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        帶錨固板鋼筋的機(jī)械錨固強(qiáng)度試驗(yàn)研究

        2022-06-25 10:58:34高志鋼
        四川建材 2022年6期
        關(guān)鍵詞:試件荷載鋼筋

        高志鋼

        (山西四建集團(tuán)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(duì)比

        帶彎鉤鋼筋錨固是傳統(tǒng)的施工方式,隨著技術(shù)的升級(jí),現(xiàn)階段帶錨固板鋼筋錨固的應(yīng)用頻率有所提高,顯然后者有其突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),為了更為直觀地認(rèn)識(shí)兩者的應(yīng)用特點(diǎn),對(duì)其做對(duì)比分析,具體如表1所示。

        表1 應(yīng)用特點(diǎn)的對(duì)比分析

        2 拉拔試驗(yàn)

        試件總量為115根,試驗(yàn)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(hù)層厚度、鋼筋直徑、箍筋配置、埋入深度等多項(xiàng)因素,分別探討各項(xiàng)因素對(duì)兩類鋼筋所帶來(lái)的影響,評(píng)價(jià)指標(biāo)考慮的是錨固強(qiáng)度和滑移變形兩個(gè)方面。

        拉拔試驗(yàn)時(shí),根據(jù)試驗(yàn)要求適配相應(yīng)的裝置,具體組成如圖1所示。

        圖1 拉拔試驗(yàn)裝置

        拉拔試驗(yàn)期間詳細(xì)觀察、全面記錄,具體做如下分析。

        1)從機(jī)械錨固性能的角度來(lái)看,帶錨固板鋼筋在此方面有更加突出的優(yōu)勢(shì),鋼筋埋入長(zhǎng)度為0.4la時(shí)可以取得較為突出的錨固效果,相比于規(guī)范中的0.7la而言有大幅度的減小(以相對(duì)頭面積為4.5為例)。通過(guò)與帶90°彎折段鋼筋的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),無(wú)論是錨固強(qiáng)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(xiàn)。

        2)帶錨固板鋼筋的機(jī)械錨固性能受到多項(xiàng)因素的影響,主要體現(xiàn)在混凝土強(qiáng)度、保護(hù)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(wěn)定性。若埋入深度過(guò)小,此時(shí)可能有混凝土錐體拔出受損的問(wèn)題;而埋入深度在14d以上時(shí),鋼筋的性能優(yōu)勢(shì)得到充分的顯現(xiàn),極限強(qiáng)度較高。

        4)埋深一致時(shí),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(hù)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(yàn)

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

        圖2 拔出試驗(yàn)裝置

        圖3 推出試驗(yàn)裝置

        試驗(yàn)結(jié)論如下。

        1)外力由粘結(jié)力與局部承壓力承擔(dān),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(guò)程中的受力條件有所不同,其中初期埋入段的粘結(jié)力可用于承擔(dān)鋼筋內(nèi)力,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,鋼筋即將達(dá)到屈服狀態(tài),此時(shí)隨即由錨固板承擔(dān)??梢园l(fā)現(xiàn),在合理設(shè)置錨固板后,有利于提高鋼筋錨固的后期強(qiáng)度。

        4 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)

        4.1 設(shè)計(jì)思路

        精細(xì)化組織抗震框架設(shè)計(jì)工作,構(gòu)成穩(wěn)定可靠的抗震屈服機(jī)構(gòu),配套帶錨固板縱向受力鋼筋節(jié)點(diǎn)試件,用于優(yōu)化梁端或梁、柱端的受力條件,使得該部分屈服先于節(jié)點(diǎn)的剪切破壞。換言之,在試驗(yàn)過(guò)程中,做低周反復(fù)加載處理,在此期間應(yīng)當(dāng)確保梁、柱端部有足夠的穩(wěn)定性,無(wú)任何程度的剪切破壞;節(jié)點(diǎn)核心區(qū)由于經(jīng)過(guò)反復(fù)變形,在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)失效;柱端、梁端的抗彎能力比值超過(guò)1.2;梁與節(jié)點(diǎn)交界處布設(shè)有梁縱筋,此部分構(gòu)件最先進(jìn)入屈服狀態(tài)。

        4.2 頂層端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        取兩個(gè)頂層端節(jié)點(diǎn)試件,組織試驗(yàn)分析。對(duì)兩個(gè)試件分別做以下考慮:第一個(gè)試件,按帶標(biāo)準(zhǔn)彎鉤鋼筋節(jié)點(diǎn)計(jì)算,該鋼筋與帶錨固板鋼筋在埋入深度上保持一致,簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn),驗(yàn)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(gè)試件,指的是應(yīng)用套筒與錨固板改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)試件,經(jīng)過(guò)相應(yīng)的改進(jìn)處理后,確定更為簡(jiǎn)單的、明確的傳力機(jī)理。

        4.3 中間層端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        取兩個(gè)中間層端節(jié)點(diǎn)試件,各自的基本特點(diǎn)為:其一為帶彎鉤鋼筋試件,其二為前者的改進(jìn)形式。區(qū)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(xiàng)屬性均一致。

        5 鋼筋機(jī)械錨固性能研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        5.1 試驗(yàn)裝置

        頂層端節(jié)點(diǎn)、中層端節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)中,為了順利完成試驗(yàn),配套拉壓千斤頂、力傳感器、位移傳感器、千分表等相關(guān)裝置。

        5.2 測(cè)點(diǎn)的布置

        柱頂軸壓力及梁端拉壓荷載,為測(cè)定此類數(shù)據(jù),采用的是力傳感器裝置;在柱與節(jié)點(diǎn)交界面柱筋及其端部設(shè)應(yīng)變片,用于測(cè)定柱縱筋應(yīng)變,類似地,節(jié)點(diǎn)區(qū)梁縱筋應(yīng)變則通過(guò)應(yīng)變片檢測(cè)而得;適配百分表,通過(guò)此裝置的應(yīng)用,測(cè)定節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切變形。

        5.3 加載方式

        加載是試驗(yàn)中的重點(diǎn)操作內(nèi)容,應(yīng)遵循連續(xù)性和均勻性的基本原則,做反復(fù)加載操作,同時(shí)無(wú)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(jìn)程的推進(jìn),達(dá)到試件極限荷載的下降段時(shí),需要根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果加以控制,以保證下降值穩(wěn)定在最大荷載的85%左右。

        5.4 拉拔試驗(yàn)結(jié)果及分析

        5.4.1 試驗(yàn)結(jié)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(fā)現(xiàn),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(duì)應(yīng)的錨固能力,對(duì)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(diǎn)考慮對(duì)象,在埋深為18db時(shí),該值為1.29,經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),試件均有受損的跡象,具體表現(xiàn)為鋼筋拉斷破壞;而埋深為14db時(shí),該值為1.16,從試驗(yàn)期間的觀察結(jié)果來(lái)看,錨板下混凝土局壓破壞。對(duì)于第4、5組,進(jìn)一步改變埋深,在9db時(shí),鋼筋的性能優(yōu)勢(shì)得到明顯的顯現(xiàn),達(dá)到85%的極限強(qiáng)度,而在14db時(shí)則達(dá)到“頂峰狀態(tài)”,即此時(shí)能夠完全發(fā)揮出鋼筋的極限強(qiáng)度。由此看來(lái),錨固長(zhǎng)度以9~14db較為合適。

        5.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        1)試件位置??紤]第6、8組試件,經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn):埋深為14db時(shí),角部試件的錨固能力相對(duì)較弱,相比之下邊部試件的能力更為突出。

        2)錨固能力對(duì)比??紤]第8、9組試件,經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn):以埋深為14db的條件為例,從錨固能力的角度來(lái)看,帶錨固板鋼筋相對(duì)較高,相比于傳統(tǒng)的彎筋而言,可提升約20%??紤]第8、10組試件,經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn):依然以埋深為14db的條件為例,從錨固性能的角度來(lái)看,帶錨固板鋼筋相對(duì)較高,相比于傳統(tǒng)的彎筋而言,可超出約55%。

        3)不同箍筋配置方向??紤]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(shí)試件具有更為突出的錨固性能優(yōu)勢(shì),通??筛叱黾s30%。從破壞形式的角度來(lái)看,前者以彎弧段劈裂為主,后者的質(zhì)量問(wèn)題則集中在彎筋段,具體表現(xiàn)為保護(hù)層剝落。

        4)埋入深度。考慮第7、8組試件,試驗(yàn)結(jié)果表明,在埋入深度增加的條件下,鋼筋有更強(qiáng)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(shí)的破壞荷載可以發(fā)現(xiàn)該值基本與鋼筋拉斷荷載相當(dāng)。由此看來(lái),埋入深度為14db是關(guān)鍵的分界點(diǎn),可將其視為錨板試件的錨固長(zhǎng)度。

        5)多頭數(shù)量??紤]第8、13、15組試件,試驗(yàn)結(jié)果表明:在埋深均為14db時(shí),不同試件的錨固能力有所差異,以單頭試件為參照基準(zhǔn),雙頭、三頭試件的錨固能力分別下降約35%、50%。對(duì)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(fā)現(xiàn),不同直徑的鋼筋其對(duì)應(yīng)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(jìn)一步分析鋼筋屈服強(qiáng)度,得知前者更強(qiáng),因此有理由認(rèn)為在鋼筋直徑增加的條件下,錨固性能有所下降。

        6 在節(jié)點(diǎn)中使用帶錨固板鋼筋的關(guān)鍵要點(diǎn)

        1)以ASTMA970規(guī)程為準(zhǔn),選擇合適型號(hào)的帶錨固板鋼筋,保證此材料的質(zhì)量。

        2)合理規(guī)劃錨固板的放置區(qū)域,較為合適的是節(jié)點(diǎn)核心區(qū),同時(shí)需要與遠(yuǎn)端保持50 mm的距離。除此之外,合理設(shè)置錨固長(zhǎng)度也至關(guān)重要,要求該值至少達(dá)到8d或150 mm。

        3)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的類型,靈活地控制帶錨固板鋼筋的錨固長(zhǎng)度,若為1型和2型節(jié)點(diǎn),則取標(biāo)準(zhǔn)彎鉤鋼筋錨固長(zhǎng)度的75%。部分帶錨固板鋼筋臨接節(jié)點(diǎn)自由面,此時(shí)需著重考慮保護(hù)層的厚度,若該值在3d以內(nèi),則必須加強(qiáng)橫向約束,具體處理對(duì)象為錨固在節(jié)點(diǎn)中的箍筋。2型節(jié)點(diǎn)的鋼筋需承受較強(qiáng)的非彈性變形時(shí),有必要加大橫向鋼筋的約束強(qiáng)度,合理狀態(tài)是該值達(dá)到延伸鋼筋屈服強(qiáng)度的1/4。

        7 結(jié) 語(yǔ)

        從極限承載能力、滑移變形性能兩個(gè)方面來(lái)看,帶錨固板鋼筋均具有更突出的性能優(yōu)勢(shì),其明顯超過(guò)帶彎折段的鋼筋,得益于該特點(diǎn),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(xiàn)實(shí)意義,可減少鋼材的用量、提高混凝土的澆筑質(zhì)量,有效突破傳統(tǒng)方式下構(gòu)件截面小的局限性,即此時(shí)依然可以順利完成鋼筋錨固作業(yè),并且實(shí)際取得的錨固效果可達(dá)到要求。

        [ID:013359]

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