混凝土的加固課件

植筋理論和混凝土加固規(guī)范破壞模式不同受力機理不同植筋技術

錨栓與植筋的區(qū)別lv對原有結構的影響不同

lvls植筋理論破壞模式鋼材破壞拔出破壞劈裂破壞計算公式采用了以試驗研究數(shù)據(jù)和工程經驗為依據(jù)，以分項系數(shù)為表達形式的極限狀態(tài)設計方法。（fbd由試驗得到，為劈裂破壞和粘結破壞的最小值）歐洲植筋規(guī)范內容共分為五個方面：

一般規(guī)定認證方法評估和鑒定植筋適用性植筋設計認證報告內容（一）、一般規(guī)定在這一部分，著重強調了植筋和預埋鋼筋一樣，也必須遵照EC2（歐洲混凝土設計規(guī)范）的規(guī)定。植筋所采用的鋼筋為變形鋼筋，混凝土基材的強度適用范圍在C12/15~C50/60之間

（二）、在表中給出了所要求的認證試驗內容：試驗項目混凝土強度鋼筋尺寸埋深最少試驗數(shù)量指數(shù)α試驗步驟1粘結強度C20/2512mm10ds5見3.3.2見2.225mm10ds5dmax10ds52粘結強度C50/60dmax7ds5見3.3.2見2.33干燥混凝土基材上的安裝安全性C20/25dmax10ds5≥0.82.44潮濕混凝土基材上的安裝安全性C20/25dmax10ds5≥0.752.55持續(xù)荷載作用C20/2512mm10ds5≥0.92.66凍融試驗C50/6012mm7ds5≥0.92.77恰當?shù)淖⒛z試驗C20/25dmax10ds5≥0.92.88以最大埋深安裝C20/25dmaxMaxlv5見3.2.32.99正確的注膠DmaxMaxlv5見3.2.42.1010耐久性C20/2512mm10ds3×10見3.2.52.11判斷粘結劑質量好壞的依據(jù)粘結劑粘結強度均勻度粘結劑耐久性

長期及短期環(huán)境溫度影響下粘結劑性能（包括凍融試驗）地震下開裂混凝土植筋低周反復拉伸及剪切荷載作用性能

注：以上試驗要求均包含在《混凝土加固規(guī)范》的附錄中

40401204040

300后錨固鋼筋預埋鋼筋1.混凝土試件：每種膠類，C25混凝土試件尺寸280x300x600mm，3組2.兩根內側鋼筋相同埋深的各點，在整個過程中應具有相同的平均應力變化趨勢，（作圖分析，橫坐標為鋼筋植入段某點和試件表面的距離mm，縱坐標為鋼筋內該點應力值N/mm2）應力差應在10%之內。三組試驗破壞極值差值也應在10%之內。粘結劑粘結強度均勻度力的傳遞很均勻地沿鋼筋埋深分布!2.粘結劑耐久性通過切片實驗驗證植筋膠耐久程度和其對外界暴露環(huán)境的敏感程度(1).混凝土試件：每種膠類至少4個，混凝土等級C25，試件立方體邊長≥150mm，高≥300mm(2)在每個干燥試件的中軸線位置植入直徑12mm鋼筋，其鉆孔直徑由供應商提供，鉆孔深度280mm。在供應商提供的凝膠受力時間之后，用鉆石鋸將試件切成30mm厚的切片，切片數(shù)量至少30個（10個切片做外界暴露環(huán)境試驗，10個切片做常溫對比試驗）(3)帶有植筋的切片置于堿性溶液和硫磺環(huán)境中，對比試驗的切片保存在常溫下（干燥+21C

3C,相對濕度505%）2000小時。切片試驗，植筋膠在外界暴露環(huán)境(酸堿環(huán)境)的粘結力不低于常溫對比試驗的粘結力3.長期及短期環(huán)境溫度影響下粘結劑性能植筋膠的粘結作用,抵抗持續(xù)荷載能力(有適當?shù)陌踩禂?shù)和限定的位移)不應受混凝土環(huán)境溫度(以下范圍)的影響而下降。短期環(huán)境溫度試驗用于驗證植筋膠在晝夜溫差和凍融循環(huán)環(huán)境中的性能；長期環(huán)境溫度試驗用于驗證植筋膠在冷藏區(qū)或高熱環(huán)境下安裝時的性能。本項試驗的變異系數(shù)應<15%。試驗結果不應低于正常環(huán)境溫度下的試驗指標.溫度范圍在-40C~+40C之間(短期環(huán)境高溫極值+40C；長期，+24C）溫度范圍在-40C~+80C之間(短期環(huán)境高溫極值+80C；長期，+50C）施加恒定拉力荷載，力值取鋼筋設計屈服強度的40%，加載周期180天，若位移變化量收斂較快，短時間內趨近于零，可視情況縮短至最少90天。在上述周期內位移變化量應收斂且趨近于零。凍融試驗：循環(huán)次數(shù)為50次1030100NsNiNm拉力荷載次數(shù)正弦試驗波形NNtT模擬地震拉力荷載性能試驗頻率0.1Hz～2.0Hz

圖G2.4模擬地震拉力反復荷載性能試驗的載荷幅度、反復次數(shù)、試驗波形與頻率圖4.地震下開裂混凝土植筋低周反復拉伸及剪切荷載作用性能

零到最大拉力NS=0.50N

rRk

，循環(huán)10次；（1）零到平均拉力Ni=0.50(N

S＋Nm)，循環(huán)30次；（2）零到最小拉力Nm=0.25N

rRk,

循環(huán)100次；（3）混凝土加固規(guī)范-2004第14章植筋植筋的主要理論基礎——新植筋理論并對錨固膠的耐久性能等提出的很高的要求14.1.3只有各項指標滿足附錄1-4實驗要求的粘結劑才能用于加固工程的植筋應用。這樣的粘結劑還需具備以下性能：后植鋼筋的粘結強度應大于預埋鋼筋的粘結強度；后植鋼筋的力—位移曲線應與預埋鋼筋的近似；受力過程中，粘結應力應沿鋼筋長度均勻地分布；粘結劑應具有足夠的耐久性、抗震及長期性能。14.1.414.1.514.1.614.1.7若被植鋼筋的混凝土結構間距、邊距有很大限制或較小時，或其構造上難以增大錨固深度而又要求所植鋼筋不致發(fā)生脆性粘結破壞或混凝土劈裂破壞時，應考慮結構混凝土保護層及箍筋的約束進行計算來選用合適的粘結劑。當使用純無機粘結劑(近似水泥)植筋時，其植筋構造及基本錨固長度應按《混凝土結構設計規(guī)范》有關規(guī)定確定。當采用符合本規(guī)范規(guī)定的植筋進行加固改造時，被植筋的鋼筋混凝土結構構件的強度、剛度、抗裂度和穩(wěn)定性的驗算可按整體構件進行。后植鋼筋應使用帶肋鋼筋。植筋設計一般原則：植筋的錨固應使結構內部應力通過后植鋼筋充分傳遞給混凝土，并應避免混凝土產生剝離和劈裂破壞?；炷帘Ｗo層厚度、鋼筋間距以及箍筋的情況也應予以考慮。當采用植筋錨固時，其基本原則是保證鋼筋屈服，并假定在使用極限狀態(tài)的粘結應力均勻地布置在整個鋼筋長度上。4.設計目的是保證鋼筋延性破壞，而避免混凝土（受壓或受拉狀態(tài)）脆性破壞或劈裂破壞。采用下列極限狀態(tài)設計表達式：

≤R

(4.2.4-1)(4.2.4-2)，式中─錨固連接重要性系數(shù)，對安全等級為一級、二級的錨固，分別取1.2，1.1；S─錨固荷載效應組合設計值，按現(xiàn)行國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》和《建筑抗震設計規(guī)范》

的規(guī)定進行計算；─錨固承載力標準值；R─錨固承載力設計值；─錨固承載力分項系數(shù)

錨固受拉承載力設計規(guī)定：1、鋼材破壞：NSd1≤NRd，s

2、植筋拔出破壞（膠混破壞）：NSd2≤NRd,pc

3、混凝土劈裂破壞：NSd3≤NRd,sp

MIN{NSd2，NSd3}≥NSd1為保證鋼材延性破壞，要求：

fbd,(ACI318)=2.1N/mm2最小保護層厚度

fbd(CP65)=2.7N/mm24312(c+Ktr)/db65431265ACI劈裂破壞曲線

fbd(ACI318)=3.5N/mm2

(拔出破壞下測得的)ACI318給出的粘結應力的范圍sCycxACI318規(guī)范中并未涵蓋更高粘結強度范圍:乘以折減系數(shù)kadd=1.2

fbd=7.1N/mm2混凝土基材劈裂破壞

(fcu=25N/mm2)ACI318

7粘結應力邊矩+間距影響植筋的基本錨固深度（僅限發(fā)生鋼筋鋼材破壞，避免拔出或劈裂破壞）：

(14.2.2)式中：-基本錨固深度；-鋼筋的抗拉強度設計值（N/mm2）;-混凝土軸向抗拉強度（N/mm2）；-所植鋼筋直徑，mm;-鋼筋形狀系數(shù)，帶肋鋼筋為1.4；

P-后植鋼筋考慮鋼筋大小對劈裂的影響、混凝土保護層厚度以及箍筋的影響參數(shù)。從安全考慮可取1.0，為避免拔出破壞應大于1.62*ft/fbd

：圖14.2.2:間距/保護層尺寸fbd- 粘結劑的設計粘結應力(N/mm2)，見14.2.3節(jié)；γ

- 鋼筋尺寸系數(shù)（鋼筋直徑小于等于19mm時，為0.8；鋼筋直徑大于19mm時，為1.0）-所植鋼筋直徑，mm;d-非線性劈裂系數(shù)。d=1.0if(c+Ktr)/d<2.5；d=0.75if(c+Ktr)/d>2.5

c-邊距或保護層厚度（mm）。取混凝土保護層厚度

cy、邊距cx

、或間距s一半的最小值。見圖14.2.2Ktr

–

箍筋系數(shù)。Ktr=Atr*fyt/(10str*n)with: Atr

箍筋間距為s且箍筋橫穿劈裂斷面的所有箍筋的橫截面面積之和[mm2] fyt

箍筋的屈服強度[N/mm2] str

在錨固長度范圍內箍筋的最大間距[mm]n 沿劈裂平面內的箍筋數(shù)目。

粘結劑的強度主要取決于粘結劑的特性：

粘結劑的粘結強度特征值應由試驗得到，取拔出和劈裂破壞的最小值，并應得到臨界邊、間距，見附錄1。-干燥和粗糙孔壁：-潮濕和光滑孔壁：部分安全系數(shù)包括混凝土安全系數(shù)=1.4,和安裝附加系數(shù)：=1.0=1.3抗震設計：根據(jù)《鋼筋混凝土設計規(guī)范》11.1.7規(guī)定:一、二級抗震等級：laE=1.15la三級抗震等級：laE=1.05la四級抗震等級：laE=la在混凝土保護層較小情況下的拔出測試

從圖中試驗結果說明預埋鋼筋和后置式鋼筋的平均劈裂粘結應力的試驗結果與修正的ACI318理論的計算結果符合非常好。

在有箍筋情況下的拔出破壞

同時我們也進行了不同箍筋數(shù)量下的拔出試驗。并根據(jù)美國ACI318規(guī)范計算出了的數(shù)值。圖6中給出試驗結果與我們提出設計理論的對比

B產品的試驗結果與設計理論對應的很好，而A產品的試驗結果卻大大低于所期望的數(shù)值。其原因主要是A產品對于為了考量箍筋作用所產生的微裂縫過于敏感。因此，除非錨固膠具有相應的預認證，否則不能考慮箍筋的有利影響。

清華大學植筋抗震試驗表（產品A）極限承載力試件編號Hmax+(kN)Hmax-(kN)Hmaxavg(kN)15d128.60120.81124.7020d139.03120.98130.01表（產品A）位移延性比試件編號Dy+(mm)Du+(mm)Dy-(mm)Du-(mm)延性比m15d8.67133.983-8.570-41.5444.38320d9.21635.895-9.800-39.1303.944表（產品A）耗能能力試件編號滯回環(huán)總面積(kN·mm)15d32757.81

產品B極限承載力

產品B位移延性比試件編號Hmax+(kN)Hmax-(kN)Hmaxavg(kN)15d126.66139.10132.8820d126.50126.24126.37試件編號Dy+(mm)Du+(mm)Dy-(mm)Du-(mm)延性比m15d7.21437.732-9.022-37.5634.69720d8.76440.525-10.194-37.8134.16715d（產品B）耗能能力試件編號滯回環(huán)總面積(kN·mm)15d34905.13結論植筋混凝土柱子水平往復荷載作用下表現(xiàn)出很好的延性和耗能能力。2.結構膠植筋混凝土柱當錨固長度達到15d時，在破壞形態(tài)、極限承載力、延性和耗能能力上與非植筋柱十分近似。3.按要求植筋15d，20d的情況下，所有試件均為延性破壞，沒有出現(xiàn)植筋從地梁中拔出的現(xiàn)象，錨固良好。綜述：

1、新植筋理論充分重視混凝土的劈裂和鋼筋錨固膠的粘結力的影響，更加全面地指出各種可能的破壞模式，具有更高的安全度。

2、由于植筋的錨固性能和搭接等都取決于錨固膠的特性，因此，我們建議只有專門測試合格的錨固膠才適用于本理論。3、要充分考慮原有結構的箍筋、混凝土保護層厚度以及后植鋼筋的間距?；炷粱陌凑臻_裂混凝土考慮。4、若有鋼筋搭接，要考慮高粘結強度錨固膠的粘結應力降低程度。第一部分錨栓理論和錨栓規(guī)范金屬錨栓：摩擦

&鎖鍵固持化學錨栓：粘結力

工作原理伸臂固定NVFMddMa

荷

載靜力荷載

波動荷載交變荷載沖擊荷載荷載荷載荷載時間時間時間時間Load

地震荷載荷載時間

荷

載混凝土抗壓強度發(fā)展曲線混凝土試樣fc=圓柱體抗壓強度fcu=立方體抗壓強度

混凝土基材強度hef

邊距、間距的影響cscminsmincmin－最小邊距，安裝錨栓時不引起混凝土劈裂破壞的最小邊距值，mm；

ccr,sp－抗拉劈裂臨界邊距，能確保承載力不降低的最小邊距值，mm；錨栓間距,s極限荷載,Nu影響區(qū)域極限荷載,Nu

邊距,c邊距影響區(qū)域cminccrhnomhact

錨固深度的影響

混凝土中鋼筋的影響混凝土結構后錨固技術規(guī)范JGJXX-2003(報批稿）內容總則術語與符號材料設計基本規(guī)定錨固連接內力分析承載能力極限狀態(tài)計算錨固抗震設計構造措施錨固施工與驗收附錄A錨栓承載力現(xiàn)場檢驗方法一、總則基材：普通混凝土；本規(guī)程涉及：錨固設計、施工與驗收；錨固連接設計考慮因素：

1.被連接結構類型（承重與非承重）；

2.錨栓受力狀態(tài)（拉、壓、彎、剪及其組合）；

3.荷載類型（靜力、動力、疲勞與地震等）；

4.被連接結構的安全等級（重要與一般）。與產品標準《混凝土用建筑錨栓》配套使用，并應符合國家現(xiàn)行有關標準、規(guī)范。建筑錨栓的適用范圍:

錨栓受力性質被連接結構類型有無抗震設防要求受拉、邊緣受剪、拉剪組合受壓、中心受剪、壓剪組合結構構件及生命線工程非結構構件非結構構件材質要求：錨栓的破壞形式:五、錨固連接內力分析剪力均勻分攤剪力由底部錨栓承擔長槽孔不承擔剪力六、承載能力極限狀態(tài)計算錨栓受拉——鋼材破壞和劈裂破壞錨栓受拉——混凝土錐體破壞錨栓受拉——混凝土錐體破壞

錨栓受拉——混凝土錐體破壞6.1.7

邊距C對受拉承載力降低影響系數(shù)s,N按下式計算：(6.1.7)6.1.8

表層混凝土因密集鋼筋的剝離作用對受拉承載力降低系數(shù)re,N按下式計算。當錨固區(qū)鋼筋間距s≥150mm時，或鋼筋直徑d≤10mmS≥100mm時，則re,N=1.0。(6.1.8)錨栓受剪——鋼材破壞錨栓受剪——邊緣混凝土破壞錨栓受剪——邊緣混凝土破壞錨栓受剪——混凝土剪撬破壞錨栓受剪——混凝土剪撬破壞錨栓的拉剪復合驗算錨固抗震設計對錨栓進行系統(tǒng)的測試，應以試驗結果為依據(jù)抗震設計錨栓布置，宜布置在構件的受壓區(qū)、非開裂區(qū)，不應布置在素混凝土區(qū)。其它必要的構造設計：為提高錨固連接的可靠性，減小基材混凝土破壞的可能性，可在預設的錨區(qū)配置必要的鋼筋網(wǎng)錨固連接抗震設計，應合理選擇錨固深度、邊距、間距等參數(shù)，或采用有效的隔震和消能減震措施，控制為錨固連接系統(tǒng)延性破壞。構造措施。。。。。。。。。輸入基材性能指標總結產品標準基本抗拉性能基本抗剪性能長期荷載性能裂縫混凝土上的錨固性能試驗數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用概率統(tǒng)計方法處理，一項試驗n個樣品的試驗數(shù)據(jù)按下面方法進行統(tǒng)計計算（當既有錨栓破壞又有其它破壞形式時，應分開考慮）：

a)

抗拉承載力平均值：基本抗拉性能試驗

N

rRu,m=ΣN

rRu,i/n

其它試驗

N

oRu,m=ΣN

oRu,i/n

（i=1～n

）

（1）

b)抗拉承載力變異系數(shù)：基本抗拉性能試驗νN

=√∑(N

rRu,i-

N

rRu,m)2/(n-1)/N

rRu,m

其它試驗νN

=√∑(N

oRu,i-N

oRu,m)2/(n-1)/N

oRu,m

（2）

c)滑移系數(shù)：基本抗拉性能試驗γi

=N1,i/N

rRu,i

其它試驗γi=N1,i/N

oRu,i

（3）

d)

抗拉錨固系數(shù)：α=NoRu,m/N

rRu,m

（4）

錨栓破壞時要求N

oRu,m

≥

Asfstk

。

e)基本抗拉性能試驗的抗拉承載力標準值：NrRk=N

rRu,m(1–kνN)

（5）

n=

3,k=5.31；n=5，k=3.40；n=10，k=2.57；n=15，k=2.33

裂縫反復開合幅度次數(shù)103裂縫反復開合頻率不大于0.2Hz正弦試驗波形t0.3mm0.1mm裂縫反復開合幅度

圖G2.1裂縫反復開合性能試驗的開合幅度、次數(shù)、試驗波形與頻率圖拉力疲勞荷載幅度NminNmax試驗頻率不大于10Hz正弦試驗波形拉力疲勞荷載幅度次數(shù)2×106t剪切疲勞荷載幅度次數(shù)Vm