带锚固板钢筋在厚福大桥的实践应用

黄水华 （龙岩市恒达工程有限公司，福建 龙岩 364000）

1 引言

钢筋锚固方式对混凝土的施工方法及质量均会产生不同影响。传统的直钢筋锚固或弯折钢筋锚固消耗较多钢材，其较大的弯弧半径造成梁柱部位钢筋的拥挤、干扰，造成混凝土难浇筑，影响到项目质量。

钢筋的锚固长度不足时须将钢筋弯折，若空间已经拥挤了，没条件进行钢筋弯折怎么办？这时锚固板起作用了：把钢筋与锚固板连接一起，就无需进行钢筋弯折了。

带锚固板钢筋的混凝土在力学模型中，其承压力远小于钢筋传统弯钩部位混凝土的承压力，可消除钢筋弯折处出现混凝土的碎裂。

2 锚固板现状概述

近年来带锚固板钢筋已在多个大工程项目上进行了应用，并产生了良好的社会效益。《钢筋锚固板应用技术规程》（JGJ256-2011）等多个行业标准的实施对钢筋锚固板的分类和性能要求、钢筋锚固板的设计规定以及加工和安装、检验验收等进行了详细规定，有了理论依据。

3 带锚固板钢筋工作原理

3.1 受力机理

分两阶段：起初依靠混凝土和钢筋之间的本身粘结力，当达到最大粘结力之后逐渐下降；然后锚固力会逐渐降低并转移到锚固板上，该阶段会一直到锚固板接触部位混凝土的承压破坏或钢筋屈服破坏，如图1所示。

带锚固板钢筋受力机理与预应力混凝土构件的局部受压承载力中的“剪切破坏机理”相似，拱顶部位承受轴向局部荷载和侧压力传导至下部的混凝土承压，如图2所示。荷载加大至开裂荷载时，T拉杆达到极限抗拉强度，纵向裂缝局部产生，如图3所示。荷载加大，裂缝向外延伸，更多拉杆破坏，拱顶压力中心至拉杆合力中心的力臂逐渐加大，拱顶侧向压力T与局部荷载D的比值有所下降，承压板下混凝土所受的三轴应力随之发生变化，当D与T的比值达到一定时，核心混凝土逐步形成剪切破坏的锲形体，拱机构最终破坏，如图4所示。

图2 带拉杆拱结构

图3 局部纵向裂缝

图4 拱结构破坏

带锚固钢筋的锚板相当于预应力混凝土结构中的锚板。当核心混凝土最终破坏时，发生锚固破坏，即核心混凝土拔出。故为防止锚固板发生被拔出，需验证其最小锚固长度。

据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2012）中的局部承载力计算。

配置间接钢筋的混凝土构件：

式中Fld承压面受力值，ηs局部承压修正系数，β局部承压提高系数，圆形截面时取值为3。Aln混凝土承压面积，pv取本文实际配筋值，其值为0.1。

式中Ab为混凝土破坏时扩散面积，Al为混凝土承压面积，如图5所示。

图5 混泥土破坏时扩散面积

设钢筋HRB400，钢筋φ22mm，锚固长度为260mm，混凝土C40。钢筋屈服强度为152kN,此时代入上式得：

所以，依据剪切理论：当配置横向钢筋时，钢筋被拔出时需要的力，明显高于钢筋的锚固强度值，故在埋入深度超过一定值时，此时，钢筋的锚固性能是足够得到保证的。

4 带锚固板钢筋试验

4.1 试验方案

试验用的锚固板简称CABR钢筋，是由圆形承压板与六角螺帽2部，如图6所示，锚固板材料用QT400-15钢材。

并事先在钢筋的靠锚固板位置粘贴应变片，如图7所示，以在试验过程中得知钢筋受力情况。

图6 锚固板形状

图7 钢筋应变片位置

4.2 试验过程

①未配置横向约束的试件，当混凝土为C30时，在加载初期，试件表面无明显现象；随着荷载加大，下部外露钢筋伸长量有所增加，当临近构件破坏荷载时，先在加载端的边侧出现细微裂缝，然后无预兆的出现混凝土炸裂，试件劈裂成四瓣或者更多。当混凝土为C40～C50时，在加载初期，试件表面无明显的现象；随着荷载加大，下部外露钢筋伸长量增加，当临近构件破坏荷载时，先在加载端的边侧出现细微裂缝，然后无预兆的出现混凝土压碎或者劈裂，试件劈裂成二瓣或三瓣。

②配置横向约束箍筋的试件与为配置横向约束箍筋的试件相比，在加载过程及最终破坏现象均有较大差别，呈现钢筋塑性变化。当刚开始加载，与未配置筋的试件现象相同，试件表面没有明显现象。加载至临近极限荷载时，先在加载端出现细微裂缝，随后听到砰的一声，在自由端出现混凝土脱落，紧接着钢筋被拉断。混凝土表面无裂缝，裂缝仅仅出现在加载端，如图8、图9所示。

图8 加载端混凝土脱落现象

图9 加载端混凝土脱落现象

③带锚固板钢筋与弯钩锚固试块试验比较，如图10所示。M2为螺纹锚固板钢筋试块，M3为焊接锚固板钢筋试块，M4为普通弯钩钢筋试块。从试验可知，在埋入长度一样的情况下，3种试验现象一致，混凝土表面无裂纹，裂缝仅出现在加载端。表面局部加载部位有碎裂，M2、M3比M4试块碎裂范围小。试验数据对比见表1所示。

图10 M2、M3、M4试验现象对比图

三个试块试验数据对比表 表1

4.3 试验结论

①混凝土强度、保护层厚度和配置横向钢筋对钢筋锚固性能有显著影响；

②相同条件下，带锚固板钢筋和带弯钩钢筋锚固性能表现相同；

③带锚固板钢筋的机械锚固性能良好。当相对头面积为4.5时，钢筋埋入长度达到0.4La时，能有效实现钢筋的锚固。

5 工程应用案例

5.1 概况

厚福大道是漳永高速公路南互通至城区的主要通道，是省道219线漳平城区过境线的重要路段。工程按二级路标准改建，路基宽22.5m、双向四车道、设计时速为40km/h。建设内容主要为桥梁、道路、涵洞、路基排水等。项目主要特点是架设一座31m长的中桥和一座166m长的大桥。

5.2 带锚固板钢筋应用范围

①桥梁伸入盖梁的纵筋直锚变为部分锚固板锚固。即变为伸入支座边缘长度为800mm,钢筋端头加设锚固板，变更后保留的钢筋锚固长度为原设计锚固长度的0.67倍。

②地系梁伸入墩柱的纵筋直锚变为部分锚固板锚固。即变为伸入长度750mm，钢筋端头加设锚固板，变更后保留的钢筋锚固长度为原设计锚固长度的0.67倍。

③盖梁纵筋端头弯钩锚固变为锚固板锚固。

④盖梁空心板梁为标准图配筋，钢筋支座布置位置，空心板梁截面内纵筋伸入支座边缘截面的锚固长度已达到规范要求，在纵筋端头若加设锚固板能进一步提高钢筋的锚固性能，但须保证钢筋端部截面混凝土保护层达6cm,需将纵筋在端部进行适当弯起加以保证。

以上变更均不改变结构形式，不改变结构受力性能。保留的钢筋锚固长度均已满足《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2012）中的锚固长度要求，加之锚固板能大大增强钢筋锚固性能。

5.3 锚固板的加工样式

本工程锚固板原材料采用球墨铸铁QT450-10，锚固板可采购成品，易可加工成等厚圆形，见图11、图12所示。

图11 M1锚固板示意图

图12 M2锚固板示意图

5.4 关于锚固长度的规范要求

目前国内无关于锚固板钢筋在桥梁应用上的相关规范，但在《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中，提到了机械锚固时，其锚固长度按式计算。

《钢筋锚固板应用技术规程》（JGJ256-2011）中提到：

即在框架梁柱节点受力较为复杂的情况下，带锚固板钢筋的锚固长度取0.4或0.5的系数即可满足带锚固板钢筋的锚固性能。所以，带锚固板钢筋埋入长度达到0.4La时，即能有效实现钢筋的锚固。

另外，在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2012）规定：墩柱伸入盖梁长度为：伸入长度不能小于盖梁高度的2/3，而且还要扳成喇叭形状。

直径22mm的钢筋按《混凝土结构设计规范》规定计算锚固长度为20d=440mm。美国规范锚固长度为7.3d=160mm。俄罗斯规范锚固长度为6.3d=138.6mm。按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范为660mm。本设计变更除在端头增加锚固板外，保留锚固长度为800mm，仅保留的锚固长度就能满足上述所有规范内容。

5.5 施工注意事项

①接头加工前先墩平钢筋端部；钢筋丝头长度应满足要求，允许公差为0～2.0p（p为螺距），钢筋丝头应满足6f级精度要求，达到要求的拧入长度，止规旋入不得超过3p。抽检率为10%，合格率≥95%。

②安装螺纹连接钢筋的锚固板对连接强度的影响很小，一定扭矩的要求是防止锚板松动，影响导线头的连接长度。与直螺纹的安装扭矩相同。让钢筋丝头能伸出锚固板，确保连接强度，便于检查，丝头外露长度大于等于1.0p。

6 结论

在工程中，锚固板能有效地降低锚固或搭接长度，节约钢材，有利于高强度钢使用；可减少钢筋折弯和安装的难度，让钢筋的加工、安装更方便；可减轻梁柱节点等混凝土浇筑的难度，提高施工质量；当环氧涂层用于防止钢筋锈蚀时，锚固板不需要增加锚固长度。

带锚固板钢筋可标准化生产、节省现场锚固的人工费和机械费、保障锚固质量，加快施工进度。