植筋锚固技术发展概述

陈　刚

[摘要]介绍混凝土结构改造、加固领域中的热门技术植筋锚固技术的发展历史，叙述植筋技术的研究和应用现状，展望植筋技术的研究方向和应用前景。

[关键词]植筋结构胶发展

中图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)0210078—01

一、前言

植筋化学植筋及螺杆，简称植筋，是我国工程界广泛应用的一种后锚固连接技术，系以化学胶粘剂锚固胶，将带肋钢筋及长螺杆胶结固定于混凝土基材钻孔中，通过粘结与锁键(interlock)作用，以实现对被连接件锚固的一种组件。植筋技术作为一种新型的加固技术，不仅具有施工方便、工作面小、工作效率高的特点，而且还具有适应性强、适用范围广、锚固结构的整体性能良好、价格低廉等优点。因而，植筋技术广泛的应用于各类建筑结构增建、变更等的受力钢筋锚固，结构加固工程中横梁、柱头、楼板、剪力墙等受力钢筋锚固，以及各类附属结构、机械设备、管道、支架、幕墙等安装时的螺杆锚定。

二、国外发展历史及现状

植筋技术是在膨胀螺栓(mechanical expansion shell bolt)的基础上慢慢发展起来的。膨胀螺栓能在锚固区周围产生很高的应力，因此当受到荷载作用时，特别是受到动力荷载作用时，膨胀螺栓很容易松动。为了克服膨胀螺栓的缺点，早在1959年德国首先研究了树脂胶囊(resin capsule)用于锚固矿山锚杆。此后这一技术在上世纪60～70年代广泛应用于矿山、隧道等工程建设中。到了八十年代，这一技术的应用范围更为广泛，并逐渐发展成为一种新的钢筋锚固形式后锚钢筋。国外对植筋粘结锚固性能的研究始于上世纪八十年代，其中主要集中在瑞士、德国、美国等一些发达国家。

植筋锚固受力性能研究的一个显著的特点是以大量的试验研究为基础。斯图加特大学Eligehausen等人(1984)，Doerr等人(1989)根据实验结果分别推导了预估锚栓的拔出力的计算公式。由于化学粘结锚栓的破坏面常发生在混凝土和混凝土与粘结剂的表面，因此他们的公式都是通过总结混凝土破坏区域和粘结剂与混凝土结合层破坏深度范围内的平均剪力或最大剪力得到的。

Florida大学教授Ronald A.Cook在1993年就报道了在美国进行的280个试验结果，这一试验研究有167个测试在Florida大学进行，有113个测试在Texas大学完成。在试验的基础上总结4种破坏模式，并提出设计方法，可用来估算化学粘结锚栓的拉拔强度，设计方案考虑了拉伸测试中典型埋深的破坏模式(混凝土锥体破坏，粘结破坏，混凝土锥体粘结复合破坏)，提出了以弹性理论为基础的计算方法。

至2001年，Cook等人用12个国家的20种产品，共做了765个试验，分别考虑了影响锚栓极限承载力的各个因素。这些因素包括在安装过程中的影响因素如钻孔条件、混凝土强度、混凝土级配等，安装后影响因素如较短的粘结养护期、高温的受力环境等。此外，化学胶的使用环境对植筋受力性能的影响也已受到关注，Higgins等人研究了使用过程中暴露的环境因素的影响，如紫外线、在酸雨作用下的干湿交替对植筋承载力的影响，研究结果表明，植筋的粘结强度不受紫外线和酸雨作用下干湿交替的影响。

在实际工程中特别是当植筋技术用于结构加固、结构改造、结构拓延等情况时，基材混凝土处于零应力状态的情况是极少见的，有时甚至会处于受拉区或处于框架节点等复杂应力状态，这时植筋的粘结锚固性能显然会大大下降，并将直接影响到结构的受力性能。因此近几年国外学者的研究不单单关注混凝土块体中的植筋拉拔试验研究，而且开始研究基材混凝土处于复杂应力状态下的植筋力学性能。

Eligehausen等人对混凝土植筋梁和板进行了静力试验，试验结果表明，混凝土保护层开裂引起了植筋构件的破坏；植筋构件的极限承载力能够达到非植筋构件的承载力，其粘结强度与非植筋构件的粘结强度也相差无几。Eligehausen认为厂家给出的结构胶粘结强度设计值是基于植筋有较厚的混凝土保护层厚度，而实际构件中的实际保护层厚度要小，设计值偏高。

三、国内发展历史及现状

植筋技术的发展是随着建筑结构胶的发展而发展起来的。建筑结构胶于上世纪八十年代初期在我国开始使用。1983由中科院大连化物所与辽宁建科所共同合作研制出我国第一种实用的JGN型建筑结构胶，填补了国内建筑结构胶领域的空白。我国建筑结构胶至1983年开发至今的二十多年里，发展迅速，产品能够满足大部分工程需要，目前研究主要集中于特种性能建筑结构胶的开发，如耐高温、抗冻、可焊等。

国内对植筋力学性能的试验研究主要集中于单向拉拔试验，熊学玉等为研究植筋的粘结性能、确定植筋抗拉强度、破坏形态及其影响，结合某高层住宅植筋加固工程进行了植筋的拉拔试验，分析了不同植筋强度、不同的环境条件对粘结性能的影响并给出了设计、施工建议。

司伟进等用拉拔试验探讨植筋锚固试件钢筋的粘结锚固特性，主要就钢筋相对锚固长度、受力钢筋根数、横向配筋等因素对环氧砂浆植筋锚固钢筋混凝土试件承载力的影响进行了研究。结果表明，在锚固钢筋满足一定长度(15d)的情况下，植筋锚固构件后锚固钢筋的静力性能是可靠的。

同济大学张建荣等为研究植筋的粘结性能、确定植筋极限抗拉强度、破坏形态及影响，进行了5组21根钢筋的混凝土植筋锚圃拉拔试验。得到了植筋的5种破坏形态，如图1所示，并指出植筋受力粘结锚固破坏可分为四个阶段：粘结阶段、粘滞阶段、劈裂阶段、滑移阶段。

近些年随着植筋的应用越来越广泛，研究除了单纯的拉拔试验外也开始涉及结构构件中的植筋受力性能的研究。

同济大学张建荣等为研究混凝土结构在受拉区进行植筋锚固的粘结锚固机理和破坏形态，进行了采用植筋技术进行受拉主筋搭接的钢筋混凝土梁受弯试验，植筋深度分别为8d、10d、12d、15d、20d、25d、30d。结果表明，试验中植筋只有在深度≥15d时，植筋与混凝土产生滑移发生混合界面拔出破坏，植筋屈服，梁发生塑性破坏。这与单向拉拔试验中植筋埋深为10d时即发生钢筋拉断的破坏结果有很大差别，说明植筋在梁受拉区时，其粘结锚固性能有很大的下降。

东南大学陈忠范、程文瀼等通过低周反复水平荷载作用下钢筋混凝土加层节点柱的试验研究，结果表明纵筋屈服后的粘接滑移量较大。裂缝开展较宽，但仍可满足使用阶段的设计要求，抗震耗能性能及变形满足要求，但是其植入深度应该满足≥15d。

同济大学张建荣等进行了混凝土植筋梁式试件的2×106的疲劳加载试验，结果表明，疲劳加载对试件的极限承载力的影响不明显，其破坏形态、极限承载力、延性和耗能性能与非植筋柱近似。

近几年国内对在植筋在特殊条件下的受力性能进行研究，如在潮湿环境下的植筋施工、爆炸荷载下的植筋的锚固性能、植筋锚固试件在冻融循环后的力学性能以及高温下的植筋力学性能等。

四、植筋技术的应用

进入90年代，随着社会经济的发展和科学技术的进步，各种新材料、新技术、新工艺应运而生，植筋技术得到了前所未有的发展。建筑结构胶新品种不断问世，各种粘钢加固、深孔锚筋的公司也如雨后春笋在全国各地竞相成立。与此同时国外的一些知名企业，如德国的FISCHER、瑞士的HILTI等也不失时机进入中国，已占据了中国大半个市场，形成了国产产品与进口产品激烈竞争的局面。激烈的市场竞争使得各种建筑结构胶在不断改变自身性能的同时，价格也在不断地下降，从而在经济和技术上可靠的保证了建筑结构胶的应用。最近几年植筋锚固技术频频应用于一些重大工程中，如当今国内大型标志性建筑上海的金茂大厦梁板钢筋生根、上海八万人体育场柱体钢筋生根、北京东方广场基础地板植筋、北京国际金融大厦梁板柱钢筋生根、北京信达大厦悬挑结构钢筋生根、中华世纪坛、国际会议中心等均采用了这一技术。植筋技术不仅取得了良好的经济效益和社会效益，而且也使这一技术逐渐深入人心。

五、结论和建议

1、由于植筋技术这一后锚固技术有着无可比拟的优势，在结构的加固、改造、改建、拓延中将得到更加广泛的应用。

2、植筋的应用多见于结构构件中，而研究还主要集中于拉拔试验，植筋在构件中的应用的研究还有待深入，需要加快研究步伐。

3、当前植筋技术已经广泛地应用于工程实践的各种工况中，而理论研究相对落后于工程实践，不可避免地会存在一定的不安全因素，因此需要对植筋技术进行进一步的研究，如植筋整体结构的抗震性能、植筋的耐久性能、特殊工况下的植筋性能等等。

作者简介：

陈刚，男，浙江杭州人。同济大学土木工程学院结构专业06级硕士，主要研究方向为混凝土结构。