帶錨固板鋼筋的機械錨固強度試驗研究

高志鋼

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030012)

1 帶錨固板鋼筋錨固與帶彎鉤鋼筋錨固的對比

帶彎鉤鋼筋錨固是傳統的施工方式，隨著技術的升級，現階段帶錨固板鋼筋錨固的應用頻率有所提高，顯然后者有其突出的應用優勢，為了更為直觀地認識兩者的應用特點，對其做對比分析，具體如表1所示。

表1 應用特點的對比分析

2 拉拔試驗

試件總量為115根，試驗考慮的是兩類，即帶彎折鋼筋與Φ25、Φ32、Φ40 mm帶錨固板鋼筋，綜合考慮保護層厚度、鋼筋直徑、箍筋配置、埋入深度等多項因素，分別探討各項因素對兩類鋼筋所帶來的影響，評價指標考慮的是錨固強度和滑移變形兩個方面。

拉拔試驗時，根據試驗要求適配相應的裝置，具體組成如圖1所示。

圖1 拉拔試驗裝置

拉拔試驗期間詳細觀察、全面記錄，具體做如下分析。

1)從機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勢，鋼筋埋入長度為0.4la時可以取得較為突出的錨固效果，相比于規范中的0.7la而言有大幅度的減小(以相對頭面積為4.5為例)。通過與帶90°彎折段鋼筋的對比分析發現，無論是錨固強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。

2)帶錨固板鋼筋的機械錨固性能受到多項因素的影響，主要體現在混凝土強度、保護層厚度、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定性。若埋入深度過小，此時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，鋼筋的性能優勢得到充分的顯現，極限強度較高。

4)埋深一致時，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

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

圖2 拔出試驗裝置

圖3 推出試驗裝置

試驗結論如下。

1)外力由粘結力與局部承壓力承擔，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力可用于承擔鋼筋內力，經過一段時間后，鋼筋即將達到屈服狀態，此時隨即由錨固板承擔。可以發現，在合理設置錨固板后，有利于提高鋼筋錨固的后期強度。

4 節點試驗

4.1 設計思路

精細化組織抗震框架設計工作，構成穩定可靠的抗震屈服機構，配套帶錨固板縱向受力鋼筋節點試件，用于優化梁端或梁、柱端的受力條件，使得該部分屈服先于節點的剪切破壞。換言之，在試驗過程中，做低周反復加載處理，在此期間應當確保梁、柱端部有足夠的穩定性，無任何程度的剪切破壞；節點核心區由于經過反復變形，在某個時間節點失效；柱端、梁端的抗彎能力比值超過1.2；梁與節點交界處布設有梁縱筋，此部分構件最先進入屈服狀態。

4.2 頂層端節點設計

取兩個頂層端節點試件，組織試驗分析。對兩個試件分別做以下考慮：第一個試件，按帶標準彎鉤鋼筋節點計算，該鋼筋與帶錨固板鋼筋在埋入深度上保持一致，簡化節點，驗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；第二個試件，指的是應用套筒與錨固板改進的節點試件，經過相應的改進處理后，確定更為簡單的、明確的傳力機理。

4.3 中間層端節點設計

取兩個中間層端節點試件，各自的基本特點為：其一為帶彎鉤鋼筋試件，其二為前者的改進形式。區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屬性均一致。

5 鋼筋機械錨固性能研究試驗設計

5.1 試驗裝置

頂層端節點、中層端節點試驗中，為了順利完成試驗，配套拉壓千斤頂、力傳感器、位移傳感器、千分表等相關裝置。

5.2 測點的布置

柱頂軸壓力及梁端拉壓荷載，為測定此類數據，采用的是力傳感器裝置；在柱與節點交界面柱筋及其端部設應變片，用于測定柱縱筋應變，類似地，節點區梁縱筋應變則通過應變片檢測而得；適配百分表，通過此裝置的應用，測定節點核心區的剪切變形。

5.3 加載方式

加載是試驗中的重點操作內容，應遵循連續性和均勻性的基本原則，做反復加載操作，同時無論是加載還是卸載，均要盡可能保證速度的均勻性。隨著加載進程的推進，達到試件極限荷載的下降段時，需要根據實測結果加以控制，以保證下降值穩定在最大荷載的85%左右。

5.4 拉拔試驗結果及分析

5.4.1 試驗結果分析

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。可以發現，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應的錨固能力，對于第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考慮對象，在埋深為18db時，該值為1.29，經過觀察發現，試件均有受損的跡象，具體表現為鋼筋拉斷破壞；而埋深為14db時，該值為1.16，從試驗期間的觀察結果來看，錨板下混凝土局壓破壞。對于第4、5組，進一步改變埋深，在9db時，鋼筋的性能優勢得到明顯的顯現，達到85%的極限強度，而在14db時則達到“頂峰狀態”，即此時能夠完全發揮出鋼筋的極限強度。由此看來，錨固長度以9～14db較為合適。

5.4.2 試驗結果分析

1)試件位置。考慮第6、8組試件，經過分析后發現：埋深為14db時，角部試件的錨固能力相對較弱，相比之下邊部試件的能力更為突出。

2)錨固能力對比。考慮第8、9組試件，經過分析后發現：以埋深為14db的條件為例，從錨固能力的角度來看，帶錨固板鋼筋相對較高，相比于傳統的彎筋而言，可提升約20%。考慮第8、10組試件，經過分析后發現：依然以埋深為14db的條件為例，從錨固性能的角度來看，帶錨固板鋼筋相對較高，相比于傳統的彎筋而言，可超出約55%。

3)不同箍筋配置方向。考慮第9、10組試件，相比于箍筋與彎鉤垂直的試件而言，箍筋與彎鉤平行時試件具有更為突出的錨固性能優勢，通常可高出約30%。從破壞形式的角度來看，前者以彎弧段劈裂為主，后者的質量問題則集中在彎筋段，具體表現為保護層剝落。

4)埋入深度。考慮第7、8組試件，試驗結果表明，在埋入深度增加的條件下，鋼筋有更強的錨固性能，埋入深度為9db的試件的錨固性能有限，若將該值增加至14db，分析此時的破壞荷載可以發現該值基本與鋼筋拉斷荷載相當。由此看來，埋入深度為14db是關鍵的分界點，可將其視為錨板試件的錨固長度。

5)多頭數量。考慮第8、13、15組試件，試驗結果表明：在埋深均為14db時，不同試件的錨固能力有所差異，以單頭試件為參照基準，雙頭、三頭試件的錨固能力分別下降約35%、50%。對于第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，可以發現，不同直徑的鋼筋其對應的埋深有所差異，以25、32 mm直徑的鋼筋為例，各自的埋深分別為14、15.6db，由此進一步分析鋼筋屈服強度，得知前者更強，因此有理由認為在鋼筋直徑增加的條件下，錨固性能有所下降。

6 在節點中使用帶錨固板鋼筋的關鍵要點

1)以ASTMA970規程為準，選擇合適型號的帶錨固板鋼筋，保證此材料的質量。

2)合理規劃錨固板的放置區域，較為合適的是節點核心區，同時需要與遠端保持50 mm的距離。除此之外，合理設置錨固長度也至關重要，要求該值至少達到8d或150 mm。

3)根據節點的類型，靈活地控制帶錨固板鋼筋的錨固長度，若為1型和2型節點，則取標準彎鉤鋼筋錨固長度的75%。部分帶錨固板鋼筋臨接節點自由面，此時需著重考慮保護層的厚度，若該值在3d以內，則必須加強橫向約束，具體處理對象為錨固在節點中的箍筋。2型節點的鋼筋需承受較強的非彈性變形時，有必要加大橫向鋼筋的約束強度，合理狀態是該值達到延伸鋼筋屈服強度的1/4。

7 結 語

從極限承載能力、滑移變形性能兩個方面來看，帶錨固板鋼筋均具有更突出的性能優勢，其明顯超過帶彎折段的鋼筋，得益于該特點，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實意義，可減少鋼材的用量、提高混凝土的澆筑質量，有效突破傳統方式下構件截面小的局限性，即此時依然可以順利完成鋼筋錨固作業，并且實際取得的錨固效果可達到要求。

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