陳　剛

[摘要]介紹混凝土結構改造、加固領域中的熱門技術植筋錨固技術的發(fā)展歷史，敘述植筋技術的研究和應用現狀，展望植筋技術的研究方向和應用前景。

[關鍵詞]植筋結構膠發(fā)展

中圖分類號：TU4文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)0210078—01

一、前言

植筋化學植筋及螺桿，簡稱植筋，是我國工程界廣泛應用的一種后錨固連接技術，系以化學膠粘劑錨固膠，將帶肋鋼筋及長螺桿膠結固定于混凝土基材鉆孔中，通過粘結與鎖鍵(interlock)作用，以實現對被連接件錨固的一種組件。植筋技術作為一種新型的加固技術，不僅具有施工方便、工作面小、工作效率高的特點，而且還具有適應性強、適用范圍廣、錨固結構的整體性能良好、價格低廉等優(yōu)點。因而，植筋技術廣泛的應用于各類建筑結構增建、變更等的受力鋼筋錨固，結構加固工程中橫梁、柱頭、樓板、剪力墻等受力鋼筋錨固，以及各類附屬結構、機械設備、管道、支架、幕墻等安裝時的螺桿錨定。

二、國外發(fā)展歷史及現狀

植筋技術是在膨脹螺栓(mechanical expansion shell bolt)的基礎上慢慢發(fā)展起來的。膨脹螺栓能在錨固區(qū)周圍產生很高的應力，因此當受到荷載作用時，特別是受到動力荷載作用時，膨脹螺栓很容易松動。為了克服膨脹螺栓的缺點，早在1959年德國首先研究了樹脂膠囊(resin capsule)用于錨固礦山錨桿。此后這一技術在上世紀60～70年代廣泛應用于礦山、隧道等工程建設中。到了八十年代，這一技術的應用范圍更為廣泛，并逐漸發(fā)展成為一種新的鋼筋錨固形式后錨鋼筋。國外對植筋粘結錨固性能的研究始于上世紀八十年代，其中主要集中在瑞士、德國、美國等一些發(fā)達國家。

植筋錨固受力性能研究的一個顯著的特點是以大量的試驗研究為基礎。斯圖加特大學Eligehausen等人(1984)，Doerr等人(1989)根據實驗結果分別推導了預估錨栓的拔出力的計算公式。由于化學粘結錨栓的破壞面常發(fā)生在混凝土和混凝土與粘結劑的表面，因此他們的公式都是通過總結混凝土破壞區(qū)域和粘結劑與混凝土結合層破壞深度范圍內的平均剪力或最大剪力得到的。

Florida大學教授Ronald A.Cook在1993年就報道了在美國進行的280個試驗結果，這一試驗研究有167個測試在Florida大學進行，有113個測試在Texas大學完成。在試驗的基礎上總結4種破壞模式，并提出設計方法，可用來估算化學粘結錨栓的拉拔強度，設計方案考慮了拉伸測試中典型埋深的破壞模式(混凝土錐體破壞，粘結破壞，混凝土錐體粘結復合破壞)，提出了以彈性理論為基礎的計算方法。

至2001年，Cook等人用12個國家的20種產品，共做了765個試驗，分別考慮了影響錨栓極限承載力的各個因素。這些因素包括在安裝過程中的影響因素如鉆孔條件、混凝土強度、混凝土級配等，安裝后影響因素如較短的粘結養(yǎng)護期、高溫的受力環(huán)境等。此外，化學膠的使用環(huán)境對植筋受力性能的影響也已受到關注，Higgins等人研究了使用過程中暴露的環(huán)境因素的影響，如紫外線、在酸雨作用下的干濕交替對植筋承載力的影響，研究結果表明，植筋的粘結強度不受紫外線和酸雨作用下干濕交替的影響。

在實際工程中特別是當植筋技術用于結構加固、結構改造、結構拓延等情況時，基材混凝土處于零應力狀態(tài)的情況是極少見的，有時甚至會處于受拉區(qū)或處于框架節(jié)點等復雜應力狀態(tài)，這時植筋的粘結錨固性能顯然會大大下降，并將直接影響到結構的受力性能。因此近幾年國外學者的研究不單單關注混凝土塊體中的植筋拉拔試驗研究，而且開始研究基材混凝土處于復雜應力狀態(tài)下的植筋力學性能。

Eligehausen等人對混凝土植筋梁和板進行了靜力試驗，試驗結果表明，混凝土保護層開裂引起了植筋構件的破壞；植筋構件的極限承載力能夠達到非植筋構件的承載力，其粘結強度與非植筋構件的粘結強度也相差無幾。Eligehausen認為廠家給出的結構膠粘結強度設計值是基于植筋有較厚的混凝土保護層厚度，而實際構件中的實際保護層厚度要小，設計值偏高。

三、國內發(fā)展歷史及現狀

植筋技術的發(fā)展是隨著建筑結構膠的發(fā)展而發(fā)展起來的。建筑結構膠于上世紀八十年代初期在我國開始使用。1983由中科院大連化物所與遼寧建科所共同合作研制出我國第一種實用的JGN型建筑結構膠，填補了國內建筑結構膠領域的空白。我國建筑結構膠至1983年開發(fā)至今的二十多年里，發(fā)展迅速，產品能夠滿足大部分工程需要，目前研究主要集中于特種性能建筑結構膠的開發(fā)，如耐高溫、抗凍、可焊等。

國內對植筋力學性能的試驗研究主要集中于單向拉拔試驗，熊學玉等為研究植筋的粘結性能、確定植筋抗拉強度、破壞形態(tài)及其影響，結合某高層住宅植筋加固工程進行了植筋的拉拔試驗，分析了不同植筋強度、不同的環(huán)境條件對粘結性能的影響并給出了設計、施工建議。

司偉進等用拉拔試驗探討植筋錨固試件鋼筋的粘結錨固特性，主要就鋼筋相對錨固長度、受力鋼筋根數、橫向配筋等因素對環(huán)氧砂漿植筋錨固鋼筋混凝土試件承載力的影響進行了研究。結果表明，在錨固鋼筋滿足一定長度(15d)的情況下，植筋錨固構件后錨固鋼筋的靜力性能是可靠的。

同濟大學張建榮等為研究植筋的粘結性能、確定植筋極限抗拉強度、破壞形態(tài)及影響，進行了5組21根鋼筋的混凝土植筋錨圃拉拔試驗。得到了植筋的5種破壞形態(tài)，如圖1所示，并指出植筋受力粘結錨固破壞可分為四個階段：粘結階段、粘滯階段、劈裂階段、滑移階段。

近些年隨著植筋的應用越來越廣泛，研究除了單純的拉拔試驗外也開始涉及結構構件中的植筋受力性能的研究。

同濟大學張建榮等為研究混凝土結構在受拉區(qū)進行植筋錨固的粘結錨固機理和破壞形態(tài)，進行了采用植筋技術進行受拉主筋搭接的鋼筋混凝土梁受彎試驗，植筋深度分別為8d、10d、12d、15d、20d、25d、30d。結果表明，試驗中植筋只有在深度≥15d時，植筋與混凝土產生滑移發(fā)生混合界面拔出破壞，植筋屈服，梁發(fā)生塑性破壞。這與單向拉拔試驗中植筋埋深為10d時即發(fā)生鋼筋拉斷的破壞結果有很大差別，說明植筋在梁受拉區(qū)時，其粘結錨固性能有很大的下降。

東南大學陳忠范、程文瀼等通過低周反復水平荷載作用下鋼筋混凝土加層節(jié)點柱的試驗研究，結果表明縱筋屈服后的粘接滑移量較大。裂縫開展較寬，但仍可滿足使用階段的設計要求，抗震耗能性能及變形滿足要求，但是其植入深度應該滿足≥15d。

同濟大學張建榮等進行了混凝土植筋梁式試件的2×106的疲勞加載試驗，結果表明，疲勞加載對試件的極限承載力的影響不明顯，其破壞形態(tài)、極限承載力、延性和耗能性能與非植筋柱近似。

近幾年國內對在植筋在特殊條件下的受力性能進行研究，如在潮濕環(huán)境下的植筋施工、爆炸荷載下的植筋的錨固性能、植筋錨固試件在凍融循環(huán)后的力學性能以及高溫下的植筋力學性能等。

四、植筋技術的應用

進入90年代，隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的進步，各種新材料、新技術、新工藝應運而生，植筋技術得到了前所未有的發(fā)展。建筑結構膠新品種不斷問世，各種粘鋼加固、深孔錨筋的公司也如雨后春筍在全國各地競相成立。與此同時國外的一些知名企業(yè)，如德國的FISCHER、瑞士的HILTI等也不失時機進入中國，已占據了中國大半個市場，形成了國產產品與進口產品激烈競爭的局面。激烈的市場競爭使得各種建筑結構膠在不斷改變自身性能的同時，價格也在不斷地下降，從而在經濟和技術上可靠的保證了建筑結構膠的應用。最近幾年植筋錨固技術頻頻應用于一些重大工程中，如當今國內大型標志性建筑上海的金茂大廈梁板鋼筋生根、上海八萬人體育場柱體鋼筋生根、北京東方廣場基礎地板植筋、北京國際金融大廈梁板柱鋼筋生根、北京信達大廈懸挑結構鋼筋生根、中華世紀壇、國際會議中心等均采用了這一技術。植筋技術不僅取得了良好的經濟效益和社會效益，而且也使這一技術逐漸深入人心。

五、結論和建議

1、由于植筋技術這一后錨固技術有著無可比擬的優(yōu)勢，在結構的加固、改造、改建、拓延中將得到更加廣泛的應用。

2、植筋的應用多見于結構構件中，而研究還主要集中于拉拔試驗，植筋在構件中的應用的研究還有待深入，需要加快研究步伐。

3、當前植筋技術已經廣泛地應用于工程實踐的各種工況中，而理論研究相對落后于工程實踐，不可避免地會存在一定的不安全因素，因此需要對植筋技術進行進一步的研究，如植筋整體結構的抗震性能、植筋的耐久性能、特殊工況下的植筋性能等等。

作者簡介：

陳剛，男，浙江杭州人。同濟大學土木工程學院結構專業(yè)06級碩士，主要研究方向為混凝土結構。