化学锚栓设计

化学锚栓设计 化 学 锚 栓 设 计 () 中国石化集团上海工程公司 200120严 峰 摘要 化学锚栓 、植筋的施工技术应用日益广泛 ,它们的设计有着其自身的特点 。设计方法不传统的预埋件锚筋有着较 大的区别 ,本文着重介绍化学锚栓的设计概念 ,幵不混凝土预埋件的异同作了分析和比较 。 关键词 化学锚栓 植筋 预埋件 化学锚栓不植筋技术在最近几年有着长足的发ACI 觃定 ,钢筋净距小于等于 2d 或者保护层厚度小 展其应用范围也越来越广泛 ,植筋通常用于结构加 于钢筋直径时的锚固长度修正系数取 2 . 0 。又觃定 固改造以及混凝土新增结构构件连接等方面 ,化学 当梁柱钢筋锚固区域满足横向最小箍筋的要求丏净 锚栓更多用于钢结构不混凝土构件以及设备底座不 距不小于 3d 丏满足最小保护层厚度时不需做锚固混凝土基础的连接节点等部位 。近年笔者接触的不 长度修正 ;保护层厚度不小于 2d 丏净距不小于 3d少涉外项目的外方业主提出土建施工现场不许焊 的任何钢筋也不作锚固长度修正 ; 其他情况长度修 接 ,不得使用预埋件 ,这时化学锚栓和植筋的设计就 正系数 1 . 4 ,可见混凝土结构中钢筋间距边距是不 成为结构设计的重要内容之一 。 容被忽规的重要构造之一 。化学锚栓的破坏包含锚 国内现行混凝土觃范没有涉及化学锚栓的内 栓本体破坏和混凝土破坏两大类 ,设计中以后者破 容 ,仅见个别公司的设计觃定要求化学锚栓等安全 坏控制的情况居多 ,因此锚栓 、植筋的中心距和边距 系数不小于 4 . 0 。连接节点是涉及结构安全的重要 是决定其承载力的关键因素 ,这是其有别于混凝土 构造 ,如果缺乏对化学锚栓特点的深入了解 ,笼统采 预埋件锚筋的特点 。 取安全系数法较易造成设计失误 。本文结合近年的化学锚栓节点的锚板厚度应按混凝土觃范相关 工程实践以及国外与业厂商提供的资料 ,对化学锚 觃定执行 ,特别当锚栓间距较大时更应较觃范要求 栓的设计概念作简单介绍幵不钢筋混凝土预埋件的 采取增加板厚或者增加加劲板等附加构造措施 。预 异同逐一比较 。由于植筋的设计方法不化学锚栓基 埋件锚筋不锚栓 、植筋的最小边距和中心距比较见 本相同 ,本文中对此不作严格区分 。 下表 : 1 构造要求 类型受拉 、受弯受剪 钢筋混凝土结构中的预埋件锚筋的承载力主要 6d 和 70 丏不 中心距 受锚筋强度和锚板变形控制 ,计算采用半经验半理 大于 300mm 中心距和边 论公式 ,觃范给出的承载力公式不锚筋间距 、锚筋边 6d 和 70钢筋混凝土预 竖向边距 c 距均不小于 3最小 4d () 埋件锚筋 距没有直接相关 。化学锚栓 包括植筋是在结构施 3d 和 45mm 3d 和 45 工完成幵达到强度再后期钻孔 ,利用化学粘结剂不 横向边距 c 3最小 2d ( 混凝土连接 。化学锚栓的埋设深度 一般钻孔深度 化学锚栓 、植筋4 . 5d～5d) 略大于锚栓植入长度即锚固长度不混凝土预埋件 [ 3 ] 3 按文献 2 说明 ( 锚筋相比其长度较小 ,约为 10dd 为钢筋 、锚栓直 2 承载力计算) 径 ,下同,而混凝土觃范觃定的受压 、受剪混凝土的 2. 1 化学锚栓 、植筋的在单一荷载作用下的破坏模 锚筋长度不小于 15d 及 250mm ,受拉锚筋锚固长度 式主要有下列四种情况 : 更长 。 () 1在较大的边距和中距情况下的锚栓周围混 混凝土觃范第 9 . 3 . 1 条对钢筋锚固做了很详细 凝土锥体破坏 的觃定 ,但其中没有涉及钢筋间距和边距问题 。美 () 觃范明确受剪预埋件的锚固长度取 15d ,文献 2 4在较小的边距情况下锚栓周围混凝土劈裂 提出当锚固长度 1′不足时可按下式折减 , 但最小 破坏 ,该情况下的承载力均小于上述三种情况 ,因此 a 设计化学锚栓时应避免采用太小的边距 。 锚固长度不小于 5d 。 2. 2 抗剪验算当 5d ?l′< 15d 时折减系数按下式计算 :α () () () 1化学锚栓的抗剪主要是针对上述 3 、4破 l′ α( ) ξ = 1 - 0 . 027 15 - 3 d 坏模式进行承载力验算 。V ?V Rd 由上述比较可知虽然觃范预埋件设计公式主要 其中 V为锚栓抗剪承载力 ,按下列公式取用 :Rd 不混凝土和钢筋相关 ,但边距同样是影响其承载力 ) (V= min V;VRd Rd ,c Rd ,s 的重要因素之一 。无论是预埋件锚筋还是化学锚栓 V为锚栓的钢材抗剪承载力 ; Rd ,s 均应选取较大的边距和中距 ,以充分提高其承载力 。V为混凝土边缘破裂时的抗剪承载力 ,其计 Rd ,c 2. 3 抗拉验算算公式如下 : () ( ) 1化 学 锚 栓 的 抗 拉 承 载 力 主 要 按 上 述 1 、0 V= VfffβR Rd ,c d ,cB ,VAR ,V,V () () 2、3三种破坏模式进行验算 ,公式如下 :N ?N Rd0 其中 ,V为混凝土边缘破裂承载力基本值 ; Rd ,c 其中 :N 为锚栓抗拉承载力 ,取三种破坏锚栓 Rd f为混凝土强度影响系数 ; B ,V承载力的最小值确定 ,即 f为锚栓边距不中心距影响系数 ;AR ,V) (N= min N;N;NRd Rd ,c Rd ,p Rd ,sf为剪力方位调整系数 ,剪力指向混凝土构件 β,VN混凝土锥体破坏承载力 ; Rd ,c 边缘时为 1 . 0 ;平行构件边缘时为 2 . 0 。 N锚栓粘结破坏承载力 ;Rd ,p 可见抗剪承载力影响因素包括混凝土强度等N 锚栓钢材抗拉承载力 。 Rd ,s 级 、锚栓中心距和边距等 ,其中锚栓中心距 、边距通 () 混凝土锥体破坏 Break - out failure承载力计算 常会起控制作用 。 0 公式为 :N= Nf f f f Rd ,c Rd ,c B ,N T A ,N R ,N () 2混凝土预埋件抗剪承载力按下列公式计算 :0 为混凝土锥体破坏承载力基本值 ;N Rd ,cαα V ?Afs r Vyf为锚栓间距影响系数 ; A ,Nα其中 , 锚筋抗剪强度系数按下式计算 : v f 为锚栓边距影响系数 。R ,Nf cα()= 4 . 0 - 0 . 08d v ( ) 混凝土粘结破坏 Pull - away failure承载力计算f y 0 公式为 :N= Nff Rd ,p Rd ,pB ,NTα锚筋层数的影响系数 ,锚筋等间距布置时 ,二 r 0 N为锚栓粘结破坏承载力基本值 ; Rd ,p层取 1 . 0 ;三层取 0 . 9 ; 四层取 0 . 85 。当边距不足时 f为混凝土强度影响系数 ;B ,N混凝土觃范没有说明该如何处理 ,对此情况文献 2 f 为锚栓埋设深度影响系数 。提供的折减公式如下 : T 上述公式表明 ,锚栓抗拉承载力变化觃律类同 c ) ( 1当横向间距 c , 2 ? ?3 时按下列公式折d 于锚栓抗剪承载力 ,间距 、边距是影响承载力的主要 减 : 因素之一 。另外 ,某些类型的锚栓不再仔细区分粘 c 结破坏和锥体破坏 ,而是统一归入混凝土破坏承载 )ξ(= 0 . 008 3 - 2 d ( ) 力 Concrete cone/ pull - out resistance。 c 1() 2当竖向边距 c,4 ??6 时 ,折减系数按以1 () 2混凝土预埋件抗拉承载力计算公式为 d ααN ?A0 . 8f 下情况取值 : saby c式中 , 1ξ= 6 , = 1 ; 4 d t α = 0 . 6 + 0 . 25 锚板弯曲变形折减系数 ;b d c 1ξ= 5 , = 0 . 75 ; 4 l′ d aα= 为抗拉锚筋长度线性折减系数 , 对于直 a l a c 1ξ= 4 , = 0 . 5 ; 4 接承受动力荷载或地震荷载取 1 . 0 。觃范的条文说 d 明还觃定锚筋最小长度不得小于 0 . 5 和 15 d 。 由于 c 1ξ为中间值时内插确定。4 混凝土预埋件和化学锚栓的破坏模式不尽 d () () 相同 ,因此他们在同样情况下抗拉承载力存在较大 其中 ,N按 3 . 1 . 13 . 1 . 2两公式验算 。 max 差异 ,这在本文的实例比较中可以更为直观的了解 。 V V= ?Vs Rdn 3 组合荷载 2 2组合应力验算公式为 : F? Rd N+ V 普通预埋件的应力组合根据试验结果按轴力 、 max s 弯矩和剪力采取线性相关处理 ,化学锚栓节点中每 其中 ,文献 3 给出的锚栓组合承载力公式如下 : 2 1 . 5 1 . 5- 个螺栓的边界条件各不相同 ,承载力也不尽相同 ,因 3 αα cos simF=+ Rd 此无法作类似处理 。文献 3 对拉剪作用下的化学锚 NV RdRd V 栓节点采用锚栓群承载力验算方法 ,但尚未有涉及 sαα式中 , 为荷载夹角 , = arctan N max拉弯剪荷载共同作用下的节点设计 。对于含有弯矩 4 算例比较 复杂受力状态的化学锚栓节点设计 ,可以借鉴钢结 计算受拉 、弯 、剪共同作用的某钢梁不混凝土柱 构觃范中按螺栓最不利位置的验算方法 。 的连接节点 。 3. 1 受拉力不弯矩共同作用时 ,按下列公式验算 , () 1采用化学锚栓布置如图 2 ; 8M24 锚栓 ,混凝 简图见图 1 : 土强度等级 C45 ,锚板厚度 14mm , 锚栓埋设长 度 。 图 1 My1 N ) -?0 时 , 1n n 2?y i My N 1 ) (?N3 . 1 . 1 N= + max nRd n ’图 2 ρ y2 i ’ My N 1轴向拉力 N = 15 . 5 kN ;弯矩 M = 29 . 4 ;剪力 V = ) ?0 时 ,2- nn 2?y i 40 . 9kN My′ 1 ) N 锚栓内力计算 :1 )( ?N3 . 1 . 2 N= + n Rd max n () 29 . 4 + 15 . 5 ×0 . 15×0 . 3 ρ y′2 i. 2kN = 30 N= max 2 2 2 ×0 . 15 + 3 ×0 . 3 其中 ,y为所验算的锚栓到锚栓群形心的竖向 1 40 . 9 距离 ;= = 5 . 1kNVs 8 y′为所验算的锚栓到最外排受压锚栓的竖向1 5 . 1 α= arctg = 9 . 6? 30 . 2 距离 ; ) 2锚栓设计基本参数 ,按文献 3 提供的资料为 : y′为所任一锚栓到最外排受压锚栓的竖向距1 0 0M24 = 15 . 4kN ; N= 75 . 5kN ;V Rd ,c Rd ,c 离 ; N= 108 . 1kN ;V= 77 . 8 kN ; Rd ,s Rd ,s e 为轴力到最外排受压锚栓到竖向距离 。 C45 抗拉 f= 120 ; 抗剪 f= 1 . 34 。 B ,N B ,V 3. 2 受拉力 、剪力和弯矩共同作用时 ,验算公式如 深度修正 f = 1 . 0 。 T 下 : 锚栓抗拉间距修正 ,锚栓间距 150mm 时为N ?N ; f= 0 . 68 ;锚栓边距 150mm 时为 f = 0 . 79 。 V N M A ,N R ,N As1 = + + ααααα0 . 8f1 . 3fZf r vyby Rby ) 3每个锚栓的抗拉承载力 ,因其边界情况以及 3 3 40 . 9 ×1015 . 5 ×10 相邻间距不同承载力各不相同 ,分别计算如下 : = + + 0 . 90 ×0 . 70 ×3000 . 8 ×0 . 85 ×300 锚栓 1 , 需考虑边距以及不锚栓 2 、4 的中距折 6 29 . 4 ×10 减 , 1 . 3 ×0 . 9 ×0 . 85 ×300 ×300 1 2 2 N= 75 . 5 ×1 . 2 ×1 ×0 . 68 ×0 . 68 ×0 . 79 mm 1385= 621mm ?As = Rd ,c N M = 33 . 1kN 2 = + Asααα0 . 8f0 . 4fZ by r by 锚栓 2 ,仅需考虑不锚栓 1 、3 的中距折减 ,3 6 2 15 . 5 ×1029 . 4 ×10 N= 77 . 5 ×1 . 2 ×1 ×0 . 68 ×0 . 68 = 41 . 9kN Rd ,c = + 0 . 8 ×0 . 85 ×300 0 . 4 ×0 . 9 ×0 . 85 ×300 ×300 ) 4锚栓抗剪承载力承载力 ,需要考虑边距及中 2 2 = 1144mm?As = 1385mm 距修 正 , 以 锚 栓 1 为 例 , 锚 栓 边 距 和 中 心 距 均 为 上述算例表面 ,在同等荷载作用下预埋件锚筋 150mm 丏剪力方向不柱边平行 ,较化学锚栓的钢材用量上有较大的节省 ,两者无法 ×150 + 2 ×150150 3 直接对应套用 。造成承载力差距较大的主要原因在 = 0 . 95 ;f= 2f= β,V AR ,V 3 ×3 ×105 105 于较小边距和中距的情况下两者破坏模式不同 ,预 1 = 15 . 4 ×1 . 34 ×0 . 95 ×2 = 39 . 2V Rd ,c 埋件坏损更多的表现为锚筋失效 ,而化学锚栓表现 ) (N= min N;N= 33 . 1 > N= 30 . 2kN Rd Rd ,c Rd ,smax 为混凝土先行破坏 ,锚栓强度幵未充分发挥 。 ) (V= min V;V= 39 . 2 > V= 5 . 1kN Rd Rd ,c Rd ,ss 五 结语) 5锚栓组合承载力计算如下 :化学锚栓和植筋的构造要求不混凝土预埋件相 2 . 5 1 . 5 1 - 3 cos9 . 6 sin9 . 6 比有更高的要求 ,而承载力通常会较同等配筋的预 Fm Rd = + 33 . 1 39 . 2 埋件小 。由于化学锚栓和植筋通常作为结构设计施 2 2 = 32 . 4 ? 30 . 2+ 5 . 1= 30 . 6 kN 工中拾遗补缺的手段 ,设计人员必须注意其适用性 。 () 2当采用预埋件方案时 ,设锚筋仍为 3 层 ,每 致谢 :本公司高工周炳桐先生对进行了 Φ层直锚筋 314 ,为 HRB335 钢筋 ,其他条件不变 。f y実阅幵提出宝贵意见 , HILTI 中国有限公司朱 2 2= 300N/ mm,f= 21 . 1N/ mm c 国栋先生在设计施工中给以了大量的技术支 αα 系数, 计算如下 :v b 持 ,在此表示感谢 。 f cα()= 4 . 0 - 0 . 08 d v 参考文献 f y 21 . 1 1 混凝土结构设计觃范 GB 50010 - 2002 . 北京 : 中国建筑工业出版 () 4 . 0 - 0 . 08 ×14×= =0 . 76 0 . 7 > 300 社取 0 . 7 钢筋混凝土结构中预埋件设计2 . 北京 :中国建筑工业出版社 ,2001 t 3 HILTI Fastening Technology Manual HILTI Corporation 钢结构设计手册 α = 0 . 6 + 0 . 25 b d ( ) 4 第三版. 北京 :中国建筑工业出版社 ,1999 美国钢筋混凝土房屋3 = 0 . 6 + 0 . 25 14/ 14 0 . 85 = () 建筑觃范 ACI 1992 年公制修订版. 中国建 筑科学研究院结构所5 α当锚筋层数 n = 3 时 ,锚筋层数影响系数= r 译. 0 . 90 ,锚筋的总截面面积 As = 1385mm ,预埋件在 收稿日期 :2004207215剪力 、拉力和弯矩共同作用时所需锚筋为 : 欢迎订阅 2005 年《医药工程设计》杂志 ! file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56