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关于混凝土结构中钢筋锚固与后锚固问题的粗浅体会

2021-11-06老土

前言：《混凝土结构加固设计规范》中关于植筋锚固问题有不少设计人员不甚理解(包括本人在内), 近日对有关钢筋锚固问题进行了一些复习及简单计算分析。以下短文为个人点滴体会,一孔之见错误难免,聊当引玉之砖,恳请各位专家大师多多批评指教！

一、钢筋锚固受力机理

1. 名词

1）锚固：按照普遍采用的施工方法，即先配筋，然后浇灌混凝土，待混凝土强度达到设计要求时，钢筋与混凝土自然成为一体，钢筋直接锚固在现浇混凝土中，简称“直接锚固”，下同。

2）后锚固：一般用于现有混凝土结构的改造加固，就是在构件中钻孔，然后采用植筋等方法通过植筋胶将钢筋与混凝土可靠粘结使钢筋锚固于混凝土之中。

3）基材：对于后锚固而言，就是原有构件的混凝土

2. 规范、手册：《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015年版）简称《混规》与《混凝土结构加固规范》GB50367-2013简称《混固规》、《混凝土结构构造手册》第四版，中国有色工程有限公司主编

3. 基本概念与常识 作为普通老百姓，无法进行科学试验，也没有高性能有限元软件，只有一些最直观的经验与常识，并据此作出简单推论，不一定正确，仅供参考！

3.1 锚固节点破坏形式：

1) 理想方式，也是设计要求：锚固及基材不破坏，而是节点外的钢筋拉断、或构件破坏；

2) 实际上经常发生的破坏方式：粘结面破坏，钢筋拔出、基材冲切破坏、基材劈裂等等

3.2影响锚固作用的因素：

1）直接因素：

a. 粘结力：包括混凝土与钢筋的粘结力，植筋胶与钢筋的粘结力，植筋胶与混凝土的粘结力，

b．咬合力：螺纹钢筋与混凝土之间可以互相咬合传力，而光面钢筋则没有咬合力

c．挤压力：当钢筋端部有锚板时锚板与基材之间，或锚筋端部做成锥形时锥面与孔壁之间产生挤压；

d. 摩擦力：由于没有正压力，就不会产生摩擦作用！

2) 深层次的影响因素：

a. 材料强度：混凝土强度、植筋胶强度 直接影响到粘结力与咬合力

b. 基材情况：原有构件的平面尺寸直接与厚度不能太小，否则极容易发生冲切及劈裂破坏；基材配筋，特别是箍筋对于混凝土有约束作用，对于钢筋锚固有利，若基材无钢筋（素混凝土），很容易发生冲切及劈裂破坏，因此《混固规》明确规定植筋不适合素混凝土基材。

c. 其它：

直接锚固(现浇构件)：钢筋牌号、直径、种类，地震烈度.抗震等级、混凝土保护层厚度、配箍率

植筋节点(后锚固)：植筋胶种类,钢筋强度.直径.间距,混凝土保护层厚度,地震烈度.抗震等级,场地, 结构受力状态、孔壁潮湿影响，使用环境

二、直接锚固与后锚固的安全可靠性分析

1. 同样一根(热轧变形)钢筋锚固在同样一块混凝土内,直径相同,锚固长度也相同,两种锚固方式哪一种更牢靠？ 根据经验判断：当然是直接锚固更牢靠！

1)普遍性经验：同样的产品，一次性合格品与残次品返修处理后的产品相比，无疑是前者质量更加可靠！

2)直接连接与间接连接相比，直接连接更加可靠！

a.直接锚固就是钢筋应力通过粘结力咬合力直接传到混凝土中，可靠度高；

b.植筋(后锚固)则是钢筋应力通过粘结力传到植筋胶，再由植筋胶传到混凝土中，最好的情况就是植筋胶的力学性能与钢筋完全相同，其锚固作用最多与直接锚固相当;

c.对于热轧带肋钢筋而言，通过植筋胶再与混凝土连接，就类似于表面涂刷环氧树脂的带肋钢筋，或相当于截面与钻孔直径相同的光面钢筋与混凝土粘结传力，没有咬合力作用，锚固效果明显降低！

d.实际上植筋胶的质量很难达到理想状态，若植筋胶质量差，那就很可能因粘结力太低而将钢筋拔出！

2. 对《混规》与《混固规》有关规定对受拉钢筋锚固长度计算结果的简单比较

同等条件：混凝土强度等级C30, 钢热轧变形钢筋，牌号HRB400, 7度三级抗震,二类场地,

1）直接锚固：

《混规》计算公式：

简单计算结果：（计算过程从略）长度单位mm

2）后锚固：

《混固规》部分计算公式：

简单计算结果：（计算过程从略）长度单位mm

3.分析、体会与探讨：

1)钢筋锚固长度对确保结构受力安全可靠及耐久性非常重要，按照概念设计关于”三强三弱”特别是”强节点强锚固”的基本要求,注意吸取有关工程事故的教训,对于混凝土结构中钢筋锚固要求切不可掉以轻心！

2)看上面简单计算结果，后锚固的锚固长度较现浇构件直接锚固小得多，与一般概念差距甚远！

3)最大问题在于 值与 值比较，也就是 值与 值比较。

直接锚固作用主要取决于混凝土抗拉强度ƒt而锚固作用主要取决于植筋胶的粘结抗剪强度设计值ƒbd。

假定同样情况：混凝土C30,钢筋HRB400 ，ƒbd 值为4.0，而 ƒt值仅为1.43，二者相差2.8倍！

可以认为锚固破坏的主要方式为钢筋截面周边的混凝土剪切破坏，那么直接锚固与后锚固的情况基本上是一样的。只不过后锚固破坏面的面积略大于直接锚固而已，而且变形钢筋外表为植筋胶所覆盖，加上植筋钻孔基本上也是光滑面，钢筋与混凝土之间的锚固与光面钢筋接近，其效果还不如带肋钢筋直接锚固于混凝土之中！但后锚固与直接锚固相比，锚固作用却成倍增加，实在是难以理解！

4)根据《混固规》15.2.6条要求“承重结构植筋的锚固深度应经设计计算确定；不得按短期拉拔试验值或厂商技术手册的推荐值采用”。个人理解：“厂商技术手册的推荐值”及“短期拉拔试验值”当然不足为凭，但“设计计算”影响因素太多，与实际情况的差距可能也不是一点点！因此建议进行中长期试验进一步验证计算公式及各项系数取值的正确性。

5)关于受压钢筋的锚固长度问题：《混规》8.3.4条规定“混凝土结构中的纵向受压钢筋，当计算中充分利用其抗压强度时，锚固长度不应小于相应受拉锚固长度的70％”。《混固规》中受压钢筋最小锚固长度大于受拉钢筋很难理解！

6)加固规范的安全可靠度必须低于新建工程,否则在加固设计与施工时很难满足规范要求。但是安全度降低太多显然不应该,也很难令人信服。从另一角度看,《混规》中有关钢筋锚固长度的规定是否过于保守？

7)其它：对于简支或连续梁底部受力钢筋在支座处的锚固长度不小于5d，并伸过支座中心线；此内容放在构件设计有关规定之中，其值较前述最小锚固长度要求还要小得多。个人理解,简支或连续梁支座处弯矩值为零或仅仅承受负弯矩时底部受力钢筋应力也是零,其锚固长度可取最小值,但框架结构的梁柱连接节点处在地震作用是可能出现反向弯矩,其锚固长度也必须确保不同情况下的需要。

勘察设计大师、规范主编

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