羅正根 王偉

【摘要】國內(nèi)工程與科研行業(yè)，鮮有墻體拉鉤鋼筋與主筋之間存在間隙時(shí)對(duì)墻體結(jié)構(gòu)抗震性能的研究，本文在試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了3套僅拉筋間隙為變量而其他因素均相同的模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示不同的拉筋間隙對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能無影響。

【關(guān)鍵詞】拉筋;間隙;試驗(yàn);抗剪承載力

某工程廠房采用美國混凝土協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范ACI349-2001《核安全規(guī)程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，其中屏蔽廠房設(shè)計(jì)為環(huán)形墻體，墻體內(nèi)徑19.96m，墻體標(biāo)準(zhǔn)厚度914mm，總高度約52.3m，該墻體內(nèi)外兩側(cè)各布置兩層水平與兩層豎向鋼筋，墻體兩側(cè)鋼筋通過拉筋拉結(jié)豎向主筋形成鋼筋籠子。ACI349-2001規(guī)范第21章節(jié)提到拉筋應(yīng)“engage”（譯為勾住或箍?。┛v向鋼筋，然而實(shí)際工程中，拉筋要完全與主筋貼緊不切實(shí)際。因此，本文設(shè)計(jì)了一套剪切試驗(yàn)用以研究分析拉筋間隙對(duì)墻體截面平面外抗剪性能的影響。

1、試驗(yàn)說明

剪切試驗(yàn)的目的為通過測(cè)試足尺廠房墻體結(jié)構(gòu)單元抗剪性能，評(píng)估間隙對(duì)廠房墻體平面外抗剪性能的影響，由于廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮更為保守的單向作用，因此設(shè)計(jì)梁構(gòu)件剪切試驗(yàn)。

剪切試驗(yàn)試件代表的廠房墻體的示意圖。為了測(cè)試試件的剪切性能，減少其它拉、壓、彎曲等應(yīng)力因素的干擾，采用四點(diǎn)加載純剪切加載方法。試件高度等于實(shí)際廠房墻體厚度。試件中部有效工作區(qū)域的厚度為450mm，其截面配筋等同墻體的一個(gè)配筋單元試件兩端的非工作區(qū)截面厚度加大，并增加了配筋，目的為在試驗(yàn)中剪切破壞發(fā)生在試件的有效工作區(qū)域。試件工作區(qū)的配筋代表實(shí)際墻體鋼筋布置，非工作區(qū)設(shè)置了額外的箍筋進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)還設(shè)置了防剝落鋼筋網(wǎng)片與腰筋。

為了研究拉筋與主筋間隙對(duì)抗剪性能的影響，在試件工作區(qū)的3根拉筋兩端均設(shè)置了相同的間隙，3個(gè)拉筋彎鉤交替布置。共對(duì)0in、1in和2in等3種間隙進(jìn)行了試驗(yàn)，每個(gè)間隙值進(jìn)行3個(gè)試驗(yàn)，共計(jì)9個(gè)試驗(yàn)，試件編號(hào)CJLX-Y。

試驗(yàn)采用單調(diào)加載， 試驗(yàn)中采用分配梁獲得兩個(gè)加載點(diǎn)的1：2的比例加載力關(guān)系，試驗(yàn)加載裝置。試驗(yàn)使用室2000t加載機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)采用靜力分級(jí)加載方式，每個(gè)加載步為200kN，每級(jí)加載后，荷載保持一段時(shí)間，以便觀測(cè)和繪制混凝土裂縫發(fā)展情況。

在工作區(qū)內(nèi)的每個(gè)拉筋布置三個(gè)鋼筋應(yīng)變計(jì)，以記錄試驗(yàn)過程中拉筋的受力變形情況;在工作區(qū)混凝土表面布置9個(gè)應(yīng)變花，以測(cè)量混凝土的平面內(nèi)應(yīng)變;同時(shí)測(cè)量試驗(yàn)梁工作區(qū)下表面布置3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)記錄豎向位移以及施工力傳感器記錄千斤頂施加的荷載。

2、試驗(yàn)結(jié)果

所有9個(gè)剪切試驗(yàn)顯示出了相同的試驗(yàn)現(xiàn)象與破壞過程：剪切裂縫形成與張開，拉筋斷裂，荷載迅速下降。以間隙為1in的CJL1-1試件為例，說明試驗(yàn)現(xiàn)象與破壞過程。CJL1-1試件在荷載作用下，剪切試驗(yàn)試件首先在加載點(diǎn)及支座相對(duì)的受彎區(qū)出現(xiàn)彎曲裂縫，當(dāng)荷載繼續(xù)增加時(shí)，試件工作區(qū)出現(xiàn)一條斜的剪切裂縫。隨著荷載的增加，剪切裂縫會(huì)擴(kuò)展并變寬，并有可能出現(xiàn)第二條剪切裂縫。當(dāng)達(dá)到峰值荷載時(shí)，伴隨著拉筋斷裂的聲音，剪切裂縫迅速張開，荷載迅速下降，結(jié)構(gòu)失效。

試驗(yàn)后對(duì)間隙為2in的CJL2-3試件進(jìn)行破碎以觀察內(nèi)部拉筋的情況，可以看出位于工作區(qū)中間的拉筋中部斷裂，該拉筋的斷裂導(dǎo)致了試件的失效。

拉筋的應(yīng)變記錄顯示，剪切裂縫出現(xiàn)之前拉筋中的應(yīng)變很小，當(dāng)荷載達(dá)到某一值時(shí)，剪切裂縫出現(xiàn)，剪切裂縫的出現(xiàn)反映在拉筋荷載-應(yīng)變曲線中，曲線上剪切裂縫附近的所有拉筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)測(cè)量值同時(shí)開始快速持續(xù)增長。拉筋應(yīng)變?cè)谶_(dá)到峰值荷載前即超過其設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變（拉筋的設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度為400MPa，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)?000微應(yīng)變）。因此試件最終的破壞原因?yàn)楣ぷ鲄^(qū)中間拉筋過度變形發(fā)生斷裂，導(dǎo)致混凝土剪切斜裂縫失去約束迅速變寬，喪失承載力。

從3個(gè)不同間隙試件中拉筋的應(yīng)變值可以看出在1in和2in間隙下拉筋在靠近端部的位置上的應(yīng)變值均達(dá)2000微應(yīng)變，從而均發(fā)展出了設(shè)計(jì)需要的拉應(yīng)力。值得注意的是，拉筋在荷載達(dá)到峰值荷載之前就已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的屈服應(yīng)力。從試件中可以看出直至試件失效，拉筋與主筋間的間隙不變，說明拉筋彎鉤有著良好的錨固能力，這解釋了在間隙存在的情況下拉筋中各處都能發(fā)揮出拉筋的屈服拉應(yīng)力。

結(jié)論：

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在一定間隙范圍存在的情況下，拉筋中各處均能發(fā)展出設(shè)計(jì)需要的拉應(yīng)力，從而完全發(fā)揮出其抗剪作用，因此不會(huì)影響廠房墻體的平面外抗剪性能。實(shí)際施工時(shí)，拉筋的間隙會(huì)因?yàn)榛炷帘Ｗo(hù)層厚度與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范受到定值約束，2英寸的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值是貼近了真實(shí)情況，本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為類似工程提供施工指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《ACI349-2001核安全規(guī)程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要求》

作者簡介：

羅正根（1983-），男，江西人，中級(jí)工程師，主要從事核電站設(shè)計(jì)管理土建類工作。