混凝土结构后锚固连接技术的若干问题_李磊

科技动态与混凝土结构后锚固连接技术的若干问题

河南莲花味精股份有限公司 李 磊河南信德房地产开发有限公司 张长岭

摘　要：结合试验研究、工程技术与施工体会，对混凝土结构后锚固连接技术若干问题的研究进行了详细的阐述。关键词：混凝土结构；后锚固连接；可靠性；锚固失效

一、锚栓的适用性

基于市场需求，建筑锚栓、锚杆、植筋胶产品近年来较大改进，出现了一些性能好的新产品。JGJ145—2004规程作为国家行业标准，应该更注重制定衡量这些后锚固产品性能的检验标准、设计和应用技术条件、与质量检测相关的规定，而不宜分门别类限定锚栓的适用范围。规程理应规定：凡符合设定性能检验标准的产品，无论何种工作机理、属哪种类型均可应用，否则更不允许设计选用，或通过质量检测要求使其无法通过验收。

每种类型、规格的建筑锚栓/植筋均有特定的适用范围与应用条件，产品安全性是在可比条件下获得的相对标准，与产品构造、安全质量、基材情况、破坏形式的等多种因素相关，并涉及颈缩拔断率Rneck(Rneck=Nneck/N0，Nneck和 N0分别为发生颈缩拔断破坏的锚栓数和同批同条件的总数)、极限位移、后续膨胀功能、锚固力衰减等多项指标。规程的上述规定，实际上是单一地按产品锚固机理对其安全性进行了分级，或简单地按产品类型对其可靠性进行了评定，这显然不安全符合实际情况，也是目前规程受到锚栓主流产品研制、生产、应用企业（包括部分规程参编单位）质疑的主要原因。

二、关于锚栓分类

规程将建筑锚栓分为以下三类：膨胀型锚栓、扩孔型锚栓、化学植筋（黏结型锚栓），其目的是根据分类限定产品适用范围。对这些锚栓工作机理的研究可知。

对于膨胀型锚栓，当锚栓受拉拔发生位移时，栓杆锥面挤入套管迫使其胀开，当套管与混凝土孔壁产生挤压摩擦作用时，孔壁受挤压后发生 变形，会出现挤压扩孔现象。套管钢材的硬度越高、外围齿槽数量越多、预紧程度或拉拔力越大，该现象也越明显。在膨胀型锚栓的抗拉拔承载力中，以挤压摩擦作用的贡献为主，挤压扩孔作用的贡献为铺。这类锚栓一般有较好的后续膨胀功能。

对于扩孔型锚栓，使用专用锥孔钻头成孔/扩孔，混凝土孔壁的锥面与锚栓膨胀端发生“镶嵌咬合”，但膨胀端与孔壁也同时存在挤压摩擦作用。在扩孔型锚栓的抗拉拔力中，以“镶嵌咬合”作用的贡献为主，挤压摩擦作用的贡献为铺。扩孔型锚栓的后续膨胀作用很小，或无此项功能。

化学植筋（黏结型锚栓）依靠栓杆与孔壁之间的黏结抗剪作用获得抗拉拔承载力，无后续膨胀功能。随拉拔力增大，栓杆直径减小，可促使黏结沿孔径方向从孔壁上被剥离。栓杆一旦发生拔出滑移，则表明其有效黏结面积开始减小，锚固失效过程开始发生。

试验研究表明，增大膨胀型锚栓的挤压扩孔程度，既增加“镶嵌咬合”的作用，可改善其锚固性能；增加扩孔型锚栓底部的锥面面积，增大锥面上的挤压摩擦作用，也可改善其锚固性能。由此可见，膨胀型与扩孔型两类锚栓的工作机理虽然不同，但存在共性。对于近年来出现的新型锚栓，普遍采用了同时应用多种工作原理、协调组合多种有利作用的手段，以提高或改善产品综合性能。

三、膨胀型、扩孔型锚栓

规程认为，在拉拔力作用下，锚栓的可靠性取决于是否发生钢材破坏，膨胀型、扩孔型锚栓不可能出现钢材破坏，见规程4.2.5条及条文说明，只有埋深充分的化学锚栓才可能出现钢材破坏，依此断言所有膨胀型、扩孔型锚栓的可靠性均低于化学植筋的可靠性，并以此制订出限制所有膨胀型、扩孔型锚栓使用范围的强制性规定（规程4.1.3条），作者实难认同这种结果。

在部分双锥面膨胀锚栓（SZM-1和SZM-2锚栓）受拉拔承载力试验中，试件钢材强度10.9级，混凝土基材强度C25，无间距、边距影响，有效埋深8.5倍外径，试验由国家建筑工程质量监督检验中心完成，报告编号：国建质检（结1）字（2001）253GJ-A/-B。如排除安装方面的问题，在C20～C25 混凝土基材上，SZM锚栓的颈缩拔断率Rneck值不低于95%，在C30及以上强度等级的混凝土基材上，Rneck值为100%。

HILTI公司的HDA自扩孔锚栓拉拔试验由国家建筑工程质量监督检验中心完成。HDA-P，HDA-T锚栓试件总数48，每种型号三种外径，钢材强度8.8级，混凝土锚固基材强度C30，无间距、边距影响。HDA锚栓试验表明，所有试件均为钢材破坏，Rneck值为100%。

四、影响锚栓承载力实测值的因素

在后锚固技术中，衡量建筑锚栓、锚杆、植筋性能的关键指标是受拉拔承载力标准值NRK，s。根据试验研究结果，单根锚栓的NRK，s值除与埋入端的锚固构造有关外，还与以下因素有关。

1. 加荷速度。锚栓的拔出位移相对于拔出力存在不确定的滞后性，使其NRK，s值可能随加荷速度增加而增大，加荷速度越快该特性越明显。

2. 拉拔力与栓杆之间的夹角。当拉拔力与锚栓之间存在夹角时，相对于拉拔力作用于栓杆轴线的情况，锚栓的锚固性能可能发生改变。

3. 支撑环直径。如果加荷设备支撑环的内径过小，混凝土锥体破坏将受约束，并导致承载力实测值偏高，但该因素对锚栓钢材破坏的情况无影响。

4. 持荷时间。随持荷时间延长，膨胀型、扩孔型锚栓承载力实测值有降低的趋势，锚栓抗拔出滑移性能越差，该趋势越明显。

5. 植筋方向。当混凝土锚孔不垂直向上且植筋胶固化之前，在重力及干扰力作用下，钻孔中钢筋的位置及外周胶层厚度均可发生变化，可能因此降低植筋的抗拉拔承载力。钢筋与孔壁之间的空隙越大，开口朝上钻孔偏离90°垂线越多，该现象越明显。

6. 位移条件。锚栓失效标准与位移有关，在较高荷载水平下，极限承载力随失效位移限值减小而降低。

五、结语

一般情况下，锚栓/植筋的NRK，s值是在试验室内的素混凝土块体上试验确定，实际受拉拔承载力是在工程现场检验确定。考虑到锚栓附近结构配筋的有利影响，与相应的试验室结果比较，现场破坏性检验中锚栓发生混凝土锥体破坏的情况将减少，锚栓受拉拔承载力有所提高。同理，在试验室与现场两种环境中，受检植筋发生混凝土锥体破坏的情况大体相同，但受拉拔承载力可能因试件方向不同而存在一定的差别。

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河南科技2010.9下