钢筋砼植筋规范

植筋理论和混凝土加固规范 幻灯片2

 植筋技术

锚栓与植筋的区别

lv

受力机理不同 破坏模式不同

对原有结构的影响不同

植筋理论

 破坏模式

 钢材破坏  拔出破坏  劈裂破坏

 计算公式

 采用了以试验研究数据和工程经验为依据，以分项系数为表达形式的极限  状态设计方法。（fbd 由试验得到，为劈裂破坏和粘结破坏的最小值）

幻灯片4

幻灯片5

 欧洲植筋规范内容共分为五个方面：

 一般规定  认证方法

 评估和鉴定植筋适用性  植筋设计 认证报告内容

（一）、一般规定

在这一部分，着重强调了植筋和预埋钢筋一样，也必须遵照EC2 （欧洲混凝土设计规范）的规定。植筋所

采用的钢筋为变形钢筋，混凝土基材的强度适用范围在

C 12/15 ~ C 50/60之间 幻灯片6

幻灯片7

判断粘结剂质量好坏的依据

 粘结剂粘结强度均匀度  粘结剂耐久性

 长期及短期环境温度影响下粘结剂性能 （包括冻融试验）  地震下开裂混凝土植筋低周反复拉伸及剪切荷载作 用性能

注：以上试验要求均包含在《混凝土加固规范》的附录中

幻灯片8

 粘结剂粘结强度均匀度

1. 混凝土试件：每种胶类，

C25混凝土试件尺寸280x300x600mm，3

组

2. 两根内侧钢筋相同埋深的各点，在整个过程中应具有相同的平均应力变化趋势，（作图分析，横坐标为钢筋植入段某点和试件表面的距离mm，纵坐标为钢筋内该点应力值N/mm2）应力差应在10%之内。三组试验破坏极值差值也应在10%之内。 幻灯片9

力的传递很均匀地沿钢筋埋深分布 !

幻灯片10

2. 粘结剂耐久性

通过切片实验验证植筋胶耐久程度和其对外界暴露环境的敏感程度 (1). 混凝土试件：每种胶类至少4个，混凝土等级C25，试件立方体 边长≥150mm，高≥300mm

(2) 在每个干燥试件的中轴线位置植入直径12mm 钢筋，其钻孔直径由供应商提供，钻孔深度280mm。 在供应商提供的凝胶受力时间之后，用钻石锯将试件切成30mm厚的切片，切片数量至少30个（10个切片做外界暴露环境试验，10个切片做常温对比试验）

(3) 带有植筋的切片置于碱性溶液和硫磺环境中，对比试验的切片保存在常温下（干燥+21C3C,相对湿度505%）2000小时。

切片试验，植筋胶在外界暴露环境(酸碱环境)的粘结力不低于常温对比试验的粘结力 幻灯片11

3. 长期及短期环境温度影响下粘结剂性能

植筋胶的粘结作用,抵抗持续荷载能力(有适当的安全系数和限定的位移)不应受混凝土环境温度(以下范围)的影响而下降。短期环境温度试验用于验证植筋胶在昼夜温差和冻融循环环境中的性能；长期环境温度试验用于验证植筋胶在冷藏区或高热环境下安装时的性能。本项试验的变异系数应

温度范围在-40C ~+40C之间 (短期环境高温极值+40C；长期，+24C） 温度范围在-40C ~+80C之间 (短期环境高温极值+80C；长期，+50C）

施加恒定拉力荷载，力值取钢筋设计屈服强度的40%，加载周期180天，若位移变化量收敛较快，短时间内趋近于零，可视情况缩短至最少90天。在上述周期内位移变化量应收敛且趋近于零。 冻融试验：循环次数为50次 幻灯片12

4. 地震下开裂混凝土植筋低周反复拉伸及剪切荷载作用性能

拉力荷载次数

图 G 2.4 模拟地震拉力反复荷载性能试验的载荷幅度、反复次数、试验波形与频率图

零到最大拉力 N S = 0.50 N rRk ，循环10次； （1） 零到平均拉力 N i = 0.50(N S＋N m)，循环30次； （2） 零到最小拉力 N m = 0.25 N rRk , 循环100次； （3）

幻灯片13

混凝土加固规范-2004

第14章植筋

植筋的主要理论基础——新植筋理论

并对锚固胶的耐久性能等提出的很高的要求

植筋设计

幻灯片16

采用下列极限状态设计表达式：

s ≤

M

R

(4.2.4-1)

RRkR*

，

式中

M

─锚固连接重要性系数，对安全等级为一级、二级的锚固，分别取1.2，1.1；

S ─锚固荷载效应组合设计值，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》和《建筑抗震设计规范》 的规定进行计算；

k─锚固承载力标准值； R─锚固承载力设计值；

R

R*

─锚固承载力分项系数

幻灯片17

锚固受拉承载力设计规定：

1、钢材破坏： NSd1≤N Rd，s 2、植筋拔出破坏（胶混破坏）： NSd2≤NRd,pc 3、混凝土劈裂破坏：NSd3≤NRd,sp

为保证钢材延性破坏，要求： 幻灯片18

MIN {NSd2，NSd3} ≥NSd1

混凝土基材劈裂破坏 (fcu=25N/mm2)

7

粘结应力

fbd = 7.1 N/mm2

ACI 318

ACI劈裂破坏曲线

6

ffb,sp

c'cKtr

4d

5

ACI 318规范中并未涵盖更高粘结强度范围:

乘以折减系数 kadd=1.2

4

ACI 318给出的粘结应力的范围

fbd(ACI 318) = 3.5 N/mm2 (拔出破坏下测得的)

3

fbd,(ACI 318) = 2.1 N/mm2

fbd(CP65)

=

最小保护层厚度 2

s cx

1

Cy

(c+Ktr)/db

4 3 1 2 6 5

边矩+间距影响 幻灯片19

la

植筋的基本锚固深度

（仅限发生钢筋钢材破坏，避免拔出或劈裂破坏）：

laa

fyft

dp

(14.2.2) 式中：

基本锚固深度； l-a

fy-钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2）;

； ft-混凝土轴向抗拉强度（N/mm2）

d

- 所植钢筋直径，mm;

-钢筋形状系数，带肋钢筋为1.4；

P - 后植钢筋考虑钢筋大小对劈裂的影响、混凝土保护层厚度以及箍筋的 影响参数。从安全考虑可取1.0，为避免拔出破坏应大于1.62*ft/fbd ： 幻灯片20

a

1.64

p;

cKtr2.52.5

d

ft

1.0p1.62

fbd

fbd - 粘结剂的设计粘结应力(N/mm2) ，见 14.2.3 节；

γ - 钢筋尺寸系数（钢筋直径小于等于19mm时，为0.8；钢筋直径大于19mm时， d - 所植钢筋直径，mm; 为1.0 ）

d - 非线性劈裂系数。 d=1.0 if (c+Ktr)/d 2.5 c - 边距或保护层厚度（mm）。取混凝土保护层厚度 cy、边距 cx 、或间距s一半的最小值。 见图14.2.2 Ktr – 箍筋系数。 Ktr =Atr*fyt /(10str*n)

with: Atr 箍筋间距为s且箍筋横穿劈裂断面的所有箍筋的横截面面积之和 [mm2] fyt 箍筋的屈服强度 [N/mm2] str 在锚固长度范围内箍筋的最大间距 [mm] n 沿劈裂平面内的箍筋数目。

幻灯片21

粘结剂的强度主要取决于粘结剂的特性：

fbdfbk/b

粘结剂的粘结强度特征

fbk

应由试验得到，取拔出和劈裂破坏的最小值， 并应得到临界边、间距，见附录1。

部分安全系数包括混凝土安全系数

c

=1.4,和安装附加系数：

-干燥和粗糙孔壁：

ii

=1.0

- 潮湿和光滑孔壁：

=1.3

bci

幻灯片22 抗震设计：

根据《钢筋混凝土设计规范》11.1.7规定: 一、二级抗震等级： laE =1.15la

三级抗震等级： laE =1.05la

四级抗震等级： laE =la

幻灯片23

幻灯片24

从图中试验结果说明预埋钢筋和后置式钢筋的平均劈裂粘结应力的试验结果与修正的ACI318理论的计算结果符合非常好。

在混凝土保护层较小情况下的拔出测试 幻灯片25

同时我们也进行了不同箍筋数量下的拔出试验。并根据美国ACI318规范计算出了

Ktr

B产品的试验结果与设计理论对应的很好，而A产品的试验结果却大大低于所期望的数值。 其原因主要是A产品对于为了考量箍筋作用所产生的微裂缝过于敏感。因此，除非锚固胶具有相应的预认证，否则不能考虑箍筋的有利影响。 在有箍筋情况下的拔出破坏 幻灯片26

清华大学植筋抗震试验

的数值。图6中给出试验结果与我们提出设计理论的对比

表 （产品A）耗能能力

幻灯片28

产品B极限承载力

幻灯片29  结论

 植筋混凝土柱子水平往复荷载作用下表现出很好的延性和耗能能力。

 2. 结构胶植筋混凝土柱当锚固长度达到15d时，在破坏形态、极限承载力、延性和耗能能力上与非植

筋柱十分近似。

 3. 按要求植筋15d，20d的情况下，所有试件均为延性破坏，没有出现植筋从地梁中拔出的现象，锚固

良好。

幻灯片30 综述： 1、新植筋理论充分重视混凝土的劈裂和钢筋锚固胶的粘结力的影响，更加全面地指出各种可能的破坏模式，具有更高的安全度。

2、由于植筋的锚固性能和搭接等都取决于锚固胶的特性，因此，我们建议只有专门测试合格的锚固胶才适用于本理论。

3、要充分考虑原有结构的箍筋、混凝土保护层厚度以及后植钢筋的间距。混凝土基材按照开裂混凝土考虑。 4、若有钢筋搭接，要考虑高粘结强度锚固胶的粘结应力降低程度。

植筋理论和混凝土加固规范 幻灯片2

 植筋技术

锚栓与植筋的区别

lv

受力机理不同 破坏模式不同

对原有结构的影响不同

植筋理论

 破坏模式

 钢材破坏  拔出破坏  劈裂破坏

 计算公式

 采用了以试验研究数据和工程经验为依据，以分项系数为表达形式的极限  状态设计方法。（fbd 由试验得到，为劈裂破坏和粘结破坏的最小值）

幻灯片4

幻灯片5

 欧洲植筋规范内容共分为五个方面：

 一般规定  认证方法

 评估和鉴定植筋适用性  植筋设计 认证报告内容

（一）、一般规定

在这一部分，着重强调了植筋和预埋钢筋一样，也必须遵照EC2 （欧洲混凝土设计规范）的规定。植筋所

采用的钢筋为变形钢筋，混凝土基材的强度适用范围在

C 12/15 ~ C 50/60之间 幻灯片6

幻灯片7

判断粘结剂质量好坏的依据

 粘结剂粘结强度均匀度  粘结剂耐久性

 长期及短期环境温度影响下粘结剂性能 （包括冻融试验）  地震下开裂混凝土植筋低周反复拉伸及剪切荷载作 用性能

注：以上试验要求均包含在《混凝土加固规范》的附录中

幻灯片8

 粘结剂粘结强度均匀度

1. 混凝土试件：每种胶类，

C25混凝土试件尺寸280x300x600mm，3

组

2. 两根内侧钢筋相同埋深的各点，在整个过程中应具有相同的平均应力变化趋势，（作图分析，横坐标为钢筋植入段某点和试件表面的距离mm，纵坐标为钢筋内该点应力值N/mm2）应力差应在10%之内。三组试验破坏极值差值也应在10%之内。 幻灯片9

力的传递很均匀地沿钢筋埋深分布 !

幻灯片10

2. 粘结剂耐久性

通过切片实验验证植筋胶耐久程度和其对外界暴露环境的敏感程度 (1). 混凝土试件：每种胶类至少4个，混凝土等级C25，试件立方体 边长≥150mm，高≥300mm

(2) 在每个干燥试件的中轴线位置植入直径12mm 钢筋，其钻孔直径由供应商提供，钻孔深度280mm。 在供应商提供的凝胶受力时间之后，用钻石锯将试件切成30mm厚的切片，切片数量至少30个（10个切片做外界暴露环境试验，10个切片做常温对比试验）

(3) 带有植筋的切片置于碱性溶液和硫磺环境中，对比试验的切片保存在常温下（干燥+21C3C,相对湿度505%）2000小时。

切片试验，植筋胶在外界暴露环境(酸碱环境)的粘结力不低于常温对比试验的粘结力 幻灯片11

3. 长期及短期环境温度影响下粘结剂性能

植筋胶的粘结作用,抵抗持续荷载能力(有适当的安全系数和限定的位移)不应受混凝土环境温度(以下范围)的影响而下降。短期环境温度试验用于验证植筋胶在昼夜温差和冻融循环环境中的性能；长期环境温度试验用于验证植筋胶在冷藏区或高热环境下安装时的性能。本项试验的变异系数应

温度范围在-40C ~+40C之间 (短期环境高温极值+40C；长期，+24C） 温度范围在-40C ~+80C之间 (短期环境高温极值+80C；长期，+50C）

施加恒定拉力荷载，力值取钢筋设计屈服强度的40%，加载周期180天，若位移变化量收敛较快，短时间内趋近于零，可视情况缩短至最少90天。在上述周期内位移变化量应收敛且趋近于零。 冻融试验：循环次数为50次 幻灯片12

4. 地震下开裂混凝土植筋低周反复拉伸及剪切荷载作用性能

拉力荷载次数

图 G 2.4 模拟地震拉力反复荷载性能试验的载荷幅度、反复次数、试验波形与频率图

零到最大拉力 N S = 0.50 N rRk ，循环10次； （1） 零到平均拉力 N i = 0.50(N S＋N m)，循环30次； （2） 零到最小拉力 N m = 0.25 N rRk , 循环100次； （3）

幻灯片13

混凝土加固规范-2004

第14章植筋

植筋的主要理论基础——新植筋理论

并对锚固胶的耐久性能等提出的很高的要求

植筋设计

幻灯片16

采用下列极限状态设计表达式：

s ≤

M

R

(4.2.4-1)

RRkR*

，

式中

M

─锚固连接重要性系数，对安全等级为一级、二级的锚固，分别取1.2，1.1；

S ─锚固荷载效应组合设计值，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》和《建筑抗震设计规范》 的规定进行计算；

k─锚固承载力标准值； R─锚固承载力设计值；

R

R*

─锚固承载力分项系数

幻灯片17

锚固受拉承载力设计规定：

1、钢材破坏： NSd1≤N Rd，s 2、植筋拔出破坏（胶混破坏）： NSd2≤NRd,pc 3、混凝土劈裂破坏：NSd3≤NRd,sp

为保证钢材延性破坏，要求： 幻灯片18

MIN {NSd2，NSd3} ≥NSd1

混凝土基材劈裂破坏 (fcu=25N/mm2)

7

粘结应力

fbd = 7.1 N/mm2

ACI 318

ACI劈裂破坏曲线

6

ffb,sp

c'cKtr

4d

5

ACI 318规范中并未涵盖更高粘结强度范围:

乘以折减系数 kadd=1.2

4

ACI 318给出的粘结应力的范围

fbd(ACI 318) = 3.5 N/mm2 (拔出破坏下测得的)

3

fbd,(ACI 318) = 2.1 N/mm2

fbd(CP65)

=

最小保护层厚度 2

s cx

1

Cy

(c+Ktr)/db

4 3 1 2 6 5

边矩+间距影响 幻灯片19

la

植筋的基本锚固深度

（仅限发生钢筋钢材破坏，避免拔出或劈裂破坏）：

laa

fyft

dp

(14.2.2) 式中：

基本锚固深度； l-a

fy-钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2）;

； ft-混凝土轴向抗拉强度（N/mm2）

d

- 所植钢筋直径，mm;

-钢筋形状系数，带肋钢筋为1.4；

P - 后植钢筋考虑钢筋大小对劈裂的影响、混凝土保护层厚度以及箍筋的 影响参数。从安全考虑可取1.0，为避免拔出破坏应大于1.62*ft/fbd ： 幻灯片20

a

1.64

p;

cKtr2.52.5

d

ft

1.0p1.62

fbd

fbd - 粘结剂的设计粘结应力(N/mm2) ，见 14.2.3 节；

γ - 钢筋尺寸系数（钢筋直径小于等于19mm时，为0.8；钢筋直径大于19mm时， d - 所植钢筋直径，mm; 为1.0 ）

d - 非线性劈裂系数。 d=1.0 if (c+Ktr)/d 2.5 c - 边距或保护层厚度（mm）。取混凝土保护层厚度 cy、边距 cx 、或间距s一半的最小值。 见图14.2.2 Ktr – 箍筋系数。 Ktr =Atr*fyt /(10str*n)

with: Atr 箍筋间距为s且箍筋横穿劈裂断面的所有箍筋的横截面面积之和 [mm2] fyt 箍筋的屈服强度 [N/mm2] str 在锚固长度范围内箍筋的最大间距 [mm] n 沿劈裂平面内的箍筋数目。

幻灯片21

粘结剂的强度主要取决于粘结剂的特性：

fbdfbk/b

粘结剂的粘结强度特征

fbk

应由试验得到，取拔出和劈裂破坏的最小值， 并应得到临界边、间距，见附录1。

部分安全系数包括混凝土安全系数

c

=1.4,和安装附加系数：

-干燥和粗糙孔壁：

ii

=1.0

- 潮湿和光滑孔壁：

=1.3

bci

幻灯片22 抗震设计：

根据《钢筋混凝土设计规范》11.1.7规定: 一、二级抗震等级： laE =1.15la

三级抗震等级： laE =1.05la

四级抗震等级： laE =la

幻灯片23

幻灯片24

从图中试验结果说明预埋钢筋和后置式钢筋的平均劈裂粘结应力的试验结果与修正的ACI318理论的计算结果符合非常好。

在混凝土保护层较小情况下的拔出测试 幻灯片25

同时我们也进行了不同箍筋数量下的拔出试验。并根据美国ACI318规范计算出了

Ktr

B产品的试验结果与设计理论对应的很好，而A产品的试验结果却大大低于所期望的数值。 其原因主要是A产品对于为了考量箍筋作用所产生的微裂缝过于敏感。因此，除非锚固胶具有相应的预认证，否则不能考虑箍筋的有利影响。 在有箍筋情况下的拔出破坏 幻灯片26

清华大学植筋抗震试验

的数值。图6中给出试验结果与我们提出设计理论的对比

表 （产品A）耗能能力

幻灯片28

产品B极限承载力

幻灯片29  结论

 植筋混凝土柱子水平往复荷载作用下表现出很好的延性和耗能能力。

 2. 结构胶植筋混凝土柱当锚固长度达到15d时，在破坏形态、极限承载力、延性和耗能能力上与非植

筋柱十分近似。

 3. 按要求植筋15d，20d的情况下，所有试件均为延性破坏，没有出现植筋从地梁中拔出的现象，锚固

良好。

幻灯片30 综述： 1、新植筋理论充分重视混凝土的劈裂和钢筋锚固胶的粘结力的影响，更加全面地指出各种可能的破坏模式，具有更高的安全度。

2、由于植筋的锚固性能和搭接等都取决于锚固胶的特性，因此，我们建议只有专门测试合格的锚固胶才适用于本理论。

3、要充分考虑原有结构的箍筋、混凝土保护层厚度以及后植钢筋的间距。混凝土基材按照开裂混凝土考虑。 4、若有钢筋搭接，要考虑高粘结强度锚固胶的粘结应力降低程度。