工程師們?cè)谧鲥^固件方案設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般都要考慮混凝土錨固件抗剪作用。如果錨固件強(qiáng)度、剛度都足夠強(qiáng)，我們是不是就可以高枕無(wú)憂了呢?恐怕不是。
一、混凝土錨固剪翹破壞受力機(jī)制
圖1 混凝土錨固受剪
圖1展示的是一個(gè)錨釘在剪力荷載情況下的受力機(jī)制。
從圖上可以看出來(lái)，隨著剪力V的增大，錨釘右側(cè)與混凝土接觸區(qū)域的混凝土壓應(yīng)力不斷增加。如果錨釘混凝土邊距足夠大，當(dāng)剪力V增加到一定程度，該區(qū)域的混凝土?xí)饾u被壓碎。
與此同時(shí)，由于右側(cè)上部混凝土被壓碎失效，那么錨桿右側(cè)上部會(huì)變成一個(gè)微小的力臂結(jié)構(gòu)，其右側(cè)因?yàn)榛炷潦Фゼs束，剪力V作用在這個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致錨桿上部向右產(chǎn)生位移，并使錨桿有被拔出的趨勢(shì)，在錨桿內(nèi)部沿軸向形成拉力N。
由于力臂結(jié)構(gòu)下側(cè)(預(yù)埋到混凝土部分)為固定端而另一側(cè)(上部)為自由端，在錨桿產(chǎn)生右側(cè)位移的同時(shí)，錨板會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，直接導(dǎo)致錨板左側(cè)脫離混凝土表面，而錨板的右側(cè)與混凝土表面發(fā)生擠壓作用，并在錨板右側(cè)產(chǎn)生反作用力C。
局部混凝土失效也會(huì)直接導(dǎo)致該區(qū)域混凝土給予錨釘?shù)姆戳?/span>Vb隨著剪力V增加而逐漸下移。當(dāng)錨桿所受拉力N超過(guò)錨頭所能激活的混凝土錨固力時(shí)，就會(huì)發(fā)生所謂的“混凝土剪翹破壞”，如圖2所示。
圖2 錨固件受剪機(jī)制
相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土試驗(yàn)中，剪力V作用下發(fā)生混凝土剪翹破壞時(shí)錨桿內(nèi)力N約等于剪力V的35%，而通過(guò)有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，這個(gè)比例約為40%，且發(fā)生混凝土剪翹破壞的混凝土破壞面面積約為同等埋深情況下受拉混凝土椎體破壞面積的60%——70%。
從圖2可以看出來(lái)，混凝土破壞面的基本輪廓是：由于錨板和混凝土表面的擠壓力C，破壞面首先從錨板與混凝土表面擠壓處起步，一路延伸至錨頭右側(cè)，另一邊從錨頭左側(cè)起步，向圖2的西北角擴(kuò)展，并且這一面的混凝土破壞面角度較為平緩。
二、如何估算混凝土剪翹破壞承載力?
前面我們說(shuō)，剪力V作用下發(fā)生混凝土剪翹破壞時(shí)錨桿內(nèi)力N約等于剪力V的35%，而這個(gè)內(nèi)力N直接導(dǎo)致了混凝土破壞，也就是說(shuō)N與混凝土破壞面面積直接相關(guān)。
混凝土錨固件受拉導(dǎo)致的椎體破壞力與混凝土破壞面面積正相關(guān)。
這里的剪翹破壞也是類似道理，剪力V在錨桿內(nèi)部產(chǎn)生的拉力N激活的混凝土錨固力是發(fā)生混凝土剪翹破壞的根本原因，而如上所述發(fā)生混凝土剪翹破壞的混凝土破壞面面積約為同等埋深情況下受拉混凝土椎體破壞面積的60%——70%，即發(fā)生混凝土剪翹破壞時(shí)的N也是同等埋深情況下受拉承載力Nc的60%——70%。
把上述文字描述轉(zhuǎn)換成公式就是：
V=N/0.35=(0.6——0.7)×Nc/0.35=(1.7——2.0)×Nc
因此我們分析得出的結(jié)論是：
混凝土剪翹破壞承載力是同等埋深條件下椎體破壞的1.7——2倍。
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