固性能的试验研究及可靠度分析 D 合肥 ： 合肥工业大学 ， 2 0 0 4 3 】 阎锋， 张惠英 在钢筋混凝土基材上植筋的拉拔试验研究 J 建筑技术， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 6 ) ： 4 4 2 4 4 4 4 姜长顺 ， 刘振清， 等混凝土结构胶锚固钢筋试验 J 建筑 结构， 2 0 0 7 ， 2 2 ( 4 ) ： 1 5 2 1 5 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范 s 6 G B 5 0 0 1 0- 2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范 s 7 G B 5 D 3 6 7- 2 0 0 6 ， 混凝土结构加固设i - t 范【 s 收稿 日 期】 2 0 1 3 0 9一 o 6 作者简介】 单保龙( 1 9 6 1 一) ， 男， 河北唐山人。 工程师， 从事 土建施工方面的工作。 一 I 辅糠