早龄期混凝土中锚杆锚固强度试验研究.pdf
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1、水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第9期 早龄期混凝土中锚杆锚固 强度试验研究 雷进生 ,陈建飞 ,王乾峰 ,刘 琼,曹雪廷 ( 三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜 昌4 4 3 0 0 2 ) 摘要 :通过对混凝土 中锚杆进行拉拔试验 ,研 究并分析锚杆锚 固直径、锚 固长度及混凝土龄期与锚 固强度的关系。实验结果表明:锚 固力随混凝土龄 期的增 长呈非线性增 长趋势 ,但增长速度逐渐减 慢 ,并趋于稳定;锚杆的锚 固力随锚杆直径、锚 固长度增加而增大。但在混凝土早龄期锚杆直径对锚 固力影响并不明显 ,应重点考虑混凝土强度增长确定合理的锚 固长度。试验结果和理论分析为改善衬 砌结构的受
2、力状 态、优化拆模 时间提供 了参考依据。 关键词 :混凝土龄期 ;锚杆;拉拔试验 ;锚 固力 中图分类 号 :T V 4 3 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 1 4 1 - 0 4 Ex pe r i me n t a l s t ud y o n a n c ho r i ng s t r e ng t h o f a nc ho r - - b o l t i n e a r l y- a g e c o nc r e t e L E I J i n s h e n g , C H E N J i a n f e i ,
3、WA N G Q i a n f e n g , L I U Q i o n g , C A O X u e t i n g ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g&A r c h i t e c t u r e , C h i n a T h r e e G o r g e s U n i v e r s i t y , Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2 , H u b e i ,C h i n a ) Ab s t r a c t :T h r o u g h t h e p u l l o u t t e
4、s t o n t h e a n c h o r b o l t i n c o n c r e t e,t h e r e l a t i o n s h i p a mo n g t h e d i a me t e r a n d l e n g t h o f a n c h o r b o l t ,t h e a g e o f c o n c r e t e a n d t h e a n c h o r i n g s t r e n g t h i s s t u d i e d a n d a n a l y z e d T h e t e s t r e s u l t
5、 s h o w s t h a t t h e a n c h o rin g f o r c e p r e s e n t s a t r e n d o f n o n l i n e a r i n c r e a s e alo n g wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e c o n c r e t e a g e,a n d t h e n t h e i n c r e a s e r a t e s l o w s d o wn g r a d u a l l y a n d t r e n d s t o b e s t a b l
6、 e, wh i l e t h e a n c h o r i n g f o r c e o f a n c h o r b o h i n c r e a s e s a l o n g w i t h t h e i n c r e a s e s o f b o t h t h e d i a me t e r o f a n c h o r b o l t a n d i t s a n c h o ri n g l e n g t h Ho w e v e r ,t h e r e i s n o o b v i o u s e f f e c t f r o m t h e d
7、 i a me t e r o f a n c h o r b o l t d u rin g t h e e a r l y a g e o f c o n c r e t e u p o n t h e a n c h o r i n g f o r c e,a n d t h e n t h e i n c r e a s e o f t h e c o n c r e t e s t r e n gth mu s t b e c o n s i d e r e d f o r d e t e r mi n i n g t h e r e a s o n a b l e a n c h
8、o rin g l e n gth T h e t e s t r e s u h a n d t h e o r e t i c al a n a l y s i s p r o v i d e a r e f e r e n c e b a s i s for i mp r o v i n g t h e s t r e s s s t a t e o f l i n i n g s t r u c t u r e a n d o p t i mi z i n g t h e for m r e mo v a l t i me Ke y wo r d s:c o n c r e t e a
9、 g e ;a n c h o r b l o t ;p u l l o u t t e s t ;a n c h o r i n g f o r c e 1 引言 由于施工程序及工艺限制 ,同一工程不同部位 的 混凝土构件浇筑时间不 同,许多混凝土结构在浇筑完 成不久就 已作为承重结构继续在其上施工 。而混凝土 构件的龄期小 于 2 8 d时 ,水化反应 尚未完成 ,力学 性能复杂。许多学者对混凝土早龄期物理力学特性进 行了研究 。 隧洞衬砌结构是 由模板 、围岩和早龄期混凝土结 构构成 的临时承载体系 ,也是材料性能 、形状 、空间 位置均随时间变化的施工时变结构体系。混凝土凝结 W a
10、t e r Re s o u r c e s a n d d r o p o we r En g i n e e r i n g Vo 1 4 4 No 9 期间( 包括拆除模板前后 ) ,其强度和弹性模量都是 变化的,与围岩的相互作用也是动态的。复杂大断面 隧洞往往工程量巨大 ,衬砌拆模时间的长短是制约施 工进度的关键 因素 。然而与此相关的关系隧道支 护质量优劣的支护及拆模时机问题 ,目前更多是依靠 具有实际经验 的工程师来估计 。 以往对锚杆锚固力的研究多针对锚杆在岩土中的 对围岩的锚固作用 叫 ,或者是针对混凝土 中后植钢 收稿 日期 :2 0 1 2 0 9 1 9 作者简介 :雷进
11、生 ( 1 9 7 O 一 ) ,男 ,副教授。 1 4 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 雷进生, 等早龄期混凝土中锚杆锚固强度试验研究 筋的锚固性能l 1 “ 。然而 ,实际工程 中锚杆与混凝 土也存在相互作用。向家坝水电站变顶高尾水隧洞洞 室开挖高度变化大 、跨度大 ,且位于近地表的层状砂 岩体中,为维护拱顶施工期稳定 ,在尾水主洞第一层 开挖完成后进行挂顶混凝土衬砌_ 1 。类似工程施工 过程中,拱顶模板拆除后衬砌混凝土并未达到成熟龄 期 ,由系统锚杆和随机锚杆将混凝土 自重荷载或模板 承受荷载传递 到围岩 ,其 “ 反锚作用 ” 可 以有效地改 善衬
12、砌结构的受力状态,增强结构与 围岩的相互作 用 。 基于此 ,通过对不同直径和不同锚 固长度的锚杆 在混凝土不 同龄期进行拉拔试验 ,对于掌握围岩锚杆 对早期混凝土结构 的反锚固受力演变规律 , 确定混凝 土锚固参数具有十分重要的意义。 2 试验准备 2 1 试验 材料 试验用混凝土设计强度为 C 2 5 ,具体配合 比见表 1 。试验锚杆采用 H R B 3 3 5级螺纹钢筋 ,直径分别 为 6 1 8 mm、 2 0 mm和 2 2 mm,见表 2 。 表 1混凝 土配合 比 水 水泥 砂 碎石 0 5 1 1 6 5 3 3 4 表 2 钢筋强度计算值 直径 m m 1 8 2 0 2
13、2 屈服强度 MP a 3 3 5 3 3 5 3 3 5 屈服力 k N 8 5 2 1 0 5 2 1 2 7 3 2 2 试件及制备 抗压强度试件尺寸为 1 5 0 mm1 5 0 m m1 5 0 mm 的标准立方体试块。锚杆锚 固强度试验 ,主要考 虑 锚 固长度 、锚杆直径和混凝土龄期等 因素对锚杆锚 固力的影响 。试验采用 1 5 0 mm和 3 0 0 mm两种锚固 长度 ,试件尺寸分别为 1 5 0 mm1 5 0 mm1 5 0 mm 和 61 5 o mm3 0 0 mm,如 图 1 所示 。 在试件 浇 筑 时预 埋 不 同直径 的锚 杆 ,待试 件 成 型后 2 4
14、h拆模 ,按 普 通 混凝 土 力学性 能试 验 方 法 ( G B T 5 0 0 8 1 _2 0 0 2) 要 求 进 行养 护 。分别 于 1 d 、2 d 、3 d 、7 d及 2 8 d龄期 对试 件进 行拉 拔试验 。 2 3试验仪器 通过 WA W Y1 0 0 0 C型微机控制电液伺 服万能试 验机及 自制加载反力架对试件进行加载。 1 4 2 A A ( a ) 锚固长度l 5 0 mIl l L 一 ! Q - l ( b ) 锚固长度3 0 0 mm 图 1 拉拔试件 ( 单位 :mm) 3 试验结果及讨论 3 1 抗 压 强度试 验 混凝土结构工程施工质量验收规范 给
15、出了建 议的混凝土早期强度数学模型 ( t )=( A l n t +B ) ( 1 ) 式中, 厂 为 2 8 d龄期 时抗压强度值 ;A= 0 3 2 5 0 0 0 2 5 f ,B= 0 0 1 4 1 + 0 0 0 6 2 f 。 图2为混凝土轴心抗压强度试验值和计算值与龄 期关系曲线。可以看出,混凝土抗压强度试验值与计 算值略有差异 :试验值在 3 d龄期的强度已经达到并 超过 2 8 d 强度的 5 0 ;计算值在 3 d龄期 的强度接 近 2 8 d强度 的 5 0 。当龄期到达 7 d时 ,试验值与 计算值强度均非常接近设计值 ,之后增长速度逐渐减 慢 ,并趋于稳定。说明混
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