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倒錐形化學(xué)錨栓設(shè)計計算

發(fā)布時間:2020-10-20 08:00:00發(fā)布作者:施邦實業(yè)文章來源:施邦實業(yè)

一、化學(xué)錨栓概述


化學(xué)錨栓由金屬螺桿和錨固膠組成,通過錨固膠形成錨固作用的錨栓。化學(xué)錨栓分為普通化學(xué)錨栓和特殊倒錐形化學(xué)錨栓?;瘜W(xué)錨栓用于在已建成的混凝土結(jié)構(gòu)上安裝其他結(jié)構(gòu)的連接件,用于各種鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、大理石干掛、設(shè)備及管道固定等施工中的后加埋件安裝,也可用于設(shè)備安裝,公路、橋梁護欄安裝,建筑物加固改造等場合。


二、化學(xué)錨栓選用


《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB 50367-2013 )16.1.4條、16.1.5條規(guī)定,在抗震設(shè)防區(qū)的結(jié)構(gòu)中,以及直接承受動力荷載的構(gòu)件中,不得使用膨脹螺栓作為承重結(jié)構(gòu)的連接件。在抗震設(shè)防區(qū)承重結(jié)構(gòu)中使用錨栓時,應(yīng)采用后擴底錨栓或特殊倒錐形膠黏型錨栓,且僅允許用于設(shè)防烈度不高于8度,或當(dāng)8度時建于I、II類場地的建筑物。

同時,不得考慮非開裂混凝土對其承載力的提高作用。《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)4.1.1 錨栓應(yīng)按照錨栓性能、基材性狀、錨固連接的受力性質(zhì)、被連接結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防等要求選用。錨栓用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接時的適用范圍應(yīng)符合表4.1.1-1的規(guī)定:


表4.1.1-1 錨栓用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接時的適用范圍


4.1.2 金屬錨栓應(yīng)采取和使用環(huán)境類別相適應(yīng)的防腐措施。碳素鋼、合金鋼機械錨栓表面應(yīng)進行鍍鋅防腐處理,電鍍鋅層平均厚度不應(yīng)小于5μm,熱浸鍍鋅平均厚度不應(yīng)小于45μm。在室外環(huán)境、常年潮濕的室內(nèi)環(huán)境、海邊、高酸堿度的大氣環(huán)境中應(yīng)使用不銹鋼材質(zhì)的錨栓,含氯離子的環(huán)境中應(yīng)使用高抗腐不銹鋼。不同環(huán)境條件下適用的錨栓材質(zhì)類別可按表4.1.2選用。



表4.1.2 不同環(huán)境條件下適用的錨栓材質(zhì)類別


三、混凝土基材要求


《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)3.1.1 錨栓錨固基材可為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土或素混凝土構(gòu)件。3.1.2 凍融受損混凝土、腐蝕受損混凝土、嚴重裂損混凝土、不密實混凝土等,不應(yīng)作為錨固基材。3.1.3 基材混凝土強度等級不應(yīng)低于C20,且不得高于C60;安全等級為一級的后錨固連接,其基材混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。3.3.10 采用化學(xué)錨栓的混凝土結(jié)構(gòu),其錨固區(qū)基材的長期使用溫度不應(yīng)高于50度。


四、化學(xué)錨栓設(shè)計計算


化學(xué)錨栓受拉承載力應(yīng)按錨栓鋼材破壞、混合破壞、混凝土錐體受拉破壞、劈裂破等4種破壞類型,及單錨與群錨兩種錨固連接方式,共計8種情況分別進行計算。對于單錨連接,外力與抗力比較明確,計算較為簡單。對于群錨連接,情況較為復(fù)雜:當(dāng)為鋼材破壞時,破壞主要出現(xiàn)在某些受力最大錨栓,因此,一般只計算受力最大(Nhsd)錨栓即可;當(dāng)為混合破壞、混凝土錐體破壞或劈裂破壞時,主要表現(xiàn)為群錨基材整體破壞,故取Ngsd進行整體錨固計算。后錨固連接破壞應(yīng)控制為錨栓鋼材受拉破壞或連接構(gòu)件延性破壞。

下面以某儲罐與基礎(chǔ)的連接為例進行設(shè)計計算:

工程概況:某六度區(qū)化工儲罐,工作溫度不超過35度,與本部分預(yù)埋件對應(yīng)的主體結(jié)構(gòu)采用混凝土強度等級為C30。選用8.8級倒錐形特殊膠粘型M30,hef=680mm。荷載條件:設(shè)備專業(yè)提單個螺栓承受最大拉力為70KN,不承擔(dān)彎矩和剪力。形式如下:



1、單個錨栓拉力設(shè)計值計算

由《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)

5.2.1 軸心拉力作用下,群錨各錨栓所承受的拉力設(shè)計值應(yīng)按下式計算:

Nsdk1N/n    (5.2.1)


k1——錨栓受力不均勻系數(shù),取為1.1。
Nsd=1.1*70=77KN


 

2、受拉承載力計算

(1)計算NRd,s

《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)

6.1.2 機械錨栓鋼材破壞受拉承載力設(shè)計值NRd,s應(yīng)按下列公式計算:

NRd,s=NRk,sRs,N    (6.1.2-1)
NRk,s=?ykAs    (6.1.2-2)

式中:NRk,s——機械錨栓鋼材破壞受拉承載力標準值(N);

γRs,N——機械錨栓鋼材破壞受拉承載力分項系數(shù),按本規(guī)程表4.3.10 采用;
As ——機械錨栓應(yīng)力截面面積(mm2);
?yk——機械錨栓屈服強度標準值(N/mm2)。


γRs,N取值1.3,8.8級錨栓?yk取值640 N/mm2

NRk,s?ykAs =640*561=359KN      

NRd,sNRk,sRs,N=359/1.3=276KN

 

(2)計算NRd,c

《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)

6.1.3 混凝土錐體破壞受拉承載力設(shè)計值NRd,c應(yīng)按下列公式計算:



式中:NRk,c——混凝土錐體破壞受拉承載力標準值(N)。

N0Rk,c——單根錨栓受拉時,混凝土理想錐體破壞受拉承載力標準值(N)。
γRc,N——混凝土錐體破壞受拉承載力分項系數(shù),按本規(guī)程表4.3.10采    用。
?cu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值(N/mm2)。當(dāng)?cu,k不小于45N/mm2且 不大于60N/mm2時,應(yīng)乘以降低系數(shù)0.95。
hef——錨栓有效錨固深度(mm)。對于膨脹型錨栓及擴底型錨栓,為膨脹錐體與孔壁最大擠壓點的深度。
A0c,N——單根錨栓受拉且無間距、邊距影響時,混凝土理想錐體破壞投影面面積(mm2),按本規(guī)程第6.1.4條的規(guī)定計算。
Ac,N——單根錨栓或群錨受拉時,混凝土實際錐體破壞投影面面積(mm2),按本規(guī)程第6.1.5條的規(guī)定計算。
ψs,N——邊距c對受拉承載力的影響系數(shù),按本規(guī)程第6.1.6條的規(guī)定計算。
ψre,N——表層混凝土因密集配筋的剝離作用對受拉承載力的影響系數(shù),按本規(guī)程第6.1.7條的規(guī)定計算。
ψec,N——荷載偏心eN對受拉承載力的影響系數(shù),按本規(guī)程第6.1.8條的規(guī)定計算。

6.1.4 單根錨栓受拉時,混凝土理想錐體破壞投影面面積A0c,N(圖6.1.4)應(yīng)按下式計算:

A0c,N=s2cr,N      (6.1.4)

式中:scr,N——混凝土錐體破壞且無間距效應(yīng)和邊緣效應(yīng)情況下,每根錨栓達到受拉承載力標準值的臨界間距(mm),應(yīng)取為3hef


6.1.5 單根錨栓或群錨受拉時,混凝土實際錐體破壞投影面面積Ac,N,應(yīng)根據(jù)錨栓排列布置情況的不同,分別按下列公式計算:
    1 單根錨栓,靠近構(gòu)件邊緣布置,且c1不大于ccr,N時(圖6.1.5-1)

Ac,N=(c1+0.5scr,N)ssr,N     (6.1.5-1)

式中:c1——方向1的邊距(mm);
       
 c2——方向2的邊距(mm);
        
s1——方向1的間距(mm);
       
 s2——向2的間距(mm);
        ccr,N——混凝土錐體破壞且無間距效應(yīng)及邊緣效應(yīng)情況下,每根錨栓達到受拉承載力標準值的臨界邊距(mm),應(yīng)取為1.5hef


6.1.6 邊距c對受拉承載力的影響系數(shù)ψs,N應(yīng)按下式計算。當(dāng)ψs,N的計算值大于1.0時,應(yīng)取1.0。

式中:c——邊距(mm),有多個邊距時應(yīng)取最小值。

6.1.7 表層混凝土因密集配筋的剝離作用對受拉承載力的影響系數(shù)ψre,N應(yīng)按下式計算。當(dāng)ψre,N的計算值大于1.0時,應(yīng)取1.0;當(dāng)錨固區(qū)鋼筋間距s不小于150mm時,或鋼筋直徑d不大于10mm且s不小于100mm時,ψre,N應(yīng)取1.0。


6.1.8 荷載偏心對受拉承載力的影響系數(shù)ψec,N應(yīng)按下式計算。當(dāng)ψec,N的計算值大于1.0時,應(yīng)取1.0;當(dāng)為雙向偏心時,應(yīng)分別按兩個方向計算,ψec,N應(yīng)取ψ(ec,N)1·ψ(ec,N)2。

式中:eN——受拉錨栓合力點相對于群錨受拉錨栓重心的偏心距(mm)。


N0Rk,c=679KN;γRc,N=1.8;A0c,N=s2cr,N=(3*680)2=4161600mm2;
Ac,N取值同A0c,N;
ψs,N=0.7+0.3*1800/(1.5*680)=1.23,取1.0
ψre,N=0.5+680/200=3.9,3.9>1,取1.0
ψec,N取1
NRk,c=679*4161600/4161600*1.0*1.0*1=679KN
NRD,c=679/1.8=377KN


(3)計算NRd,sp

由于選用特殊倒錐形化學(xué)錨栓,適用于開裂混凝土的錨栓,且按照開裂混凝土計算承載力,所以可不考慮荷載條件下的劈裂破壞。


3、抗震承載力驗算

《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)

8.2.2 后錨固連接控制為錨栓鋼材受拉延性破壞時,應(yīng)滿足下列要求:

     1 單個錨栓


NRk,s?ykAs =640*561=359KN
NRk,min取值等于NRk,c=679KN
0.8*679=543.2KN1.2*800/640*359=538.5KN,故滿足要求。



4、承載力驗算:

《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145-2013)

4.3.5 后錨固連接承載力應(yīng)采用下列設(shè)計表達式進行驗算:

無地震作用組合:γ0S≤Rd    (4.3.5-1)
有地震作用組合:γ0S≤kRdRE    (4.3.5-2)
Rd=RkR    (4.3.5-3)

無地震作用組合:

γ0S=1.2*77=92.4KN≤NRd,s=276kKN≤NRD,c=377KN

有地震作用組合:

γ0S=1.0*77=77KN≤0.8*NRd,s=0.8*276=220kKN≤0.8*NRD,c=0.8*377=301KN

滿足要求。


5、倒錐形化學(xué)錨栓通用設(shè)計說明:


a.未經(jīng)有資質(zhì)的技術(shù)鑒定或設(shè)計許可,不得改變化學(xué)錨栓連接的用途和使用環(huán)境。
b.本化學(xué)錨栓的破壞應(yīng)控制為錨栓鋼材破壞,不應(yīng)控制為混凝土基材破壞,不應(yīng)發(fā)生整體拔出破壞或錨桿穿出破壞。
c.錨栓的植筋膠為A級膠,其安全性能指標必須滿足《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB50728-2011第4.2.2條的相關(guān)規(guī)定。
d.本設(shè)備所用8.8級特殊倒錐形化學(xué)錨栓的抗拉承載力設(shè)計值不應(yīng)小于90kN(根據(jù)計算值確定),錨固深度建議取值為680mm。本化學(xué)錨栓在大規(guī)模使用前,應(yīng)進行力學(xué)試驗;錨固系統(tǒng)失效時,錨固系統(tǒng)失效值應(yīng)為276KN(根據(jù)計算值確定)。
e.錨栓性能應(yīng)通過現(xiàn)行行業(yè)標準《混凝土用微膨脹型、擴孔型建筑錨栓》JG160的低周期反復(fù)荷載作用或疲勞荷載作用檢驗。
f.化學(xué)錨栓的設(shè)計施工應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求。
g.后錨固連接設(shè)計所采用的設(shè)計使用年限為30年。安全等級為一級,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.2。
h.為了防止膠粘劑老化帶來的安全隱患,宜加強檢查或監(jiān)測,檢查時間的間隔不得大于2年,第一次檢查時間宜定為投入使用后的6年~8年,且至遲不應(yīng)晚于10年。
i.基礎(chǔ)承載力由原有設(shè)計單位進行復(fù)核;
j.錨栓表面應(yīng)進行鍍鋅防腐處理,電鍍鋅層平均厚度不應(yīng)小于5μm,熱浸鍍鋅平均厚度不應(yīng)小于45μm。錨栓防腐蝕標準應(yīng)高于主體結(jié)構(gòu)的防腐蝕要求。



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