張霖灝，陳逵

（長沙理工大學 土木工程學院，湖南長沙 410114）

0 引言

植筋作為一種施工簡便、經濟高效的后錨固技術手段，被廣泛應用于結構抗震加固與改造等工程中[1-3]。大量文獻已對植筋在混凝土中的靜力拉拔性能進行了詳實的研究[4-7]，得到了一系列體系完備、參考價值高的研究成果。陶建偉[8]對植筋梁在疲勞荷載作用下的損傷積累和力學性能進行了研究。馬玉寶[9]對單根植筋在鋼筋網高性能復合砂漿基材中的錨固性能進行研究，得到了植筋在此種基材中的破壞形態(tài)和極限拉拔承載力變化規(guī)律。於秋江等[10]模擬植筋跨越新舊結構進行試驗研究，提出了植筋植入兩層不同基材時的單筋拉拔承載力計算公式。本文對單根植筋在水泥基灌漿料基材中的錨固性能進行對比試驗，研究疲勞荷載對破壞形態(tài)、極限荷載、膠筋滑移等性能的影響。

1 試驗概況

1.1 試件制作

試驗設計24個尺寸為300 mm×300 mm×220 mm的C35水泥基灌漿料基材試塊，將單根鋼筋植入各基材頂部。植筋鋼筋采用C6和C8兩種型號，植入深度分別為10d、15d、20d（d為鋼筋直徑），疲勞荷載加載次數為1萬次、5萬次、10萬次。根據鋼筋直徑、植入深度、疲勞加載次數三種變量，對試件進行編號如表1所示?；臐仓r留置3個150 mm×150 mm×150 mm的標準立方體試塊與基材同條件養(yǎng)護，測得其立方體抗壓強度如表2所示。

表1 試件極限荷載與破壞形態(tài)

表2 基材抗壓強度實測值

在鋼筋的植入區(qū)段內均勻布置3個應變片，以測量植筋在拉拔時的軸向應變，貼片位置如圖1所示。試件的植筋操作工序及要求按照《混凝土結構后錨固技術規(guī)程》JGJ 145—2013[11]中相關條款的規(guī)定進行。C6和C8鋼筋植筋孔洞分別為10 mm和12 mm。待植筋施工完成后靜置養(yǎng)護72 h至植筋膠完全具備強度。試驗所用鋼筋為HRB400級。表3為同批次鋼筋的力學性能參數。

表3 鋼筋強度實測值

圖1 應變片布置示意圖（單位：mm）

1.2 疲勞加載

采用美國MTS公司的材料及構件動態(tài)疲勞試驗機(landmark370.25)對試件進行疲勞加載，加載設備見圖2。閻西康等[12]對植筋試件采用加載上限為0.45Pu、加載下限為0.2Pu（Pu為靜載試驗測出的極限荷載）疲勞拉拔荷載對試件進行加載。本試驗中加載制度為荷載均值0.25Pu的正弦波荷載，加載頻率為2 Hz，幅值1 kN。

圖2 疲勞荷載加載設備

1.3 植筋拉拔

由材料及構件動態(tài)疲勞試驗機(landmark370.25)完成對植筋試件的拉拔。采用分級加載制度，鋼筋彈性階段內使用荷載進行分級控制，彈性階段后采用位移進行分級控制，加載至試件破壞。每級加載持荷0.5～1 min后采用武漢優(yōu)泰電子技術有限公司uT7116多通道靜態(tài)應變儀對鋼筋軸向應變進行采集并記錄滑移量。圖3為植筋拉拔設備布置。

圖3 植筋拉拔

2 試驗結果與分析

2.1 破壞形態(tài)

24個試件中，除D4試件為膠筋界面粘結破壞外，余下試件均為鋼筋拉斷破壞。當植筋深度大于10d時，疲勞荷載對破壞形態(tài)無明顯影響。

膠筋界面粘結破壞時，鋼筋未發(fā)生斷裂，拉拔荷載作用下植筋鋼筋緩慢滑出且荷載峰值不再增大，制作試件時產生的孔口少量溢出膠體隨鋼筋拉出并與基材表面剝離，整個過程未產生明顯錐體。試件拉斷破壞時，鋼筋植入端產生不同程度的滑移。圖4、圖5為試件典型破壞形態(tài)。

圖5 拉斷破壞

2.2 荷載—滑移曲線

對24個試件進行拉拔，得到各試件在拉拔荷載作用下產生的植筋滑移關系曲線，見圖6。

圖6 荷載—滑移曲線

植筋荷載—滑移曲線具有如下特點：當植筋的植入深度、鋼筋直徑相同時，植筋在拉拔荷載作用下產生的膠筋界面滑移隨疲勞荷載加載次數的增加而增大，且這一變化規(guī)律隨植筋深度的減小而趨于明顯。A組試件中，A1和A4均為植筋深度為10d的C8試件，A1無疲勞加載，A4經10萬次疲勞加載，二者在26.5 kN的拉拔力下植筋滑移分別為2.35 mm和4.44 mm，滑移量增長88.9%。B組中B1和B4試件在26.5 kN拉拔力下滑移量分別為2.02 mm和3.72 mm，滑移增長84.2%。C組中C1和C4試件在26.5 kN拉拔力下滑移量分別1.53 mm和2.42 mm，滑移增長36.8%。E組中E1和E4試件在13.2 kN拉拔力下滑移量分別1.29 mm和2.52 mm，滑移量增長95.3%。F組中F1和F4試件在13.2 kN拉拔力下滑移量分別為0.89 mm和1.33 mm，滑移量增長49.4%。

從荷載—滑移曲線變化趨勢可以看出各試件滑移量隨拉拔荷載增大而增大，并且具有明顯拐點。各試件荷載—滑移曲線在拐點前段時，滑移量隨荷載變化基本相同且變化較小，到達拐點后，曲線斜率顯著減小，滑移量隨荷載增大開始大幅增加，在其他條件相同時，滑移量隨疲勞加載次數增多而增大。從6組試件的曲線拐點分布可觀察出：當植筋的植入深度、鋼筋直徑相同時，經疲勞加載后的試件先于未疲勞加載試件到達“拐點”，且這一變化規(guī)律隨植筋深度的減小而趨于明顯。

2.3 荷載—軸向應變曲線

對試件在拉拔荷載下的鋼筋軸向應變進行測量，“上部”即靠近植筋自由端，向末端延伸依次為“中部”“下部”測點。

從圖7中三組數據可知：各組未經疲勞加載試件的軸向應變大于同組中經過10萬次疲勞加載的試件，其中以上部應變片影響最為明顯，而下部應變片對應的孔洞底部測點基本不受影響。

圖7 荷載—軸向應變曲線

鋼筋實測各點應變值經式（1）可換算為該測點所受荷載，式中Es為鋼筋彈性模量，N/mm2；As為鋼筋截面積，mm2；δi為該點實測應變數值。

結合圖7中各試件三處應變片實測應變值可知：靠近自由端的軸向拉拔荷載最大，并向植筋末端遞減。拉拔荷載相同時，植筋深度為10d的試件鋼筋末端受荷明顯增長，植筋深度為15d和20d時，植筋末端基本不受荷。

3 結論

1）植筋深度為10～20d的小直徑鋼筋植入CGM混凝土基材中，經1萬次～10萬次疲勞加載后，極限拉拔荷載不發(fā)生明顯改變，但膠筋界面滑移量顯著增大，植筋深度越小，疲勞荷載對滑移量增長影響越大。

2）植筋試件的荷載—滑移曲線具有明顯拐點，曲線在“拐點”前段的滑移量隨荷載變化基本相同且變化較小，到達拐點后，滑移量隨荷載增大開始大幅增加，疲勞加載次數越多，曲線拐點的拉拔荷載值越小，拐點處的滑移量越大。

3）經疲勞加載后，試件在拉拔荷載作用下植入部分的鋼筋整體軸向應變相比于未經疲勞加載試件減小?？拷杂啥说闹踩氩糠炙艿挠绊戄^大，植筋末端基本不受影響。

4）小直徑植筋在疲勞荷載工況下工作時，可通過適當增加植筋深度使植入端受荷均勻，達到減小膠筋滑移，避免粘結破壞，提升錨固性能的目的，一般以大于15d為宜。