植筋技术,是后锚固技术中一大重要分支,通过在原有混凝土结构上钻孔、注胶、植筋令新增构件与原混凝土基材共同连接。植筋技术植入的钢筋与新建结构中预埋的钢筋效果相似,但操作方便、工艺简单、应用灵活,因此不仅在既有结构加固中受到关注,在新建结构中,使用的比例也在逐步上升中。

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随着植筋技术应用范围的不断扩大,其所带来的问题也在不断的增多。由于植筋技术工艺简单,导致重视程度不够,质量出现问题的情况越来越多,而其中对于钻孔深度的忽视占据了很大部分。事实上,植筋技术中,植筋锚固深度直接影响着植筋技术的质量,从后期破坏的形式中便可直接证明。

植筋破坏形式

钢筋拉断破坏:当钢筋的植入深度满足要求时,钢筋达到了其屈服强度并发生拉断。这种破坏有明显的预兆,是最理想的破坏形式。

锥体破坏:当钢筋的直径较大、植入深度较小,混凝土强度较低时,会出现混凝土锥形体破坏。这种破坏没有明显的预兆,呈脆性破坏,危险程度较高。

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粘接破坏:当钢筋植入深度较小时,会存在直径较大的钢筋被拔出的情形,植筋完全失效,破坏迅速危险程度高。

复合破坏:包含多种破坏同时出现,植筋深度较小,导致胶体提供粘接力不足或混凝土强度不足,破坏迅速危害大。

植筋深度计算

通过对各种破坏形式的分析,我们不难看出,植筋的深度对后期工程的效果有着显著的影响。然而现实中,对于植筋深度的重视程度显然还不够。经常听到有用10d(钢筋直径)或者15d来确定植筋深度的做法,这种做法真的切实可行吗?

通过混凝土结构加固设计规范(GB 50367-2013)我们可以得知,对于植筋的深度,存在两种不同的计算方式:植筋锚固设计值与构造要求最小锚固长度。下面,卡本就对这两种方法进行一一说明。

植筋锚固深度设计值计算

植筋锚固深度设计值ld按下列公式进行计算

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通过上述公式,我们可以看到确定植筋锚固深度设计值所需参数已基本确定,缺少的两个参数分别为ls与ψN,关于这两个参数,我们可以继续通过规范中其他公式来确定:

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植筋基本锚固深度ls同样是由多个参数计算得来,具体数据依旧要进行查阅:

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通过上面的两个表格,我们就可以确定fbd与αspt,而植筋用钢筋的抗拉强度设计值fy与钢筋直径d,与所植入钢筋有直接关系,无须赘述。于是我们大致可以总结如下:

植筋锚固深度设计值的计算,即是通过所选材料以及规范的各种参数确定植筋的基本锚固深度ls,再通过各个表格中的修正系数确定ψN最后凭借ψN、ψae以及ls确定植筋锚固深度设计值ld

构造要求最小锚固长度计算

规范中植筋构造要求最小锚固长度的计算,要相对简单一些。根据不同结构给予构件,锚固长度按照下列方式采用不同的规定:

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其中ls与上述植筋锚固深度设计值计算中相同,这里不再赘述。构造要求理解较为简单,在计算时,首先根据结构形式判断相应构造规定,其次确定ls数值10d、100mm进行比较,最终确定最大值即为构造要求最小锚固长度

实例计算

仅通过文字来对锚固深度的计算进行说明,局限性较强。下面,卡本将通过具体示例(仅为演示计算过程),来进行演练。

假定条件

基材:混凝土强度等级为C25,混凝土保护层30mm,箍筋直径为10mm;

植筋:直径16mm,强度等级HRB335;

环境:地震设防烈度6级,场地类别I类,使用环境温度≤60℃,混凝土孔壁潮湿影响系数1.1;

构件状态:悬挑构件;

结构胶等级:A级胶

计算流程

寻找参数:根据假定条件,结合表格等可得

fy=300Mpa、ψae=1.1、αspt=1.0、fbd=2.7MPa、ψbr=1.50、ψT=1.0

计算参数:根据上述公式可得

ls=0.2×1×16×300/2.7=355.55mm

ψn=1.5×1.1×1=1.65

ld=1.65×1.1×355.55=645.32mm

则植筋锚固设计最小值为:645.32mm;

0.3ls=0.3×355.55=106.67mm

10d=10×16=160mm

10d>0.3ls>100mm

则构造要求最小锚固长度为:10d=160mm,1.5×10d=240mm。

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植筋技术看似简单,实则关乎建筑安全,细节颇多。植筋深度只是影响植筋质量的因素之一,包括施工工艺、采用材料等都对植筋施工的质量有直接关联。有关于植筋的分享就先告一段落,卡本还会继续带来更多、更全面的新材料、新技术,为加固行业贡献力量。