预制混凝土结构浆锚连接锚固性能综述

预制混凝土结构浆锚连接锚固性能综述
作者：周金富潘阿二
来源：《工业技术创新》2019年第03期
摘 ; 要：基于钢筋与混凝土粘结锚固机理，研究分析预制混凝土结构的构件，以及浆锚连接锚固性能的影响因素。

国内外研究表明：钢筋的锚固长度和搭接长度是影响浆锚连接锚固性能的主要因素;混凝土强度、保护层厚度、钢筋形状与尺寸、横向箍筋配置也对浆锚连接锚固性能具有一定的影响。

浆锚连接技术仍存在搭接长度长、承载力较小等缺点。

后续研究将从灌浆料材质、接头类型、成孔工艺等方面进行改进，并致力于推进相关技术规范的制定，以标准规范促进工艺技术水平的提升。

关键词：预制混凝土结构;浆锚连接;锚固性能;锚固机理; 锚固长度;搭接长度
中图分类号：TU375 ; ; ;文献标识码：A ; ; ;文章编号：2095-8412 （2019） 03-103-04
工业技术创新 URL： http： // ; ;DOI： 10.14103/j.issn.2095-
8412.2019.03.021
引言
我国住宅楼大部分采用钢筋混凝土结构。

预制混凝土结构是钢筋混凝土结构工业化生产的必要条件。

住宅楼的预制混凝土结构是基础构件，也是安全的主要条件。

构件首先在生产基地完成制造，然后被运往施工现场进行组装[1]。

随着住宅楼结构的安全性、可靠性研究的深入推进，预制混凝土结构的构件越来越成为建筑业的迫切需求。

预制混凝土结构在发达国家已经发展得较为成熟，但在我国仍处于基础研究和应用阶段。

目前国内普遍采用的钢筋与混凝土界面之间的浆锚粘接方式包括约束浆锚连接和金属波纹管浆锚连接，其思路均是从预制构件表面外伸一定长度的不连续钢筋，将钢筋插入所连接的预制构件对应位置的预留孔道内，并在钢筋与孔道内壁之间填充无收缩、高强度得灌浆料，以实现锚固[2]。

在预制混凝土结构中，解决钢筋与混凝土界面之间的连接问题是关键，因为预制构件之间的连接可以使结构保持良好的完整性。

锚固性能取决于基本锚固长度，而基本锚固长度又与锚固钢筋的外形系数密切相关。

本文首先基于钢筋与混凝土锚固机理，归纳各种锚固钢筋的外形系数，其次结合前人工作，对浆锚连接锚固性能的影响因素进行列举和分析。

1 ;锚固机理与性能参数
1.1 ;钢筋锚固机理
钢筋与混凝土的粘结锚固受到三个因素，即胶结力、摩阻力和机械咬合力的影响。

其中，机械咬合力是保证粘结锚固性能的关键，而混凝土中的钢筋必须具有足够的锚固长度，才能保证钢筋粘接强度被充分利用[3]。

变形钢筋得粘结性能取决于钢筋肋表面形状以及钢筋与混凝土挤压产生的机械咬合力，因此采用变形钢筋会提高钢筋与混凝土之间的粘结强度。

钢筋锚固性能试验采用拉拔试验方式：在加载初期，随着荷载的增加，钢筋开始滑移，钢筋对混凝土的挤压作用和钢筋与周围混凝土的摩擦作用是抗滑移的主要贡献所在。

在钢筋肋对周围混凝土的挤压力中，径向分量产生的是环向拉应力，而加载端劈裂裂纹的出现并不表明的并不是粘结强度的降低，而是表明加载端的局部失效[4]。

1.2 ;基本锚固长度
基本锚固长度为最小锚固长度，在这一长度下，受力钢筋在屈服前不会发生粘结破坏。

通过拉拔试验、可靠性计算和验证试验，得出混凝土结构规范中受拉钢筋的基本锚固长度为
（1）
其中，
—受拉钢筋的抗拉强度设计值，MPa;
—锚固区混凝土轴心抗拉强度设计值，MPa;
—锚固钢筋直径，mm;
—锚固钢筋外形系数。

各种锚固钢筋的外形系数如表1所示。

2 ;锚固性能影响因素分析
2.1 ;混凝土强度
Teng[5]通过12个混凝土试件轴向拉伸试验和92个钢筋混凝土试件拉拔试验，探讨了保护层厚度、钢筋直径和粘结应力分布等因素对钢筋锚固性能的影响。

结果表明，保护层相对厚度是影响粘结应力和粘结强度的主要因素。

随着保护层厚度的增加，周边混凝土抗裂性能得到改善，粘结应力也随之增大。

2016年，赵羽习等[6]对16个不同保护层厚度及箍筋间距的梁端式试件进行了拉拔试验。

结果表明，增大保护层厚度可以显著提高极限粘结强度：当保护层厚度较大时，箍筋对极限粘结强度的贡献作用减小。

赵羽习等[6]还从混凝土保护层以及箍筋这两种约束出发，提出了混凝土保护层增强系数的概念，并提出可综合考虑混凝土保护层厚度与强度、箍筋数量及锚固粘结長度影响效应，得到极限粘结强度的计算公式。

2.2 ;锚固长度
2011年，姜洪斌等[7]以钢筋直径、锚固长度和混凝土强度为参数，设计了81个预制混凝土插入式预留孔灌浆钢筋锚固拉拔试件。

试验表明，采用这种方式可以减小锚固长度（最小可达0.8，保证了钢筋锚固连接性能的安全可靠，为约束浆锚搭接长度试验研究提供了良好的基础。

2014年，尹齐等[8]提出一种钢筋插入式预埋波纹管浆锚连接方式，其以钢筋直径、波纹管外径、锚固长度等为参数，完成了48个施加连续荷载的抗拔试验。

试验结果建议，插入式预埋金属波纹管浆锚连接法的钢筋锚固长度宜为15倍的钢筋直径。

2018年，潘南君[9]对插入式预埋金属波纹管浆锚连接法的锚固性能进行试验研究。

结果表明，当波纹套管内无预置钢筋且孔径比取1.44时，建议插入钢筋的锚固长度大于10倍的钢筋直径;当波纹套管内无预置钢筋，且孔径比在1.8～3.125时，建议插入钢筋的锚固长度取10倍的钢筋直径;当波纹套管内有预置钢筋时，也建议的锚固长度取10倍的钢筋直径。

2.3 ;搭接长度
2011年，赵培[10]对螺旋箍筋配箍率与搭接长度的关系进行了研究。

采用搭接方式，以搭接长度和配箍率为参数，完成了123个试件的制作。

结合试验现象、螺旋箍筋应变和外荷载，得出了螺旋箍筋配箍率与搭接长度的关系。

取螺旋箍筋包围的核心区域作为简化模型进行了分析，建立了螺旋箍筋配箍率与搭接长度的关系式。

通过与试验数据进行对比，确定钢筋搭接长度为基本锚固长度的1倍。

同年，姜洪斌等[11]以文献[7]的实验研究为基础，进行了约束浆锚搭接试验。

以混凝土强度、纵向钢筋直径和搭接长度为参数，完成了108个试件的搭接实验。

实验中，不断减少搭接长度，最短可达0.3 （，为纵向受拉钢筋的搭接长度，后同）。

通过损伤现象和试验数据分析，合理推导出纵向钢筋搭接长度，兼以考虑结构可靠度要求和施工偏差，得到合理搭接长度为基本锚固长度的1.0倍，即1.0 。

通过预制剪力墙的伪静力试验，将合理搭接长度应用到预制剪力墙试件，验证了插入式预留孔灌浆钢筋搭接的可靠性，满足了现行规范和实际施工要求。

2014年，倪英华[12]在前人研究成果的基础上，研究约束浆锚钢筋搭接的极限搭接长度。

以钢筋直径、螺旋箍筋配箍率、搭接长度为参数，共完成了54个搭接试件。

通过试件破坏现象和试验数据，确定了三种直径钢筋的极限搭接长度。

将极限搭接长度试验结果应用到预制混凝土剪力墙结构中，验证了剪力墙钢筋搭接的性能。

在极限搭接长度试验和预制剪力墙低周反复荷载试验的基础上，结合理论分析，给出了钢筋极限搭接长度的设计建议使用公式。

2015年，马军卫等[13]为了研究钢筋约束浆锚搭接的施工工艺，设计制作了144个钢筋约束浆锚搭接的试件。

采用文献[11]中建议的合理搭接长度，验证了工艺的可靠性和合理性。

2016年，余琼等[14]提出了一种套筒约束浆锚搭接接头，并研究了该搭接接头的连接性能。

以钢筋直径和搭接长度为参数，完成了63个该类接头的拉伸试验，并研究了试件的破坏形态、钢筋本构关系、力—位移曲线及强度。

通过搭接接头力学模型的分析，提出了临界搭接长度的计算公式。

最后得出建议：该接头搭接长度应为12.5倍的钢筋直径。

2017年，吴涛等[15]提出一种焊接预留孔钢筋浆锚搭接技术，完成了36个钢筋浆锚搭接试件的拉拔试验，分析了试验中破坏形态、荷载—变形曲线以及裂缝发展过程的推移。

实验结果表明，33个试件受到钢筋拉断破坏，只有3个搭接长度为0.3 的试件发生了锚固破坏，破坏形态为纵向贯穿劈裂裂缝。

此连接方式不仅减小了钢筋搭接长度，而且性能良好。

2018年，高奕昕等[16]以温度为参数，完成了约束浆锚搭接试件的单向拉伸试验，并通过Abaqus有限元分析软件，对采用该种搭接方法的试件进行了分析与对比。

结果表明：常温下，当试件的搭接长度为1.0倍的基本锚固长度时，搭接强度能够得到保障。

而高温下，连接强度随温度升高而降低，且主要由钢筋强度决定。

2.3 ;其他因素的影响
钢筋的形状特征对粘结强度有明显的影响，变形钢筋的粘结强度比普通钢筋高。

我国带肋钢筋的粘结强度约为2.5～6.0 MPa，光圆钢筋的粘结强度约为1.5～3.5 MPa。

徐有邻等[17]在中國建筑研究院中对334种不同类型的钢筋、不同锚固形式的进行了拉拔试件试验，讨论了变形钢筋与光圆钢筋的粘结锚固机理，分析了各种因素对钢筋与混凝土粘结强度的影响，得到了粘结强度的计算公式。

徐文杰等[18]研究了浆锚搭接的缺陷对装配式混凝土柱承载力与延性的影响，设计了4根轴压比为0.3的浆锚搭接试件，进行低周反复荷载试验。

从承载力、刚度、延性、耗能四个方面，对有缺陷柱和无缺陷柱的试验结果进行分析，结果表明，无缺陷柱的滞回曲线相对饱满，刚度退化慢，耗能较低，延性较好。

随荷载增大，有缺陷柱的承载力逐渐下降，特别是缺陷侧的承载力下降显著。

Kemp等[19]研究了横向箍筋对搭接强度的影响。

通过对138根标准强度的钢筋进行搭接试验，确定了横向箍筋对搭接强度的影响。

试验表明，在梁内布置箍筋，可以延缓开裂或裂缝宽度的发展，提高粘结强度。

无箍筋和有箍筋试件的对比试验结果表明，随着箍筋个数的增加，粘结强度也增加。

3 ;讨论
以上大量研究表明，钢筋的锚固长度和搭接长度是影响浆锚连接锚固性能的主要因素。

此外，当混凝土强度提高时，钢筋与混凝土的化学粘结力和机械咬合力也随之增加;保护层厚度增大，可以加强外围混凝土的抗劈裂能力，提高试件的劈裂应力和极限粘结强度;由钢筋锚固机理可知，钢筋的形状与尺寸也会影响粘结强度;除了纵向钢筋的搭接与锚固，配置横向箍筋能够约束或延迟径向、纵向劈裂裂缝的发展，从而提高极限粘结强度。

4 ;结论与展望
本文介绍了预制混凝土构件中浆锚连接的锚固性能。

浆锚连接技术安全可靠、成本低廉等优点，使其在建筑工程中得到了迅速的应用和发展。

各种原因造成的连接缺陷会对构件抗震性能产生影响，故该技术仍存在搭接长度长、承载力较小等缺点。

后续可以从灌浆料的材质、接头类型、成孔工艺、施工工艺、孔径大小等方面对技术进行改进，进一步减小搭接长度，以期带来巨大的社会、经济与环境效应。

此外，现有
的施工人员技术水平还不成熟，也造成了不必要的连接质量问题，因而相关技术规范的制定和业务培训的开展也有待进一步落实。

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作者简介：
周金富，男，学士。

研究方向：工程施工。

E-mail： ;zhoujinfu@
潘阿二，通信作者，男，在读硕士生。

研究方向：组合结构。

E-mail： q1213167608@
（收稿日期：2019-03-09）
Abstract： Based on the bond and anchorage mechanism between the steel bar and the concrete， the constructional element of precast concrete structure and the influencing factors affecting the grouted anchorage connecting performance are systematically studied and analyzed. Research all over the world shows that， the anchorage length and overlap length of the steel bar are the main factors affecting the grouted anchorage connecting performance; the strength of concrete，the thickness of protective layer， the shape and size of reinforcing bars and the configuration of transverse stirrups also have certain effects on the grouted anchorage connecting performance. The grouted anchorage connection technology still has some shortcomings such as long overlap length and relatively low bearing capacity. In the future study， the grouting material， the joint type and the
hole forming technology will be improved， and efforts will be made to promote the formulation of relevant technological specifications. Standard specifications will be used to promote the improvement of the technological level of the process.
Key words： Precast Concrete Structure; Grouted Anchorage Connection; Anchoring Mechanism; Anchorage Length; Overlap Length。