昆钢集团设计院有限公司
摘要：通过对植筋受力状态及影响因素的分析，提出植筋锚固体抗力计算式。混凝土结构植筋的使用受多种因素制约，锚固材料的耐久性，稳定性，耐火性，使用部位，锚固区混凝土的约束等在设计时应慎重考虑。
关键词：锚固 抗力 结构部位 锚固区约束 耐火性 后期稳定性
近年来建筑物扩建、加层、加固，以及工业设备地锚等工程中，在混凝土结构或构件上进行钢筋的植筋锚固被广泛使用，所使用的部位及锚固材料多种多样，由于国家后锚固技术规范等相关规范尚未出版，植筋技术没有现成的理论支持，笔者根据几年来使用植筋技术的经验，参考国内外相关规范和研究成果，提出关于植筋技术的一些看法，供设计、施工单位参考。
一、植筋设计理论
1.受力形态
在后锚固植筋中基本的受力方式有下列几种：表一
② 后锚件埋置深度T的影响（系数fT）
对于化学粘结性植筋，增大埋深将提高受力值
FT=hacT/hnom (1-1)
注：hacT：实际埋深
hnom：标准埋深，钢筋屈服最小植入深度（mm）
钢筋强度大于胶体强度，胶体强度大于混凝土强度，所以胶体与孔壁混凝土界面的强度由混凝土强度控制，据力学平衡原理推得
植入深度： hnom≥fyd2/4Dfey (1-2)
注：D：钻孔直径
fy：钢筋抗拉强度设计值
d：钢筋直径
fey：混凝土抗剪强度设计值
③ 锚固件与混凝土边缘距离C的影响（系数fc）表四
抗力值Rd在我国一般采用“抗力特征值”作为设计依据。可选用由锚固材料厂家在大量测试结果基础上提供的具有95%保证概率的单个后锚固件抗力特征值。
6. 抗力的计算
根据以上对破坏状态及影响因素的讨论，分别介绍植筋件在单向抗拉，单向抗剪及复合受力状态下抗力的计算。
① 单向抗拉力设计值NRd
拔出破坏：NRd•P = NRd * fB * fT
基材破坏：NRd•C = NRd * fC * fS NRd = min NRd•P；NRd•C；NRd•S
钢材破坏：NRd•S
据式（1-3）式可进行抗拉力验算：NSd ≤ NRd （1-4）
② 单向抗剪力设计值
基材破坏：VRd•C = VRd * fB * fT * fS
钢材破坏：VRd•S VRd = min VRd•C；VRd•S
据式（1-3）式可进行抗剪力验算：VSd ≤ VRd （1-5）
③ 复合抗力设计值
二、设计理论应用应注意的问题
植筋锚固及搭接连接作为一种接头形式没有相应规程，该技术在使用中一些问题被忽视，有几个问题应引起设计人员的高度重视。
1. 植筋锚固的使用部位
植筋作为钢筋锚固及搭接连接的一种形式，当使用在结构可能出现弯曲屈服的部位或抗震结构出现很大非弹性变形的部位，其强度和延性是否能满足设计要求值得探讨。植筋使用的部位不同，对植筋锚固应有不同要求，甚至对某些使用应加以限制。
规范GBJ10-89和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2001）均规定，抗震结构受力钢筋连接接头位置宜避开梁端，柱端箍筋加密区（即可能出现弯曲屈服及很大非弹性变形的部位）。规范GB50010-2001还规定即使是非抗震设计，受力钢筋的连接也宜设置在受力较小处。
《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-96）将钢筋接头分为三个级别：A级：接头抗拉强度达到或超过母材抗拉强度标准值，并且有高延性及反复拉压性；B级：接头抗拉强度达到或超过母材屈服强度标准值1.35倍，具有一定的延性及反复拉压性能；C级：接头仅能承受压力。此外还规定混凝土结构要求充分发挥钢筋强度或对接头延性要求较高的部位应采用A级接头，对钢筋受力小或延性要求不高的部位可采用B级接头。
《钢筋焊接及 验规程》（JGJ18-96）对焊接接头要求抗拉强度不得小于该级别钢筋规定的抗拉强度，并呈延性断裂。
植筋设计中应分抗震与非抗震结构，并区分结构部位的使用，综合考虑上述规范的限制规定及对接头强度和延性的要求。
2. 植筋锚固区混凝土的约束条件
满足植筋锚固区的约束条件是保证锚固钢筋强度得以充分发挥的必要条件。对锚固钢筋和搭接连接钢筋区段的混凝土横向加以有效的约束，可以有效地改善钢筋锚固性能，否则，即使增加钢筋的锚固长度或搭接长度，也难以满足设计要求。
规范GBJ10-89和GB50010-2001规定：“搭接接头长度范围内，当搭接钢筋受拉时，其箍筋的间距不应大于5d，且不应大于100mm……”.
带肋钢筋在锚固区与混凝土的相互作用使外围混凝土产生非常复杂的应力、变形及裂缝，带肋钢筋周围内部斜裂缝将混凝土沿纵向分裂成齿状体，挤压力通过这些齿状体向未开裂的混凝土传递径向分力，使外围混凝土中的环自拉力增大，导致内部径向裂缝的发展。当钢筋锚固区设置足够的横向钢筋时，就可以延缓径向内裂缝向混凝土表面发展，使开裂粘接应力提高，当径向内裂缝延伸到混凝土构件表面时形成劈裂，横向钢筋可以限制劈裂裂缝的开展，避免发生锚固区混凝土脆性劈裂破坏。
植筋锚固区和搭接部位外围混凝土有可靠的约束（如保护层厚度较大c/d>5，c为保护层厚度，d为钢筋直径），当保护层厚度不足时锚固区必须具有规范要求的横向约束配筋，否则应做外部加固处理（如设置外部钢板箍等）。植筋锚固区混凝土的横向约束和横向配筋是保证植筋锚固或搭接连接钢筋强度满足设计要求的必要条件。
3. 混凝土基材性能检测
植筋锚固大量使用在加固改造工程中，混凝土基材性能在长期负荷下性能是否降低值得关注。设计中切记不能按原有图纸混凝土强度确定植筋混凝土基材强度，必须现场检测结构混凝土强度，建议按后装拔出法检测混凝土强度。
一般情况下，植筋设计前最好由相关部门对混凝土基材进行检测，确定混凝土强度、裂缝受损、老化等指标，综合评定混凝土基材性能。以确定混凝土基材是否适合植筋或植筋中应采取的技术措施。
三、植筋锚固材料的选择
1. 防火要求
选择植筋锚固材料除满足强度等因素外，尚应满足《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）有关构件燃烧性能和耐火极限要求，植筋锚固材料应采用耐火材料（天然或人工的无机矿物材料）。当用于钢筋混凝土柱和梁时，植筋锚固材料应满足表七的要求，使用在其它部位时则应满足建筑设计防火规范的相应要求。
2. 后期稳定性
植筋材料作为结构构件的一部分，必须满足结构的使用年限要求，且锚固构件所处环境千差万别，选用植筋材料时应要求材料厂家提供相应的后期稳定性能指标。要求提供的基本性能指标如下：
长期性能：耐老化测试指标，冻融循环测试指标，潮湿及水浸没测试指标，蠕变测试指标。
高温防火性能：高温性能测试指标，焊接性能测试指标
抗振防震性能：抗震性能测试指标
耐化学性能：根据使用环境要求提供相应指标
四、结论
1.混凝土植筋锚固应以锚固件抗力理论进行强度设计，不能单纯按植筋材料厂家提供的钢筋锚固长度进行植筋。
2.混凝土结构植筋的锚固材料应采用快硬、高强无收缩，后期性能稳定的材料，并应且有可靠的耐火性能，满足建筑防火规范的相应构件耐火极限要求。
3.在弯曲屈服部位或抗震结构出现较大非弹性变形的部位，植筋锚固的使用应慎重。
4.植筋锚固区混凝土除强度要求外，混凝土有可靠的横向约束是必要条件。
参考文献
1.《建筑设计防火规范》（GBJ16-87） 中国计划出版社 1995
2.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
中国建筑工业出版社 2002
3.《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-96）
中国建筑工业出版社 1997
4.《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-96）
中国建筑工业出版社 1996
5.《喜利得锚固产品技术手册》
6.《欧洲B+B后锚固产品技术手册》
论文作者:常涌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/26
标签：锚固论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 植筋论文; 强度论文; 基材论文; 部位论文; 《基层建设》2017年第33期论文;