閆玉紅

(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030006)

0 引 言

植筋加固用于在原來結(jié)構(gòu)上新增梁板柱等構(gòu)件或者加大原有構(gòu)件的截面,主要有:改造工程中梁生根的植筋錨固[1,2],加層改造中鋼筋生根錨固[3]等諸多方面。近年來有不少大型工程都使用了結(jié)構(gòu)膠植筋技術(shù)[4],如北京的中山公園音樂堂改造,中國日報報社大樓加層,上海浦東的金茂大廈等工程均采用了這一技術(shù),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在結(jié)構(gòu)加固和改造過程中,焊接成為不可或缺的鋼筋連接方式。本文將分析探討諸如這樣的高溫環(huán)境,對鋼筋混凝土植筋結(jié)構(gòu)的錨固性能影響。

1 試驗概況

為了研究焊接溫度對植筋的粘結(jié)性能影響,進(jìn)行了不同錨固深度和焊接位置,不同鋼筋直徑的粘結(jié)性能試驗研究,主要包括:

(1)通過對不同直徑鋼筋(Φ 12、Φ 16和Φ 25)焊接溫度測試的試驗;

(2)通過不同錨固深度、不同焊接位置(焊接位置距離結(jié)構(gòu)膠表面距離為0mm,100mm和200mm)焊接后的拉拔試驗。

2 植筋焊接后的拉拔試驗

2.1 試件設(shè)計制作

植筋受到焊接溫度影響的拉拔試驗在鋼筋混凝土梁上進(jìn)行。

試驗梁尺寸和配筋情況如圖1所示,共3根,混凝土設(shè)計強(qiáng)度C30,實測平均抗壓強(qiáng)度為38.5 N/mm2。植入鋼筋Φ 12和Φ 16兩種,孔徑分別為 18mm和22mm。鋼筋材料試驗結(jié)果:Φ 12鋼筋屈服強(qiáng)度 401 N/mm2,極限強(qiáng)度574.7 N/mm2,延伸率24.4%;Φ 16鋼筋屈服強(qiáng)度385 N/mm2,極限強(qiáng)度548.7 N/mm2,延伸率22.3%。拉拔試驗的設(shè)計參數(shù)包括錨固長度(7D、10D和15D三種)和焊接位置(焊接點(diǎn)到混凝土表面膠層的距離有0mm、100mm、200mm三種)。

圖1 試驗梁尺寸和配筋情況

2.2 試驗與試驗現(xiàn)象

實驗采用油壓千斤頂對植入的鋼筋施加拉拔力,使用ZDY-300kN筒式傳感器和JCQ-301靜力荷載測試儀測量拉拔力的大小。試驗中,鋼筋采取分級加載,加載等級10 kN,每級加載的同時由YHD30百分表測得此時鋼筋相對滑移量,數(shù)據(jù)由TDS303數(shù)據(jù)采集儀自動采集,直到破壞。試驗加載和測量裝置見圖2。

加載初期,鋼筋所受到的拉力和鋼筋根部的位移呈線性關(guān)系,此時結(jié)構(gòu)膠處于彈性范圍內(nèi)。當(dāng)荷載繼續(xù)加大,鋼筋周圍的混凝土出現(xiàn)不同程度的豎向和斜向裂縫,開裂形式與鋼筋直徑和錨固深度有關(guān)。詳細(xì)的試驗現(xiàn)象如表1所示,圖3為植筋試件試驗全貌圖。

圖2 試驗加載與測量裝置

表1 試件分組和相應(yīng)的試驗現(xiàn)象

圖3 植筋試件試驗拉拔試驗后全貌圖和部分試件的試驗現(xiàn)象

2.3 試驗結(jié)果分析

2.3.1 極限承載力

從圖4～圖6中可知,隨著錨固長度的增加,植筋極限承載力有所提高。錨固深度的增加有利于植筋極限承載力的提高。另外,從圖中可以看出,焊接位置的確定對極限承載力起到?jīng)Q定性作用,焊接位置距離結(jié)構(gòu)膠層表面越近,焊接溫度對結(jié)構(gòu)膠的影響就越明顯,極限承載力就越低。

圖4 錨固長度7D焊接位置不同時的極限荷載

圖5 錨固長10D焊接位置不同時的極限荷載

2.3.2 拉拔力-滑移(P-s)曲線關(guān)系

試驗中測得同種鋼筋,相同錨固長度,不同焊接位置的P-s曲線如圖7所示。分析P-s曲線可得到以下結(jié)論:

圖6 錨固長度15D焊接位置不同時的極限荷載

在混凝土開裂前,曲線為線性關(guān)系,鋼筋的滑移量很小,表現(xiàn)出較大剛度,此時,直線斜率大小和焊接位置的距離成反比,鋼筋焊接位置對拉拔力大小有明顯影響。在混凝土開裂時,大部分構(gòu)件的P-s曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折,曲線斜率變小?；炷灵_裂后,植筋屈服前,曲線仍近似為線性,但是曲線斜率和開裂前比較相差明顯。植筋屈服達(dá)到極限荷載,或者結(jié)構(gòu)膠層發(fā)生破壞,達(dá)到極限承載力,曲線斜率急劇變小,滑移急劇增加,滑移量在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定或者上升的趨勢,具有較好的殘余粘結(jié)力。當(dāng)焊接位置距離膠層0mm時,膠層受到溫度影響比較明顯,滑移量比較大,極限承載力有很大的降低;當(dāng)焊接位置為100mm和200mm時,植筋的承載力和滑移量相差不大,拉拔力-滑移量曲線比較接近。

圖7 不同焊接位置的荷載-滑移曲線

2.3.3 植筋滑移量比較

植筋滑移量的大小是植筋錨固性能的一個重要指標(biāo)。保證小的滑移量是錨固良好的基本條件,也是判斷植筋破壞的標(biāo)志。

錨固深度的影響:錨固深度的增加在相同焊接位置時可以減少最終的滑移量;在焊接溫度的作用下,尤其是近距離焊接,錨固深度的增加不能減少初始滑移量;由于鋼筋的導(dǎo)熱性能,焊接溫度對植筋膠層上層部分的性能有明顯的削弱作用,這在錨固深度比較大的植筋構(gòu)件中更為明顯。

不同焊接位置對P-s曲線的影響:焊接位置距離結(jié)構(gòu)膠層越近,P-s曲線的初始斜率越小,即粘結(jié)剛度越小,極限荷載越小,滑移量越大;由于焊接的溫度作用,在結(jié)構(gòu)膠層上部產(chǎn)生的影響,增加錨固長度減弱焊接溫度對植筋性能的影響;焊接位置到結(jié)構(gòu)膠層表面距離小于100mm,錨固長度的增加對滑移量的增加沒有明顯作用。

鋼筋直徑的影響:鋼筋直徑越大,在受到相同焊接溫度影響時,滑移量減小,極限荷載的減少速度增加;隨著鋼筋直徑的增加,P-s曲線的初始斜率變大,即為初始粘結(jié)剛度隨著鋼筋直徑的增加而變大。

3 結(jié) 論

通過以上分析,可以得到以下主要結(jié)論:

(1)通過拉拔試驗,對兩種鋼筋(Φ 12和 Φ 16)采用了三種錨固長度(7D、10D和15D,D為鋼筋直徑),在三種不同的焊接位置(測得距離落弧點(diǎn)分別為0mm、100mm和200mm)焊接。結(jié)果表明:焊接位置距離為0mm時,滑移量都很大,極限承載力受到極大影響。隨著錨固長度的增加,植筋的滑移量逐漸減少;當(dāng)焊接位置大于100mm時,焊接溫度對初始滑移有明顯影響,但是對極限承載力和滑移總量影響較小。焊接位置距離為200mm時,焊接溫度對植筋的影響不明顯。

(2)施工建議:錨固長度過小直接影響到極限承載力,增大植筋的滑移量,所以,植筋的錨固深度必須符合設(shè)計的要求;適當(dāng)?shù)卦黾渝^固深度有利于植筋極限承載力的提高。但是為了防止初始滑移量的增大,在植筋中焊接位置距離植筋膠層應(yīng)大于200mm,或者采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧?/p>

[1]劉向華.植筋粘結(jié)錨固性能的試驗研究及可靠度分析[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2004.

[2]黃懷信.某購物廣場植筋加建樓面的結(jié)構(gòu)性能測試[J].廣東土木與建筑,2002,7(4):62-64.

[3]汪文忠.北京大學(xué)理科教學(xué)樓群獨(dú)立基礎(chǔ)植筋錨固技術(shù)[J].建筑技術(shù),2001,32(6):397.

[4]閆玉紅.高溫對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)植筋錨固性能影響的研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué),2006.