化学锚栓设计

医药工程设计杂志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )建筑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。设计方法与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并与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与植筋技术在最近几年有着长足的发横向钢筋的对钢筋锚固长度的影响,可以作为借鉴。展其应用范围也越来越广泛,植筋通常用于结构加ACI规定钢筋净距小于等于2d或者保护层厚度小固改造以及混凝土新增结构构件连接等方面化学于钢筋直径时的锚固长度修正系数取2.0。又规定.锚栓更多用于钢结构与混凝土构件以及设备底座与当梁柱钢筋锚固区域满足横向最小箍筋的要求且净混凝土基础的连接节点等部位。近年笔者接触的不距不小于3d且满足最小保护层厚度时不需做锚固少涉外项目的外方业主提出土建施工现场不许焊长度修正;保护层厚度不小于2d且净距不小于3d接不得使用预埋件，这时化学锚栓和植筋的设计就的任何钢筋也不作锚固长度修正;淇他情况长度修成为结构设计的重要内容之一。正系数1.4,可见混凝土结构中钢筋间距边距是不国内现行混凝土规范没有涉及化学锚栓的内容被忽视的重要构造之一。化学锚栓的破坏包含锚容仅见个别公司的设计规定要求化学锚栓等安全栓本体破坏和混凝土破坏两大类,设计中以后者破系数不小于4.0。连接节点是涉及结构安全的重要坏控制的情况居多,因 此锚栓、植筋的中心距和边距构造如果缺乏对化学锚栓特点的深入了解笼统采是决定其承载力的关键因素，这是其有别于混凝土取安全系数法较易造成设计失误。本文结合近年的预埋件锚筋的特点。工程实践以及国外专业厂商提供的资料，对化学锚化学锚栓节点的锚板厚度应按混凝土规范相关栓的设计概念作简单介绍并与钢筋混凝土预埋件的规定执行特别当锚栓间距较大时更应较规范要求异同逐一比较。由于植筋的设计方法与化学锚栓基采取增加板厚或者增加加劲板等附加构造措施。预.本相同本文中对此不作严格区分。埋件锚筋与锚栓、植筋的最小边距和中心距比较见1构造要求下表:钢筋混凝土结构中的预埋件锚筋的承载力主要类型受拉、受弯受剪受锚筋强度和锚板变形控制,计算采用半经验半理中心距|6d和70且不大于300mm论公式规范给出的承载力公式与锚筋间距、锚筋边中心距和边钢筋混凝土预6d和70距没有直接相关。化学锚栓(包括植筋)是在结构埋件锚筋距均不小于竖向边距c最小4d*施工完成并达到强度再后期钻孔利用化学粘结剂3d和45mm与混凝土连接。化学锚栓的埋设深度( -般钻孔深横向边距c3d和45最小2d *度略大于锚栓植入长度)即锚固长度与混凝土预埋化学锚栓、植筋4. 5d ~5d件锚筋相比其长度较小,约为10d3l( d为钢筋、锚*按文献2说明栓直径下同),而混凝土规范规定的受压、受剪混中国煤化工凝土的锚筋长度不小于15d及250mm受拉锚筋锚2.1YHC N M H G-荷载作用下的破坏模固长度更长。式主要有下列四种情况:混凝土规范第9.3.1条对钢筋锚固做了很详细(1)在较大的边距和中距情况下的锚栓周围混的规定但其中没有涉及钢筋间距和边距问题。美凝土锥体破坏国ACI89规范开始提出钢筋间距、保护层厚度和( 2 )锚栓与混凝土连接部位的粘结破坏;医药工程设计杂志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )( 3 )锚栓拉断或者剪断;(4)在较小的边距情况下锚栓周围混凝土劈裂1为中间值时内插确定ξ,o破坏,该情况下的承载力均小于上述三种情况,因此规范明确受剪预埋件的锚固长度取15d文献2设计化学锚栓时应避免采用太小的边距。提出当锚固长度1'。不足时可按下式折减,但最小2.2抗剪验算.锚固长度不小于5d。(1)化学锚栓的抗剪主要是针对上述(3)(4)当5d≤I'。<15d时折减系数按下式计算:破坏模式进行承载力验算。V≤Vuξ,=1 -0.027(15--)其中VJ为锚栓抗剪承载力按下列公式取用:由上述比较可知虽然规范预埋件设计公式主要VRd =min( Vede ;Vnd。)与混凝土和钢筋相关,但边距同样是影响其承载力Vu。为锚栓的钢材抗剪承载力;Vu。为混凝土边缘破裂时的抗剪承载力其计的重要因素之一。 无论是预埋件锚筋还是化学锚栓均应选取较大的边距和中距，以充分提高其承载力。算公式如下:2.3 抗拉验算VRd, =VRJfp,vfAR.vfp.v其中,VRa ,为混凝土边缘破裂承载力基本值;( 1 )化学锚栓的抗拉承载力主要按上述( 1 )(2 )( 3 )三种破坏模式进行验算,公式如下:N≤Nefpy为混凝土强度影响系数;其中:Nka为锚栓抗拉承载力取三种破坏锚栓fsny为锚栓边距与中心距影响系数;fp s为剪力方位调整系数剪力指向混凝土构件承载力的最小值确定即NRd =min( Ned, ;Nndp ;Ned。)边缘时为1. 0平行构件边缘时为2. 0。可见抗剪承载力影响因素包括混凝土强度等Nu,混凝土锥体破坏承载力;级、锚栓中心距和边距等其中锚栓中心距、边距通Nna。锚栓粘结破坏承载力;Nu2锚栓钢材抗拉承载力。常会起控制作用。混凝土锥体破坏( Break - out failure )承载力计( 2 )混凝土预埋 件抗剪承载力按下列公式计算公式为:NRdc =NRd fgNffNfRN算:V≤A.x,avf, .Nu,为混凝土锥体破坏承载力基本值;其中x,锚筋抗剪强度系数按下式计算:fsx为锚栓间距影响系数;a,=(4.0-0.08d)fp、为锚栓边距影响系数。混凝土粘结破坏( Pull - away failure )承载力计a,锚筋层数的影响系数,锚筋等间距布置时二层取1.0三层取0.9 ;四层取0. 85。当边距不足算公式为:Nad。 =Nad fesfr .时混凝土规范没有说明该如何处理，对此情况文献NRu。为锚栓粘结破坏承载力基本值;fp N为混凝土强度影响系数;2提供的折减公式如下:fp为锚栓埋设深度影响系数。(1)当横向间距c2≤ζ≤3时按下列公式折上述公式表明,锚栓抗拉承载力变化规律类同减:于锚栓抗剪承载力间距、边距是影响承载力的主要因素之一。另外某些类型的锚栓不再仔细区分粘ξ =0.008(3-- )结破坏和锥体破坏,而是统一归入混凝土破坏承载(2 )当竖向边距c，A≤十≤6时折减系数按以力( Concrete cone/ pull - out resistance )。( 2 )混凝土预埋件抗拉承载力计算公式为下情况取值:中国煤化工"aunfyC=6ξ=1;MYHCNMH Ga,=0.6+0.25二锚板弯曲变形折减系数;d-=5 ξ =0.75 ;a。=二为抗拉锚筋长度线性折减系数,对于直=4 ξ =0.5;接承受动力荷载或地震荷载取1.0。规范的条文说医药工程设计杂志Pharmaceutical & Engineering Design 2004 ,25( 6 )29.明还规定锚筋最小长度不得小于0.5和15d。下:由于混凝土预埋件和化学锚栓的破坏模式不尽Nmx≤Nk ;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(3.1.1 X3.1.2 )两公式验算。差异这在本文的实例比较中可以更为直观的了解。_V3组合荷载普通预埋件的应力组合根据试验结果按轴力、组合应力验算公式为Fu≤N2x +V。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:个螺栓的边界条件各不相同承载力也不尽相同,因1.5此无法作类似处理。文献3对拉剪作用下的化学锚Fu=[[ ( cosa)! sima)“]栓节点采用锚栓群承载力验算方法,但尚未有涉及拉弯剪荷载共同作用下的节点设计。对于含有弯矩式中a为荷载夹角p =arctan(复杂受力状态的化学锚栓节点设计,可以借鉴钢结4算例比较构规范中按螺栓最不利位置的验算方法。计算受拉、弯、剪共同作用的某钢梁与混凝土柱3.1受拉力与弯矩共同作用时按下列公式验算,的连接节点。简图见图1 :( 1 )采用化学锚栓布置如图2 8M24锚栓混凝土强度等级C45锚板厚度14mm标准锚栓埋设长度。00100 50， 150150 50 100M~N↑4由一由--错栓1锚栓2 锚栓3导|吊|图1由--由一-1)N_ My:热之y?-个My,N... =≤NRd.(3.1.1 )2y2;图22)N_ My≤o0时轴向拉力N =15.5kN ;弯矩M =29.4 ;剪力Vn之只=40.9kNMy'1 )锚栓内力计算:≤NRd(3.1.2)2y'2,N: _(29.4 +15.5x0. 15 )x0.3=30.2kN2 x0.153 +3 x0.32其中y为所验算的锚栓到锚栓群形心的竖向距离;v. _40.9=5.1kNy'为所验算的锚栓到最外排受压锚栓的竖向中国煤化工YHC NMH G=9.6°y'l为所任-锚栓到最外排受压锚栓的竖向距2)锚栓设计基本参数,按文献3提供的资料离;为:e为轴力到最外排受压锚栓到竖向距离。M24 Nue =75.5kN ;VRue =15. 4kN ;3.2受拉万鸳勇和弯 矩共同作用时验算公式如Nu。=108. 1kN ;Vnu。 =77. 8kN ;30.医药工程设计杂志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锚栓抗拉间距修正锚栓间距150mm时为40.9 x10315.5 x10'0. 90 x0.70 x300T 0.8 x0.85 x300+fAv =0. 68锚栓边距150mm时为fRN =0.79。29.4 X10°3 )每个锚栓的抗拉承载力，因其边界情况以及1.3 x0.9 x0.85 X300 X300相邻间距不同承载力各不相同分别计算如下:=621mm2≤As = 1385mm2锚栓1需考虑边距以及与锚栓2、4的中距折__ N减,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锚栓2 ,仅需考虑与锚栓1、3的中距折减,= 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载作用下预埋件锚筋4 )锚栓抗剪承载力承载力需要考虑边距及中较化学锚栓的钢材用量.上有较大的节省,两 者无法距修正,以锚栓1为例,锚栓边距和中心距均为直接对，应套用。造成承载力差距较大的主要原因在150mm且剪力方向与柱边平行,于较小边距和中距的情况下两者破坏模式不同预_3x150 +2x150 150=0.95 fv =2埋件坏损更多的表现为锚筋失效而化学锚栓表现3X3X105N105为混凝土先行破坏锚栓强度并未充分发挥。Vaue =15.4 X1.34 x0.95 x2 =39.2五结语.Nua =min( Nnde ;Nnu,)=33.1 >Nx =30. 2kN化学锚栓和植筋的构造要求与混凝土预埋件相VRu =min( Vade ;VR。)=39.2>V. =5.1kN比有更高的要求,而承载力通常会较同等配筋的预5 )锚栓组合承载力计算如下:埋件小。由于化学锚栓和植筋通常作为结构设计施! cos9.6)15( sin9.6) "工中拾遗补缺的手段，设计人员必须注意其适用性。Fm Rd=|(33.1) +(39.2)」致谢本公司高工周炳桐先生对全文进行了=32.4≥√30.22 +5.12 =30.6 kN审阅并提出宝贵意见,HILTI中国有限公司朱( 2 )当采用预埋件方案时,设 锚筋仍为3层每国栋先生在设计施工中给以了大量的技术支层直锚筋3φ14,为HRB335钢筋其他条件不变。持在此表示感谢。f, =300N/mm2 f。=21.1N/ mm2系数a, a,计算如下:参考文献a、=(4.0-0.08d)f。1混凝土结构设计 规范GB 50010 -2002.北京:中国建筑工业出版社2钢筋混凝土结构中预埋件设计.北京中国建筑工业出版社2001=(4.0 -0.08 x14 )x./21.10.76>HILTI Fastening Technology Manual HLTI Corporation300钢结构设计手册第三版).北京:中国建筑工业出版社,19990.7取0.75美国钢筋混凝土 房屋建筑规范( ACI 1992年公制修订版).中国建筑科学研究院结构所译.axn=0.6 + 0.25一d收稿日期2004-07-15= 0.6 +0.25*14/14 = 0.85当锚筋层数n = 3时,锚筋层数影响系数a,=0.90 ,锚筋的总截面面积As = 1385mm预埋件在.剪力、拉力和弯矩共同作用时所需锚筋为:中国煤化工MHCNMHG欢迎订阅2005年《医药工程设计》杂志!”