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


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