化學(xué)錨栓設計

醫藥工程設計雜志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )建筑設計化學(xué)錨栓設計中國石化集團上海工程公司200120)嚴峰摘要化學(xué) 錨栓、植筋的施工技術(shù)應用日益廣泛,它們的設計有著(zhù)其自身的特點(diǎn)。設計方法與傳統的預埋件錨筋有著(zhù)較大的區別本文著(zhù)重介紹化學(xué)錨栓的設計概念并與混凝土預埋件的異同作了分析和比較。關(guān)鍵詞化學(xué)錨栓植筋預埋件化學(xué)錨栓與植筋技術(shù)在最近幾年有著(zhù)長(cháng)足的發(fā)橫向鋼筋的對鋼筋錨固長(cháng)度的影響,可以作為借鑒。展其應用范圍也越來(lái)越廣泛,植筋通常用于結構加ACI規定鋼筋凈距小于等于2d或者保護層厚度小固改造以及混凝土新增結構構件連接等方面化學(xué)于鋼筋直徑時(shí)的錨固長(cháng)度修正系數取2.0。又規定.錨栓更多用于鋼結構與混凝土構件以及設備底座與當梁柱鋼筋錨固區域滿(mǎn)足橫向最小箍筋的要求且凈混凝土基礎的連接節點(diǎn)等部位。近年筆者接觸的不距不小于3d且滿(mǎn)足最小保護層厚度時(shí)不需做錨固少涉外項目的外方業(yè)主提出土建施工現場(chǎng)不許焊長(cháng)度修正;保護層厚度不小于2d且凈距不小于3d接不得使用預埋件，這時(shí)化學(xué)錨栓和植筋的設計就的任何鋼筋也不作錨固長(cháng)度修正;淇他情況長(cháng)度修成為結構設計的重要內容之一。正系數1.4,可見(jiàn)混凝土結構中鋼筋間距邊距是不國內現行混凝土規范沒(méi)有涉及化學(xué)錨栓的內容被忽視的重要構造之一?；瘜W(xué)錨栓的破壞包含錨容僅見(jiàn)個(gè)別公司的設計規定要求化學(xué)錨栓等安全栓本體破壞和混凝土破壞兩大類(lèi),設計中以后者破系數不小于4.0。連接節點(diǎn)是涉及結構安全的重要壞控制的情況居多,因 此錨栓、植筋的中心距和邊距構造如果缺乏對化學(xué)錨栓特點(diǎn)的深入了解籠統采是決定其承載力的關(guān)鍵因素，這是其有別于混凝土取安全系數法較易造成設計失誤。本文結合近年的預埋件錨筋的特點(diǎn)。工程實(shí)踐以及國外專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商提供的資料，對化學(xué)錨化學(xué)錨栓節點(diǎn)的錨板厚度應按混凝土規范相關(guān)栓的設計概念作簡(jiǎn)單介紹并與鋼筋混凝土預埋件的規定執行特別當錨栓間距較大時(shí)更應較規范要求異同逐一比較。由于植筋的設計方法與化學(xué)錨栓基采取增加板厚或者增加加勁板等附加構造措施。預.本相同本文中對此不作嚴格區分。埋件錨筋與錨栓、植筋的最小邊距和中心距比較見(jiàn)1構造要求下表:鋼筋混凝土結構中的預埋件錨筋的承載力主要類(lèi)型受拉、受彎受剪受錨筋強度和錨板變形控制,計算采用半經(jīng)驗半理中心距|6d和70且不大于300mm論公式規范給出的承載力公式與錨筋間距、錨筋邊中心距和邊鋼筋混凝土預6d和70距沒(méi)有直接相關(guān)?；瘜W(xué)錨栓(包括植筋)是在結構埋件錨筋距均不小于豎向邊距c最小4d*施工完成并達到強度再后期鉆孔利用化學(xué)粘結劑3d和45mm與混凝土連接?；瘜W(xué)錨栓的埋設深度( -般鉆孔深橫向邊距c3d和45最小2d *度略大于錨栓植入長(cháng)度)即錨固長(cháng)度與混凝土預埋化學(xué)錨栓、植筋4. 5d ~5d件錨筋相比其長(cháng)度較小,約為10d3l( d為鋼筋、錨*按文獻2說(shuō)明栓直徑下同),而混凝土規范規定的受壓、受剪混中國煤化工凝土的錨筋長(cháng)度不小于15d及250mm受拉錨筋錨2.1YHC N M H G-荷載作用下的破壞模固長(cháng)度更長(cháng)。式主要有下列四種情況:混凝土規范第9.3.1條對鋼筋錨固做了很詳細(1)在較大的邊距和中距情況下的錨栓周?chē)斓囊幎ǖ渲袥](méi)有涉及鋼筋間距和邊距問(wèn)題。美凝土錐體破壞國ACI89規范開(kāi)始提出鋼筋間距、保護層厚度和( 2 )錨栓與混凝土連接部位的粘結破壞;醫藥工程設計雜志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )( 3 )錨栓拉斷或者剪斷;(4)在較小的邊距情況下錨栓周?chē)炷僚?為中間值時(shí)內插確定ξ,o破壞,該情況下的承載力均小于上述三種情況,因此規范明確受剪預埋件的錨固長(cháng)度取15d文獻2設計化學(xué)錨栓時(shí)應避免采用太小的邊距。提出當錨固長(cháng)度1'。不足時(shí)可按下式折減,但最小2.2抗剪驗算.錨固長(cháng)度不小于5d。(1)化學(xué)錨栓的抗剪主要是針對上述(3)(4)當5d≤I'。<15d時(shí)折減系數按下式計算:破壞模式進(jìn)行承載力驗算。V≤Vuξ,=1 -0.027(15--)其中VJ為錨栓抗剪承載力按下列公式取用:由上述比較可知雖然規范預埋件設計公式主要VRd =min( Vede ;Vnd。)與混凝土和鋼筋相關(guān),但邊距同樣是影響其承載力Vu。為錨栓的鋼材抗剪承載力;Vu。為混凝土邊緣破裂時(shí)的抗剪承載力其計的重要因素之一。 無(wú)論是預埋件錨筋還是化學(xué)錨栓均應選取較大的邊距和中距，以充分提高其承載力。算公式如下:2.3 抗拉驗算VRd, =VRJfp,vfAR.vfp.v其中,VRa ,為混凝土邊緣破裂承載力基本值;( 1 )化學(xué)錨栓的抗拉承載力主要按上述( 1 )(2 )( 3 )三種破壞模式進(jìn)行驗算,公式如下:N≤Nefpy為混凝土強度影響系數;其中:Nka為錨栓抗拉承載力取三種破壞錨栓fsny為錨栓邊距與中心距影響系數;fp s為剪力方位調整系數剪力指向混凝土構件承載力的最小值確定即NRd =min( Ned, ;Nndp ;Ned。)邊緣時(shí)為1. 0平行構件邊緣時(shí)為2. 0?？梢?jiàn)抗剪承載力影響因素包括混凝土強度等Nu,混凝土錐體破壞承載力;級、錨栓中心距和邊距等其中錨栓中心距、邊距通Nna。錨栓粘結破壞承載力;Nu2錨栓鋼材抗拉承載力。常會(huì )起控制作用?；炷铃F體破壞( Break - out failure )承載力計( 2 )混凝土預埋 件抗剪承載力按下列公式計算公式為:NRdc =NRd fgNffNfRN算:V≤A.x,avf, .Nu,為混凝土錐體破壞承載力基本值;其中x,錨筋抗剪強度系數按下式計算:fsx為錨栓間距影響系數;a,=(4.0-0.08d)fp、為錨栓邊距影響系數?；炷琳辰Y破壞( Pull - away failure )承載力計a,錨筋層數的影響系數,錨筋等間距布置時(shí)二層取1.0三層取0.9 ;四層取0. 85。當邊距不足算公式為:Nad。 =Nad fesfr .時(shí)混凝土規范沒(méi)有說(shuō)明該如何處理，對此情況文獻NRu。為錨栓粘結破壞承載力基本值;fp N為混凝土強度影響系數;2提供的折減公式如下:fp為錨栓埋設深度影響系數。(1)當橫向間距c2≤ζ≤3時(shí)按下列公式折上述公式表明,錨栓抗拉承載力變化規律類(lèi)同減:于錨栓抗剪承載力間距、邊距是影響承載力的主要因素之一。另外某些類(lèi)型的錨栓不再仔細區分粘ξ =0.008(3-- )結破壞和錐體破壞,而是統一歸入混凝土破壞承載(2 )當豎向邊距c，A≤十≤6時(shí)折減系數按以力( Concrete cone/ pull - out resistance )。( 2 )混凝土預埋件抗拉承載力計算公式為下情況取值:中國煤化工"aunfyC=6ξ=1;MYHCNMH Ga,=0.6+0.25二錨板彎曲變形折減系數;d-=5 ξ =0.75 ;a。=二為抗拉錨筋長(cháng)度線(xiàn)性折減系數,對于直=4 ξ =0.5;接承受動(dòng)力荷載或地震荷載取1.0。規范的條文說(shuō)醫藥工程設計雜志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )29.明還規定錨筋最小長(cháng)度不得小于0.5和15d。下:由于混凝土預埋件和化學(xué)錨栓的破壞模式不盡Nmx≤Nk ;相同，因此他們在同樣情況下抗拉承載力存在較大其中.N.按(3.1.1 X3.1.2 )兩公式驗算。差異這在本文的實(shí)例比較中可以更為直觀(guān)的了解。_V3組合荷載普通預埋件的應力組合根據試驗結果按軸力、組合應力驗算公式為Fu≤N2x +V。彎矩和剪力采取線(xiàn)性相關(guān)處理化學(xué)錨栓節點(diǎn)中每其中文獻3給出的錨栓組合承載力公式如下:個(gè)螺栓的邊界條件各不相同承載力也不盡相同,因1.5此無(wú)法作類(lèi)似處理。文獻3對拉剪作用下的化學(xué)錨Fu=[[ ( cosa)! sima)“]栓節點(diǎn)采用錨栓群承載力驗算方法,但尚未有涉及拉彎剪荷載共同作用下的節點(diǎn)設計。對于含有彎矩式中a為荷載夾角p =arctan(復雜受力狀態(tài)的化學(xué)錨栓節點(diǎn)設計,可以借鑒鋼結4算例比較構規范中按螺栓最不利位置的驗算方法。計算受拉、彎、剪共同作用的某鋼梁與混凝土柱3.1受拉力與彎矩共同作用時(shí)按下列公式驗算,的連接節點(diǎn)。簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1 :( 1 )采用化學(xué)錨栓布置如圖2 8M24錨栓混凝土強度等級C45錨板厚度14mm標準錨栓埋設長(cháng)度。00100 50， 150150 50 100M~N↑4由一由--錯栓1錨栓2 錨栓3導|吊|圖1由--由一-1)N_ My:熱之y?-個(gè)My,N... =≤NRd.(3.1.1 )2y2;圖22)N_ My≤o0時(shí)軸向拉力N =15.5kN ;彎矩M =29.4 ;剪力Vn之只=40.9kNMy'1 )錨栓內力計算:≤NRd(3.1.2)2y'2,N: _(29.4 +15.5x0. 15 )x0.3=30.2kN2 x0.153 +3 x0.32其中y為所驗算的錨栓到錨栓群形心的豎向距離;v. _40.9=5.1kNy'為所驗算的錨栓到最外排受壓錨栓的豎向中國煤化工YHC NMH G=9.6°y'l為所任-錨栓到最外排受壓錨栓的豎向距2)錨栓設計基本參數,按文獻3提供的資料離;為:e為軸力到最外排受壓錨栓到豎向距離。M24 Nue =75.5kN ;VRue =15. 4kN ;3.2受拉萬(wàn)鴛勇和彎 矩共同作用時(shí)驗算公式如Nu。=108. 1kN ;Vnu。 =77. 8kN ;30.醫藥工程設計雜志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )C45抗拉fgy =120 ;抗剪fqyv =1.34。V_NM深度修正f:=1.0。As1 =a,a.f, 0.8aurf," 1. 3QxnQf,Z錨栓抗拉間距修正錨栓間距150mm時(shí)為40.9 x10315.5 x10'0. 90 x0.70 x300T 0.8 x0.85 x300+fAv =0. 68錨栓邊距150mm時(shí)為fRN =0.79。29.4 X10°3 )每個(gè)錨栓的抗拉承載力，因其邊界情況以及1.3 x0.9 x0.85 X300 X300相鄰間距不同承載力各不相同分別計算如下:=621mm2≤As = 1385mm2錨栓1需考慮邊距以及與錨栓2、4的中距折__ N減,As2 =0.8axnf, 0. 4a,anf,Z .Nue =75.5 x1.2 X1 x0. 68 x0. 68 x0. 7915.5 x 10329.4 x10° .=33.1kN .0.8 X0.85 X300 0.4 x0.9 x0.85 X300 X300錨栓2 ,僅需考慮與錨栓1、3的中距折減,= 1144mm2≤As = 1385 mm2NRd. =77.5 X1.2 x1 X0.68 X0. 68 =41.9kN上述算例表面在同等荷載作用下預埋件錨筋4 )錨栓抗剪承載力承載力需要考慮邊距及中較化學(xué)錨栓的鋼材用量.上有較大的節省,兩 者無(wú)法距修正,以錨栓1為例,錨栓邊距和中心距均為直接對，應套用。造成承載力差距較大的主要原因在150mm且剪力方向與柱邊平行,于較小邊距和中距的情況下兩者破壞模式不同預_3x150 +2x150 150=0.95 fv =2埋件壞損更多的表現為錨筋失效而化學(xué)錨栓表現3X3X105N105為混凝土先行破壞錨栓強度并未充分發(fā)揮。Vaue =15.4 X1.34 x0.95 x2 =39.2五結語(yǔ).Nua =min( Nnde ;Nnu,)=33.1 >Nx =30. 2kN化學(xué)錨栓和植筋的構造要求與混凝土預埋件相VRu =min( Vade ;VR。)=39.2>V. =5.1kN比有更高的要求,而承載力通常會(huì )較同等配筋的預5 )錨栓組合承載力計算如下:埋件小。由于化學(xué)錨栓和植筋通常作為結構設計施! cos9.6)15( sin9.6) "工中拾遺補缺的手段，設計人員必須注意其適用性。Fm Rd=|(33.1) +(39.2)」致謝本公司高工周炳桐先生對全文進(jìn)行了=32.4≥√30.22 +5.12 =30.6 kN審閱并提出寶貴意見(jiàn),HILTI中國有限公司朱( 2 )當采用預埋件方案時(shí),設 錨筋仍為3層每國棟先生在設計施工中給以了大量的技術(shù)支層直錨筋3φ14,為HRB335鋼筋其他條件不變。持在此表示感謝。f, =300N/mm2 f。=21.1N/ mm2系數a, a,計算如下:參考文獻a、=(4.0-0.08d)f。1混凝土結構設計 規范GB 50010 -2002.北京:中國建筑工業(yè)出版社2鋼筋混凝土結構中預埋件設計.北京中國建筑工業(yè)出版社2001=(4.0 -0.08 x14 )x./21.10.76>HILTI Fastening Technology Manual HLTI Corporation300鋼結構設計手冊第三版).北京:中國建筑工業(yè)出版社,19990.7取0.75美國鋼筋混凝土 房屋建筑規范( ACI 1992年公制修訂版).中國建筑科學(xué)研究院結構所譯.axn=0.6 + 0.25一d收稿日期2004-07-15= 0.6 +0.25*14/14 = 0.85當錨筋層數n = 3時(shí),錨筋層數影響系數a,=0.90 ,錨筋的總截面面積As = 1385mm預埋件在.剪力、拉力和彎矩共同作用時(shí)所需錨筋為:中國煤化工MHCNMHG歡迎訂閱2005年《醫藥工程設計》雜志!”