带锚固板钢筋的机械锚固强度试验研究

高志钢

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030012)

1 带锚固板钢筋锚固与带弯钩钢筋锚固的对比

带弯钩钢筋锚固是传统的施工方式，随着技术的升级，现阶段带锚固板钢筋锚固的应用频率有所提高，显然后者有其突出的应用优势，为了更为直观地认识两者的应用特点，对其做对比分析，具体如表1所示。

表1 应用特点的对比分析

2 拉拔试验

试件总量为115根，试验考虑的是两类，即带弯折钢筋与Φ25、Φ32、Φ40 mm带锚固板钢筋，综合考虑保护层厚度、钢筋直径、箍筋配置、埋入深度等多项因素，分别探讨各项因素对两类钢筋所带来的影响，评价指标考虑的是锚固强度和滑移变形两个方面。

拉拔试验时，根据试验要求适配相应的装置，具体组成如图1所示。

图1 拉拔试验装置

拉拔试验期间详细观察、全面记录，具体做如下分析。

1)从机械锚固性能的角度来看，带锚固板钢筋在此方面有更加突出的优势，钢筋埋入长度为0.4la时可以取得较为突出的锚固效果，相比于规范中的0.7la而言有大幅度的减小(以相对头面积为4.5为例)。通过与带90°弯折段钢筋的对比分析发现，无论是锚固强度还是抗滑移变形性能，带锚固板钢筋均具有更为突出的表现。

2)带锚固板钢筋的机械锚固性能受到多项因素的影响，主要体现在混凝土强度、保护层厚度、箍筋配置三方面。

3)在埋深增加的条件下，钢筋的锚固性能有所提升，更有助于保证钢筋的稳定性。若埋入深度过小，此时可能有混凝土锥体拔出受损的问题；而埋入深度在14d以上时，钢筋的性能优势得到充分的显现，极限强度较高。

4)埋深一致时，不同部位的锚固能力存在差异，按照从低到高，依次为角部、边部、中部。

5)在保护层厚度增加的变化条件下，带锚固板钢筋的锚固性能有所提升。

3 棱柱体钢筋拔出、推出试验

取21个棱柱体钢筋，分别围绕此类材料组织拔出、推出试验，由此围绕带锚固板钢筋做针对性的探讨，例如此类材料的拉压锚固性能、传力机理。试验配套的装置，如图2～3所示。

图2 拔出试验装置

图3 推出试验装置

试验结论如下。

1)外力由粘结力与局部承压力承担，其中前者源自于钢筋与混凝土间，后者则源自于锚固板。

2)以埋入深度为0.4la为例，加载全过程中的受力条件有所不同，其中初期埋入段的粘结力可用于承担钢筋内力，经过一段时间后，钢筋即将达到屈服状态，此时随即由锚固板承担。可以发现，在合理设置锚固板后，有利于提高钢筋锚固的后期强度。

4 节点试验

4.1 设计思路

精细化组织抗震框架设计工作，构成稳定可靠的抗震屈服机构，配套带锚固板纵向受力钢筋节点试件，用于优化梁端或梁、柱端的受力条件，使得该部分屈服先于节点的剪切破坏。换言之，在试验过程中，做低周反复加载处理，在此期间应当确保梁、柱端部有足够的稳定性，无任何程度的剪切破坏；节点核心区由于经过反复变形，在某个时间节点失效；柱端、梁端的抗弯能力比值超过1.2；梁与节点交界处布设有梁纵筋，此部分构件最先进入屈服状态。

4.2 顶层端节点设计

取两个顶层端节点试件，组织试验分析。对两个试件分别做以下考虑：第一个试件，按带标准弯钩钢筋节点计算，该钢筋与带锚固板钢筋在埋入深度上保持一致，简化节点，验证带锚固板钢筋的可行性，即是否具备与带弯钩钢筋相同的性能，换言之，判断是否可用带锚固板钢筋予以替代；第二个试件，指的是应用套筒与锚固板改进的节点试件，经过相应的改进处理后，确定更为简单的、明确的传力机理。

4.3 中间层端节点设计

取两个中间层端节点试件，各自的基本特点为：其一为带弯钩钢筋试件，其二为前者的改进形式。区别之处在于弯弧段用锚固板予以替代，除此之外的其他各项属性均一致。

5 钢筋机械锚固性能研究试验设计

5.1 试验装置

顶层端节点、中层端节点试验中，为了顺利完成试验，配套拉压千斤顶、力传感器、位移传感器、千分表等相关装置。

5.2 测点的布置

柱顶轴压力及梁端拉压荷载，为测定此类数据，采用的是力传感器装置；在柱与节点交界面柱筋及其端部设应变片，用于测定柱纵筋应变，类似地，节点区梁纵筋应变则通过应变片检测而得；适配百分表，通过此装置的应用，测定节点核心区的剪切变形。

5.3 加载方式

加载是试验中的重点操作内容，应遵循连续性和均匀性的基本原则，做反复加载操作，同时无论是加载还是卸载，均要尽可能保证速度的均匀性。随着加载进程的推进，达到试件极限荷载的下降段时，需要根据实测结果加以控制，以保证下降值稳定在最大荷载的85%左右。

5.4 拉拔试验结果及分析

5.4.1 试验结果分析

1)试件位置。考虑第1、3、5组试件：在埋深均为14db的条件下，试件不同部位的锚固能力存在差异，按照从低到高的顺序，依次为角部试件、边部试件、中部试件。可以发现，角部试件的锚固能力最弱。

2)埋入深度。以边部试件为例，分析在不同埋入深度条件下对应的锚固能力，对于第2、3组，具体有：以破坏荷载与钢筋屈服荷载的比值作为重点考虑对象，在埋深为18db时，该值为1.29，经过观察发现，试件均有受损的迹象，具体表现为钢筋拉断破坏；而埋深为14db时，该值为1.16，从试验期间的观察结果来看，锚板下混凝土局压破坏。对于第4、5组，进一步改变埋深，在9db时，钢筋的性能优势得到明显的显现，达到85%的极限强度，而在14db时则达到“顶峰状态”，即此时能够完全发挥出钢筋的极限强度。由此看来，锚固长度以9～14db较为合适。

5.4.2 试验结果分析

1)试件位置。考虑第6、8组试件，经过分析后发现：埋深为14db时，角部试件的锚固能力相对较弱，相比之下边部试件的能力更为突出。

2)锚固能力对比。考虑第8、9组试件，经过分析后发现：以埋深为14db的条件为例，从锚固能力的角度来看，带锚固板钢筋相对较高，相比于传统的弯筋而言，可提升约20%。考虑第8、10组试件，经过分析后发现：依然以埋深为14db的条件为例，从锚固性能的角度来看，带锚固板钢筋相对较高，相比于传统的弯筋而言，可超出约55%。

3)不同箍筋配置方向。考虑第9、10组试件，相比于箍筋与弯钩垂直的试件而言，箍筋与弯钩平行时试件具有更为突出的锚固性能优势，通常可高出约30%。从破坏形式的角度来看，前者以弯弧段劈裂为主，后者的质量问题则集中在弯筋段，具体表现为保护层剥落。

4)埋入深度。考虑第7、8组试件，试验结果表明，在埋入深度增加的条件下，钢筋有更强的锚固性能，埋入深度为9db的试件的锚固性能有限，若将该值增加至14db，分析此时的破坏荷载可以发现该值基本与钢筋拉断荷载相当。由此看来，埋入深度为14db是关键的分界点，可将其视为锚板试件的锚固长度。

5)多头数量。考虑第8、13、15组试件，试验结果表明：在埋深均为14db时，不同试件的锚固能力有所差异，以单头试件为参照基准，双头、三头试件的锚固能力分别下降约35%、50%。对于第7、14组试件，在埋深均为9db的条件下，不同类型试件的锚固能力也有所差异，相比于单头试件而言，双头试件下降约25%。

6)不同直径钢筋的锚板锚固能力比较。

虑第8、11组试件，可以发现，不同直径的钢筋其对应的埋深有所差异，以25、32 mm直径的钢筋为例，各自的埋深分别为14、15.6db，由此进一步分析钢筋屈服强度，得知前者更强，因此有理由认为在钢筋直径增加的条件下，锚固性能有所下降。

6 在节点中使用带锚固板钢筋的关键要点

1)以ASTMA970规程为准，选择合适型号的带锚固板钢筋，保证此材料的质量。

2)合理规划锚固板的放置区域，较为合适的是节点核心区，同时需要与远端保持50 mm的距离。除此之外，合理设置锚固长度也至关重要，要求该值至少达到8d或150 mm。

3)根据节点的类型，灵活地控制带锚固板钢筋的锚固长度，若为1型和2型节点，则取标准弯钩钢筋锚固长度的75%。部分带锚固板钢筋临接节点自由面，此时需着重考虑保护层的厚度，若该值在3d以内，则必须加强横向约束，具体处理对象为锚固在节点中的箍筋。2型节点的钢筋需承受较强的非弹性变形时，有必要加大横向钢筋的约束强度，合理状态是该值达到延伸钢筋屈服强度的1/4。

7 结 语

从极限承载能力、滑移变形性能两个方面来看，带锚固板钢筋均具有更突出的性能优势，其明显超过带弯折段的钢筋，得益于该特点，可用前者取代后者，以取得更为突出的施工效果。大范围推广带锚固板钢筋具有突出的现实意义，可减少钢材的用量、提高混凝土的浇筑质量，有效突破传统方式下构件截面小的局限性，即此时依然可以顺利完成钢筋锚固作业，并且实际取得的锚固效果可达到要求。

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