陳剛

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院 浙江省杭州市 310016）

植筋技術(shù)在現(xiàn)實(shí)工程當(dāng)中已有多年歷史，其實(shí)際是利用化學(xué)粘結(jié)劑，把帶肋鋼筋或者是帶有絲紋的螺桿固定在混凝土基材鉆孔當(dāng)中，借助于鎖鍵與粘結(jié)的作用，錨固被連接件，且對(duì)螺桿強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度充分利用，將其作為條件明確其抗拉設(shè)計(jì)計(jì)荷載的技術(shù)類型。本文基于植筋搭接梁受彎試驗(yàn)，就植筋搭接梁靜力受彎性能作一分析。

1 植筋搭接梁靜力受彎概述

針對(duì)植筋而言，其實(shí)為后錨固技術(shù)的重要方式，其在實(shí)際操作中能夠?qū)㈩A(yù)埋件取代，無(wú)論是在固定附屬設(shè)施上，還是在幕墻安裝及設(shè)備安裝方面，均有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與作用，因此，在各類工程中得到廣泛應(yīng)用。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，在研究粘結(jié)錨栓技術(shù)方面，已經(jīng)形成龐大的系統(tǒng)體系，且還制定有針對(duì)性的技術(shù)規(guī)程，用于工程施工的指導(dǎo)。近年來(lái)，我國(guó)在此方面也已開(kāi)展多層面研究與實(shí)踐應(yīng)用。但是，需要指出的是，國(guó)外所開(kāi)展的試驗(yàn)研究，大多集中在粘結(jié)錨栓的拉拔試驗(yàn)上，也就是鋼筋或者是錨栓被植入到大塊的預(yù)制混凝土塊當(dāng)中，然后對(duì)其施加一定程度的單向拉拔力，直至破壞。在國(guó)內(nèi)，同樣開(kāi)展了植筋拉拔試驗(yàn)，并且從中得到了有價(jià)值的研究成果；有學(xué)者基于低周反復(fù)力作用下，開(kāi)展了關(guān)于植筋構(gòu)件恢復(fù)力特性方面的研究，但針對(duì)此試件而言，其中的鋼筋同樣埋植于比較大的混凝土構(gòu)件當(dāng)中。

針對(duì)植筋搭接梁靜力受彎試驗(yàn)而言，其在我國(guó)同濟(jì)大學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室中得到開(kāi)展，并且相關(guān)學(xué)者還制定了具體的研究報(bào)告。針對(duì)此試驗(yàn)而言，其內(nèi)容為圍繞8根植筋搭接梁開(kāi)展針對(duì)性的靜力受彎試驗(yàn)，在受彎構(gòu)件純彎段中植筋混凝土的粘結(jié)錨固機(jī)理，以及其破壞形態(tài)為主要研究?jī)?nèi)容。在該試驗(yàn)當(dāng)中，觀察與測(cè)量的內(nèi)容主要是：①在靜力加載過(guò)程中，植筋搭接段鋼筋的應(yīng)變值的測(cè)定；②就試件梁混凝土在上述試驗(yàn)當(dāng)中具體的應(yīng)變值進(jìn)行測(cè)定；③對(duì)梁受彎撓度伴隨荷載變化而發(fā)生改變的過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)；④觀測(cè)裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，另觀測(cè)構(gòu)建當(dāng)前的破壞形態(tài)。

2 制作植筋搭接試驗(yàn)梁

本試驗(yàn)工有8根試驗(yàn)梁，矩形截面為b×h=400×500，而梁長(zhǎng)為5000mm。試件所運(yùn)用的鋼筋、材料的植入深度：箍筋HPB235，φ8mm；縱向主筋HRB335，φ22mm；受拉區(qū)架立鋼筋HPB235，φ4mm；植筋膠為慧魚(yú) FISV360，F(xiàn)ISEM390；鋼筋植入深度 hef：25d（550mm）、30d（660mm）、15d（330mm）及 20d（440mm）；另外，保護(hù)層厚度為 25mm。

3 植筋搭接梁受力機(jī)理

本文以最新修訂的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》為基本著眼點(diǎn)，依據(jù)普通鋼筋混凝土梁的相關(guān)計(jì)算原理，深入剖析植筋粘結(jié)錨固所具有的受力性能，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)植筋搭接梁相應(yīng)受力特征進(jìn)行研究。

3.1 承載能力極限狀態(tài)

依據(jù)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)，并與植筋錨固長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式相結(jié)合，獲得植筋搭接梁臨界錨固長(zhǎng)度，即hy=18d。然后依據(jù)《規(guī)范》當(dāng)中的具體規(guī)定，完成假設(shè)，計(jì)算植筋搭接梁的極限荷載理論。

（2）如果錨固長(zhǎng)度hef＜hy，那么可得出：τu×π×D×hef=σs×A③；α1fcbx=σsAs·n④；然后與公式②相結(jié)合，便能獲得極限承載力Pmax。

3.2 撓度計(jì)算理論

針對(duì)植筋搭接梁來(lái)講，在計(jì)算撓度時(shí)，主要分兩部分來(lái)開(kāi)展：①基于最小剛度原則法，將外荷載作用下所產(chǎn)生的撓度計(jì)算出來(lái)；②將因植筋的粘結(jié)滑移所形成的附加撓度值計(jì)算出來(lái)。

3.2.1 依據(jù)最小剛度原則法，將撓度f(wàn)計(jì)算出來(lái)

依據(jù)《規(guī)范》中具體規(guī)定，針對(duì)受彎構(gòu)件相應(yīng)撓度來(lái)講，需依據(jù)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，且將荷載長(zhǎng)時(shí)間作用下影響的剛度B考慮在內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，結(jié)合混凝土構(gòu)件帶裂縫實(shí)際工作特點(diǎn)，用最小剛度原則，將構(gòu)件撓度計(jì)算出來(lái)。

3.2.2 考慮滑移量所生成的附加撓度的計(jì)算

針對(duì)植筋搭接梁，不僅要將正常使用極限狀態(tài)下的撓度變形考慮在內(nèi)，還需考慮植筋膠與混凝土間，以及植筋膠與鋼筋間所產(chǎn)生的附加撓度值。首先，對(duì)各錨固長(zhǎng)度試驗(yàn)梁相應(yīng)滑移量進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)所得出的植筋搭接梁粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，經(jīng)反推，從中獲得具體界面的粘結(jié)應(yīng)力作用下的滑移計(jì)算公式。然后依據(jù)公式③，并結(jié)合混凝土正截面受彎公式計(jì)算，將彎矩作用下各錨固長(zhǎng)度的滑移量S計(jì)算出來(lái)。

其次，將滑移生成的撓度曲率增大系數(shù)計(jì)算出來(lái)。在外荷載作用下，由于各錨固長(zhǎng)度的植筋搭接梁，會(huì)出現(xiàn)不同的滑移量，因此，其對(duì)撓度所產(chǎn)生的影響也是存在不同的。本文通過(guò)對(duì)截面曲率增大系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從中得到滑移的附加撓度。依據(jù)鋼筋混凝土梁的平截面假定，進(jìn)行假設(shè)：①假設(shè)混凝土受壓區(qū)的應(yīng)變與應(yīng)力關(guān)系即為典型的線彈性關(guān)系；②省略荷載作用下的中性軸所呈現(xiàn)出的偏移；③不將受拉區(qū)混凝土應(yīng)力考慮在內(nèi)；④省略由滑移所造成的截面應(yīng)力重分布。依據(jù)上述所給出的平截面假定，于短期荷載的持續(xù)影響與作用下，截面應(yīng)變主要存在如下關(guān)系：

在此公式當(dāng)中，ξ所代表的是荷載作用下截面與受壓區(qū)相對(duì)的高度；而ρ、υ'分別代表的是受拉鋼筋的配筋率與受壓鋼筋的配筋率；ω所代表的是混凝土彈性模量與鋼筋之間的比值；μ'所代表的是受壓鋼筋保護(hù)層與h0之間的比值?；诨票憧傻玫角试龃笙禂?shù)。針對(duì)跨中撓度的最終結(jié)果而言，如果將滑移量所生成的附加撓度考慮在內(nèi)，跨中撓度值f'=f（1+λ）⑦。

計(jì)算結(jié)果與對(duì)比：從鋼筋在屈服之前的跨中撓度伴隨彎矩的變化情況得知，經(jīng)對(duì)比，粘結(jié)應(yīng)力所生成的滑移量對(duì)撓度并未產(chǎn)生較大影響，針對(duì)各錨固長(zhǎng)度的植筋搭接梁，當(dāng)其在彎矩作用與影響下，會(huì)形成跨中撓度，并且還是比較接近的。另外，通過(guò)對(duì)比于試驗(yàn)結(jié)果，理論計(jì)算結(jié)果接近于試驗(yàn)結(jié)果，表明此計(jì)算方法準(zhǔn)確且可行。

4 相關(guān)建議

本文以既往試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》當(dāng)中的基本計(jì)算假定為參照，對(duì)植筋搭接梁相對(duì)應(yīng)的極限承載力、跨中撓度變形展開(kāi)系統(tǒng)化分析，并將計(jì)算公式導(dǎo)出來(lái)。通過(guò)上述試驗(yàn)可知，針對(duì)粘結(jié)應(yīng)力而言，其所產(chǎn)生的滑移量，并沒(méi)有較大程度影響著撓度，在彎矩的作用下，不同錨固度的植筋搭接梁，所形成的跨中撓度是比較接近的。另外，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比，試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果相一致，表明此方法可行。筆者給出如下建議：

（1）經(jīng)系統(tǒng)化理論分析驗(yàn)證，從中得知，在基本假定得到滿足的情況下，可依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》當(dāng)中的具體要求與規(guī)定，對(duì)植筋搭接梁開(kāi)展針對(duì)性的承載能力極限狀態(tài)分析計(jì)算。

（2）針對(duì)植筋搭接梁，需與各植筋膠的粘結(jié)極限強(qiáng)度相結(jié)合，依據(jù)鋼筋、混凝土等的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，首先將其臨界錨固長(zhǎng)度計(jì)算出來(lái)，然后進(jìn)行深入分析，將臨界錨固長(zhǎng)度作為接線，開(kāi)展相關(guān)計(jì)算。

（3）經(jīng)理論計(jì)算，以及實(shí)驗(yàn)對(duì)比得知，針對(duì)植筋搭接梁，如果其錨固長(zhǎng)度存在大于臨界錨固長(zhǎng)度情況時(shí)，極限承載力與錨固長(zhǎng)度之間并無(wú)關(guān)聯(lián)性。但需要指出的是，錨固長(zhǎng)度如果存在小于臨界錨固長(zhǎng)度時(shí)，需將植筋系統(tǒng)粘結(jié)滑移所產(chǎn)生的影響考慮在內(nèi)，只有這樣，方能從中將極限承載力計(jì)算出來(lái)。

（4）經(jīng)理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比得知，粘結(jié)滑移量與植筋搭接梁的撓度之間，并無(wú)顯著關(guān)聯(lián)性。在計(jì)算撓度時(shí)，可依據(jù)普通鋼筋混凝土的最小剛度原則法來(lái)開(kāi)展。依據(jù)本文的計(jì)算，所得到的幾種錨固長(zhǎng)度植筋搭接梁撓度增大的系數(shù)，均能夠?yàn)楣こ虒?shí)際應(yīng)用計(jì)算提供依據(jù)與參考。