帶錨固板鋼筋在厚福大橋的實踐應(yīng)用

黃水華 （龍巖市恒達(dá)工程有限公司，福建 龍巖 364000）

1 引言

鋼筋錨固方式對混凝土的施工方法及質(zhì)量均會產(chǎn)生不同影響。傳統(tǒng)的直鋼筋錨固或彎折鋼筋錨固消耗較多鋼材，其較大的彎弧半徑造成梁柱部位鋼筋的擁擠、干擾，造成混凝土難澆筑，影響到項目質(zhì)量。

鋼筋的錨固長度不足時須將鋼筋彎折，若空間已經(jīng)擁擠了，沒條件進(jìn)行鋼筋彎折怎么辦？這時錨固板起作用了：把鋼筋與錨固板連接一起，就無需進(jìn)行鋼筋彎折了。

帶錨固板鋼筋的混凝土在力學(xué)模型中，其承壓力遠(yuǎn)小于鋼筋傳統(tǒng)彎鉤部位混凝土的承壓力，可消除鋼筋彎折處出現(xiàn)混凝土的碎裂。

2 錨固板現(xiàn)狀概述

近年來帶錨固板鋼筋已在多個大工程項目上進(jìn)行了應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好的社會效益。《鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ256-2011）等多個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實施對鋼筋錨固板的分類和性能要求、鋼筋錨固板的設(shè)計規(guī)定以及加工和安裝、檢驗驗收等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，有了理論依據(jù)。

3 帶錨固板鋼筋工作原理

3.1 受力機理

分兩階段：起初依靠混凝土和鋼筋之間的本身粘結(jié)力，當(dāng)達(dá)到最大粘結(jié)力之后逐漸下降；然后錨固力會逐漸降低并轉(zhuǎn)移到錨固板上，該階段會一直到錨固板接觸部位混凝土的承壓破壞或鋼筋屈服破壞，如圖1所示。

帶錨固板鋼筋受力機理與預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的局部受壓承載力中的“剪切破壞機理”相似，拱頂部位承受軸向局部荷載和側(cè)壓力傳導(dǎo)至下部的混凝土承壓，如圖2所示。荷載加大至開裂荷載時，T拉桿達(dá)到極限抗拉強度，縱向裂縫局部產(chǎn)生，如圖3所示。荷載加大，裂縫向外延伸，更多拉桿破壞，拱頂壓力中心至拉桿合力中心的力臂逐漸加大，拱頂側(cè)向壓力T與局部荷載D的比值有所下降，承壓板下混凝土所受的三軸應(yīng)力隨之發(fā)生變化，當(dāng)D與T的比值達(dá)到一定時，核心混凝土逐步形成剪切破壞的鍥形體，拱機構(gòu)最終破壞，如圖4所示。

圖2 帶拉桿拱結(jié)構(gòu)

圖3 局部縱向裂縫

圖4 拱結(jié)構(gòu)破壞

帶錨固鋼筋的錨板相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的錨板。當(dāng)核心混凝土最終破壞時，發(fā)生錨固破壞，即核心混凝土拔出。故為防止錨固板發(fā)生被拔出，需驗證其最小錨固長度。

據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2012）中的局部承載力計算。

配置間接鋼筋的混凝土構(gòu)件：

式中Fld承壓面受力值，ηs局部承壓修正系數(shù)，β局部承壓提高系數(shù)，圓形截面時取值為3。Aln混凝土承壓面積，pv取本文實際配筋值，其值為0.1。

式中Ab為混凝土破壞時擴(kuò)散面積，Al為混凝土承壓面積，如圖5所示。

圖5 混泥土破壞時擴(kuò)散面積

設(shè)鋼筋HRB400，鋼筋φ22mm，錨固長度為260mm，混凝土C40。鋼筋屈服強度為152kN,此時代入上式得：

所以，依據(jù)剪切理論：當(dāng)配置橫向鋼筋時，鋼筋被拔出時需要的力，明顯高于鋼筋的錨固強度值，故在埋入深度超過一定值時，此時，鋼筋的錨固性能是足夠得到保證的。

4 帶錨固板鋼筋試驗

4.1 試驗方案

試驗用的錨固板簡稱CABR鋼筋，是由圓形承壓板與六角螺帽2部，如圖6所示，錨固板材料用QT400-15鋼材。

并事先在鋼筋的靠錨固板位置粘貼應(yīng)變片，如圖7所示，以在試驗過程中得知鋼筋受力情況。

圖6 錨固板形狀

圖7 鋼筋應(yīng)變片位置

4.2 試驗過程

①未配置橫向約束的試件，當(dāng)混凝土為C30時，在加載初期，試件表面無明顯現(xiàn)象；隨著荷載加大，下部外露鋼筋伸長量有所增加，當(dāng)臨近構(gòu)件破壞荷載時，先在加載端的邊側(cè)出現(xiàn)細(xì)微裂縫，然后無預(yù)兆的出現(xiàn)混凝土炸裂，試件劈裂成四瓣或者更多。當(dāng)混凝土為C40～C50時，在加載初期，試件表面無明顯的現(xiàn)象；隨著荷載加大，下部外露鋼筋伸長量增加，當(dāng)臨近構(gòu)件破壞荷載時，先在加載端的邊側(cè)出現(xiàn)細(xì)微裂縫，然后無預(yù)兆的出現(xiàn)混凝土壓碎或者劈裂，試件劈裂成二瓣或三瓣。

②配置橫向約束箍筋的試件與為配置橫向約束箍筋的試件相比，在加載過程及最終破壞現(xiàn)象均有較大差別，呈現(xiàn)鋼筋塑性變化。當(dāng)剛開始加載，與未配置筋的試件現(xiàn)象相同，試件表面沒有明顯現(xiàn)象。加載至臨近極限荷載時，先在加載端出現(xiàn)細(xì)微裂縫，隨后聽到砰的一聲，在自由端出現(xiàn)混凝土脫落，緊接著鋼筋被拉斷。混凝土表面無裂縫，裂縫僅僅出現(xiàn)在加載端，如圖8、圖9所示。

圖8 加載端混凝土脫落現(xiàn)象

圖9 加載端混凝土脫落現(xiàn)象

③帶錨固板鋼筋與彎鉤錨固試塊試驗比較，如圖10所示。M2為螺紋錨固板鋼筋試塊，M3為焊接錨固板鋼筋試塊，M4為普通彎鉤鋼筋試塊。從試驗可知，在埋入長度一樣的情況下，3種試驗現(xiàn)象一致，混凝土表面無裂紋，裂縫僅出現(xiàn)在加載端。表面局部加載部位有碎裂，M2、M3比M4試塊碎裂范圍小。試驗數(shù)據(jù)對比見表1所示。

圖10 M2、M3、M4試驗現(xiàn)象對比圖

三個試塊試驗數(shù)據(jù)對比表 表1

4.3 試驗結(jié)論

①混凝土強度、保護(hù)層厚度和配置橫向鋼筋對鋼筋錨固性能有顯著影響；

②相同條件下，帶錨固板鋼筋和帶彎鉤鋼筋錨固性能表現(xiàn)相同；

③帶錨固板鋼筋的機械錨固性能良好。當(dāng)相對頭面積為4.5時，鋼筋埋入長度達(dá)到0.4La時，能有效實現(xiàn)鋼筋的錨固。

5 工程應(yīng)用案例

5.1 概況

厚福大道是漳永高速公路南互通至城區(qū)的主要通道，是省道219線漳平城區(qū)過境線的重要路段。工程按二級路標(biāo)準(zhǔn)改建，路基寬22.5m、雙向四車道、設(shè)計時速為40km/h。建設(shè)內(nèi)容主要為橋梁、道路、涵洞、路基排水等。項目主要特點是架設(shè)一座31m長的中橋和一座166m長的大橋。

5.2 帶錨固板鋼筋應(yīng)用范圍

①橋梁伸入蓋梁的縱筋直錨變?yōu)椴糠皱^固板錨固。即變?yōu)樯烊胫ё吘夐L度為800mm,鋼筋端頭加設(shè)錨固板，變更后保留的鋼筋錨固長度為原設(shè)計錨固長度的0.67倍。

②地系梁伸入墩柱的縱筋直錨變?yōu)椴糠皱^固板錨固。即變?yōu)樯烊腴L度750mm，鋼筋端頭加設(shè)錨固板，變更后保留的鋼筋錨固長度為原設(shè)計錨固長度的0.67倍。

③蓋梁縱筋端頭彎鉤錨固變?yōu)殄^固板錨固。

④蓋梁空心板梁為標(biāo)準(zhǔn)圖配筋，鋼筋支座布置位置，空心板梁截面內(nèi)縱筋伸入支座邊緣截面的錨固長度已達(dá)到規(guī)范要求，在縱筋端頭若加設(shè)錨固板能進(jìn)一步提高鋼筋的錨固性能，但須保證鋼筋端部截面混凝土保護(hù)層達(dá)6cm,需將縱筋在端部進(jìn)行適當(dāng)彎起加以保證。

以上變更均不改變結(jié)構(gòu)形式，不改變結(jié)構(gòu)受力性能。保留的鋼筋錨固長度均已滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2012）中的錨固長度要求，加之錨固板能大大增強鋼筋錨固性能。

5.3 錨固板的加工樣式

本工程錨固板原材料采用球墨鑄鐵QT450-10，錨固板可采購成品，易可加工成等厚圓形，見圖11、圖12所示。

圖11 M1錨固板示意圖

圖12 M2錨固板示意圖

5.4 關(guān)于錨固長度的規(guī)范要求

目前國內(nèi)無關(guān)于錨固板鋼筋在橋梁應(yīng)用上的相關(guān)規(guī)范，但在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）中，提到了機械錨固時，其錨固長度按式計算。

《鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ256-2011）中提到：

即在框架梁柱節(jié)點受力較為復(fù)雜的情況下，帶錨固板鋼筋的錨固長度取0.4或0.5的系數(shù)即可滿足帶錨固板鋼筋的錨固性能。所以，帶錨固板鋼筋埋入長度達(dá)到0.4La時，即能有效實現(xiàn)鋼筋的錨固。

另外，在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2012）規(guī)定：墩柱伸入蓋梁長度為：伸入長度不能小于蓋梁高度的2/3，而且還要扳成喇叭形狀。

直徑22mm的鋼筋按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定計算錨固長度為20d=440mm。美國規(guī)范錨固長度為7.3d=160mm。俄羅斯規(guī)范錨固長度為6.3d=138.6mm。按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)范為660mm。本設(shè)計變更除在端頭增加錨固板外，保留錨固長度為800mm，僅保留的錨固長度就能滿足上述所有規(guī)范內(nèi)容。

5.5 施工注意事項

①接頭加工前先墩平鋼筋端部；鋼筋絲頭長度應(yīng)滿足要求，允許公差為0～2.0p（p為螺距），鋼筋絲頭應(yīng)滿足6f級精度要求，達(dá)到要求的擰入長度，止規(guī)旋入不得超過3p。抽檢率為10%，合格率≥95%。

②安裝螺紋連接鋼筋的錨固板對連接強度的影響很小，一定扭矩的要求是防止錨板松動，影響導(dǎo)線頭的連接長度。與直螺紋的安裝扭矩相同。讓鋼筋絲頭能伸出錨固板，確保連接強度，便于檢查，絲頭外露長度大于等于1.0p。

6 結(jié)論

在工程中，錨固板能有效地降低錨固或搭接長度，節(jié)約鋼材，有利于高強度鋼使用；可減少鋼筋折彎和安裝的難度，讓鋼筋的加工、安裝更方便；可減輕梁柱節(jié)點等混凝土澆筑的難度，提高施工質(zhì)量；當(dāng)環(huán)氧涂層用于防止鋼筋銹蝕時，錨固板不需要增加錨固長度。

帶錨固板鋼筋可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、節(jié)省現(xiàn)場錨固的人工費和機械費、保障錨固質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。