混凝土开裂：裂缝宽度与锚固深度的影响

开裂混凝土和非开裂混凝土情况下，锚钉、膨胀锚栓等常规锚固件破坏力的对比，无论哪种情况，所有的锚固破坏形式都是混凝土椎体破坏。

今天我们就来专门讲讲锚固件在开裂混凝土中的椎体破坏。

Eligehausen教授带领的研究团队进行了包括362组切底锚栓混凝土拉拔试验和43组锚钉混凝土拉拔试验。试验中，他们设置了不同程度的裂缝宽度，从0到1.5mm不等，所有试验破坏形式都是混凝土椎体破坏。

他们将试验结果与非开裂理论计算值做了对比，如图1所示，其中实心曲线是非开裂理论计算值。

图1 开裂混凝土试验结果与理论值对比

从图1可以看出来，混凝土裂缝宽度0.3mm到0.4mm时，切底锚栓和锚钉的拉拔破坏力是非开裂理论计算值的50%到100%，平均为75%。当混凝土裂缝达到1mm时，该比例仍然有70%。

Eligehausen教授又带领团队进行了非线性有限元分析。在该模型中，他们将裂缝控制在不大于0.3mm的范围。

他们发现，当混凝土裂缝在0.1mm到0.3mm时，锚固件的极限承载力约为非开裂混凝土锚固破坏力的70%。

我们知道，锚钉和切底锚栓是通过机械锁键作用将施加在其上的荷载传递到混凝土基材的。

切底锚栓和锚钉在开裂混凝土中的失效一定是与裂缝部分的混凝土应力传递断层相关的。在非开裂混凝土中，锚钉在受拉力情况下会在其锚头周边激活混凝土并形成围绕其一圈的混凝土区域，这部分混凝土受到环形切应力作用(图2)并在环形区域内处于平衡状态。

图1 非开裂混凝土椎体

而一旦出现混凝土裂缝，这个环形就会被切断，如图3所示，在这个混凝土断层区域，切应力不再被传递，锚固件两侧会各自形成混凝土破坏椎体。不过实际上，图3中的两个“椎体”在试验中并非完整的椎体，而是两个“半椎体”——一个完整的椎体被一道裂缝切成两个部分罢了。

图3 开裂混凝土椎体

在图1试验中，研究团队还对不同锚固深度的切底锚栓和锚钉的极限承载力做了分析。

图4是将裂缝0.3mm作为定量的情况下，试验数据和锚固件锚固深度的关系。借助线性回归的方法，研究团队发现，开裂混凝土中锚固件的极限承载力和锚固深度的1.5次幂正相关，这一点与非开裂混凝土非常类似。

图4 开裂混凝土锚固件破坏力与锚固深度关系

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