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    植筋加固

    承德錨栓植筋加固問答

    錨栓植筋加固問答

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            本文回答了以下問題:


             1、錨栓錨固基材有哪幾種?


            2、錨栓分為哪幾種?


           3、錨栓適用范圍有哪些?

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             4、錨栓性能要求有哪些規定?


             5、錨栓計算是采用開裂混凝土假定還是采用非開裂混凝土假定?


              6、錨栓錨固深度、直徑、間距的最小值為多少?


               7、錨板厚度及邊距最小值為多少?


              8、錨栓承載力需要進行哪些計算?


              9、能否直接采用國標13G311-1、14G308中錨栓承載力?


             10、特殊倒錐形化學錨栓與普通化學錨栓抗拉承載力大小有何區別?


             11、群錨總承載力是否等于單個錨栓承載力之和?


             12、錨栓抗剪承載力計算應注意哪些問題?


              13、抗震設計對錨栓有哪些要求?


            14、錨栓對基材位置、長期使用溫度及環境有什么要求?


             15、植筋與混凝土邊緣距離(邊距)c及植筋間距s最小值為多少?


            16、在素混凝土構件及低配筋率構件中植筋是否可行?


             17、植筋深度設計值Ld最小值為多少?


              18、植筋深度不滿足時承載力如何計算?


            19、植筋能否考慮抗剪?


             20、光圓鋼筋和錨入部位無螺紋的螺桿能否植筋?


            21、在植筋上焊接應注意哪些問題?

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             一、錨栓


             1、錨栓錨固基材有哪幾種?


            答:錨栓錨固基材有三種:鋼筋混凝土、預應力混凝土或素混凝土構件(包括低配筋率構件)。見《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ145-2013)(簡稱后錨固規程)第3.1.1條。


             2、錨栓分為哪幾種?


             答:錨栓分為機械錨栓和化學錨栓:


            (1)機械錨栓定義及分類(見后錨固規程第3.2.1條、附錄A第A.1.1條):


            1)定義:機械錨栓是指利用錨栓與錨孔之間的摩擦作用或鎖鍵作用形成錨固的錨栓。


            2)按其適用范圍可分為兩種:


             ①適合于不開裂混凝土的機械錨栓;


             ②同時適合于開裂混凝土和不開裂混凝土的機械錨栓。


             3)按其工作原理可分為兩種:


            ①膨脹型錨栓;


             ②擴底型錨栓。


            (2)化學錨栓定義及分類(見后錨固規程第3.3.2條、附錄A第A.1.4條):


           1)定義:化學錨栓是指由金屬螺桿和錨固膠組成,通過錨固膠形成錨固作用的的錨栓。


            2)按其適用范圍可分為兩種:


            ①適合于不開裂混凝土的化學錨栓;


             ②同時適合于開裂混凝土和不開裂混凝土的化學錨栓。


            3)按其受力機理可分為兩種:


             ①普通化學錨栓;


             ②特殊倒錐形化學錨栓。


            注:


            a.特殊倒錐形化學錨栓,在安裝時通過錨固膠與倒錐形螺桿之間滑移可形成類似于機械錨栓的膨脹力;

            

            b.“特殊倒錐形化學錨栓”在《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2013)(簡稱加固規范)第16.1.3條中稱作“特殊倒錐形膠粘型錨栓”,為了表達方便,本文統一稱作“特殊倒錐形化學錨栓”。

     

            3、錨栓適用范圍有哪些?


           答:錨栓適用范圍:


            (1)適合于結構構件連接的錨栓類型:機械錨栓中的擴底錨栓、化學錨栓中的特殊倒錐形化學錨栓。


            (2)適合于非結構構件連接的錨栓類型:滿足砼加固規范及后錨固規程規定的錨栓均適用。


            注:非結構構件指建筑中除承重骨架體系以外的固定構件和部件,主要包括非承重墻體(墻板),附著于樓面和屋面結構的構件、裝飾構件和部件、固定于樓面的大型儲物架,幕墻、廣告牌等。見抗規第13.1.1條及條文說明。


             4、錨栓性能要求有哪些規定?


            答:

         

            (1)機械錨栓性能要求見后錨固規程第3.2節、《混凝土用機械錨栓》(JGJ/T16--2017);

     

           (2)化學錨栓性能要求見后錨固規程第3.3節,對于開裂混凝土、不開裂混凝土有不同的性能要求。


            5、錨栓計算是采用開裂混凝土假定還是采用非開裂混凝土假定?


              答:


            (1)加固規范第16.1.7條規定:“承重結構錨栓連接的設計計算,應采用開裂混凝土的假定?!?/p>


             (2)后錨固規程規定:


              1)抗震構件:第8.1.11條規定:“后錨固連接抗震驗算時,混凝土的基材應按開裂混凝土計算?!?/p>


             2)非抗震構件:


             ①按后錨固規程第4.3.7條,對于素混凝土構件及低配筋率構件,當按后錨固規程第5.1.3條的規定判定為不開裂混凝土時,可按錨栓進行設計,否則就不能采用錨栓;


              ②其他滿足最小配筋率的鋼筋混凝土、預應力混凝土,當按后錨固規程第5.1.3條的規定判定為不開裂混凝土時,可按不開裂混凝土計算,否則按開裂混凝土計算。


              (3)國標《混凝土后錨固連接》(14G308)第10頁第3.12條規定:“后錨固連接設計時,錨栓錨固區的混凝土基材一般均按具有裂縫情況(即開裂混凝土)考慮。僅當滿足《混凝土結構后錨固技術規程》JGJ145-2013第5.1.3條的要求時方可按不開裂混凝土基材考慮,但抗震設計的后錨固連接應按開裂混凝土考慮?!?/p>

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             6、錨栓錨固深度、直徑、間距的最小值為多少?


             答:


            (1)機械錨栓:


            1)最小錨固深度hef:


             ①非抗震連接:


              后錨固規程第7.1.4條規定:承重結構錨栓不應小于60

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             錨栓受拉承載力設計值取兩者較小值,均比國標14G308第51頁和13G311-1第199頁表中開裂混凝土拉力設計值小。


            (2)抗剪承載力設計值:


            錨栓鋼材受剪承載力設計值(無杠桿臂受剪):按加固規范式(16.2.4-1)得:Va=0.80x290x144=33408N=33.4KN;


            基材混凝土的受剪承載力設計值:當該錨栓位于梁側面,距離梁底100mm,梁寬250mm,承受從上往下的剪力作用時,發生邊緣破壞時基材受剪承載力設計值按加固規范式(16.3.6)、式(16.3.7-1)得:VC=0.18x(1x1x1x1x1x1)x250.5x1001.5x160.3x125.0.2=0.18x1x5x1000x2.3x2.63=5443N=5.4KN。同理可求出錨栓距離梁底150mm、200mm、250mm、300mm時Vc分別等于10KN、15KN、21KN、28KN。

           同理可求得M12x80、M20x170、M24x220特殊倒錐形化學錨栓鋼材受剪及基材混凝土受剪承載力設計值,見下表:

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             錨栓受剪承載力設計值取兩者較小值,均比國標14G308第51頁和13G311-1第199頁表中開裂混凝土剪力設計值小。


            通過以上計算可知,不能直接采用國標13G311-1第198~200頁、14G308 第47~58頁中錨栓受拉、受剪承載力設計值,應計算確定錨栓承載力設計值。


             10、特殊倒錐形化學錨栓與普通化學錨栓抗拉承載力大小有何區別?


            答:后錨固規程第6.2.2條、第6.2.4條規定,普通化學錨栓需進行混合破壞(即普通化學螺栓受拉時形成以基材表面混凝土錐體及深部粘結拔出的組合破壞形式,見后錨固規程第A.2.3條)承載力計算,而特殊倒錐形化學錨栓不需進行該計算。例如M16x125普通化學錨栓用在室外環境,作為結構構件承受長期受拉荷載和地震作用,基材為C25,開裂混凝土,無邊距影響時,混合破壞受拉承載力設計值按后錨固規程第6.2.2條、第6.2.4條        Nsd,l=0.55x3.14x16x125x1.3x0.32/3=479N=0.479KN。對于M20x170、M24x210、M27x240、M30x270普通化學錨栓,按上述同樣方法可求得混合破壞受拉承載力設計值分別為0.814KN、1.207KN、1.552KN、1.940KN,都比較小。因此,對于室外雨篷、連廊等鋼結構(特別是懸挑結構)不應采用普通化學螺栓,應采用特殊倒錐形化學錨栓。

    對于幕墻中經常采用的M12的普通化學螺栓,hef=110mm,當僅承受風荷載作用下的拉力時,不屬于長期承受拉力,混合破壞受拉承載力設計值按后錨固規程第6.2.4條,Nsd,l=3.14x12x110x1.3x0.8/1.8=2394N=2.394KN;當用于幕墻中的鋼架結構,長期承受拉力時,混合破壞受拉承載力設計值按后錨固規程第6.2.2條、第6.2.4條,    Nsd,l=0.55x3.14x12x110x1.3x0.32/3=316N=0.316KN,很小。因此,幕墻中的鋼架結構長期承受拉力時應采用特殊倒錐形化學錨栓,不應采用普通化學螺栓。


             11、群錨總承載力是否等于單個錨栓承載力之和?


             答:


            (1)當群錨中所有錨栓承載力均由鋼材承載力控制時,群錨總承載力等于單個錨栓承載力之和(對于錨栓受剪,同時要求錨板孔徑滿足加固規范附錄F表F.2.1規定值)。


              (2)當群錨中錨栓承載力由基材混凝土承載力控制時:


             1)群錨受拉承載力:從加固規范第16.3.4條、第16.3.5條可以看出,當錨栓間距s不小于3hef時,群錨中各個錨栓單獨呈錐形受拉破壞,總受拉承載力等于單個錨栓受拉承載力之和;當錨栓間距s小于3hef時,群錨呈整體錐形受拉破壞,總受拉承載力小于單個錨栓受拉承載力之和。


              2)群錨受剪承載力(假設剪力從上往下作用):從加固規范第16.3.8條~第16.3.10條看以看出,當錨栓水平間距s2不小于3c1(c1為平行于剪力方向的邊距)時,最下排各個錨栓的下方混凝土單獨呈楔形受剪破壞,群錨總受剪承載力等于最下排單個錨栓受剪承載力之和;當錨栓間距s2小于3c1時,最下排所有錨栓下方混凝土呈整體楔形受剪破壞,群錨總受剪承載力小于最下排單個錨栓受剪承載力之和。


             12、錨栓抗剪承載力計算應注意哪些問題?


            答:按加固規范第16.2節、第16.3節,錨栓抗剪承載力計算分為錨栓鋼材抗剪承載力計算和混凝土邊緣呈楔形受剪破壞抗剪承載力計算。錨栓鋼材受剪承載力設計值的計算見加固規范第16.2.4條,混凝土邊緣呈楔形受剪破壞承載力設計值計算見加固規范第16.3.6條。至于錨栓剪力作用值如何考慮,加固規范正文中未具體涉及,僅加固規范第18.1.8條規定:“錨栓受力分析應符合本規范附錄F的規定?!币幏陡戒汧規定如下:

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              (1)圖F.2.1-1、圖F.2.1-2中最下排錨栓至基材下邊緣的邊距分別為c>=10hef和c<10hef。例如,抗震連接時,砼加固規范第16.4.3條規定hef最小值為:錨栓直徑12時為100mm,錨栓直徑16時為125mm,錨栓直徑20時為170mm,錨栓直徑24時為200mm;10hef最小值為:錨栓直徑12時為1000mm,錨栓直徑16時為1250mm,錨栓直徑20時為1700mm,錨栓直徑24時為2000mm。很明顯,當基材為梁時,必然為c<10hef,此時只能考慮部分錨栓承受剪力。


             這里的規定包括錨栓鋼材抗剪承載力計算和混凝土邊緣呈楔形受剪破壞抗剪承載力計算兩種情況,但后錨固規程規定,在c<10hef時錨栓鋼材抗剪承載力計算仍能考慮全部錨栓均承受剪力(見后錨固規程第5.3.1.1條),只是在混凝土邊緣呈楔形受剪破壞抗剪承載力計算時才按部分錨栓承受剪力進行設計(見后錨固規程第5.3.1.2條)。筆者認為,后錨固規程的規定是正確的,因為當c<10hef時如果不發生混凝土邊緣呈楔形受剪破壞,則錨栓受力與c>=10hef時情況完全一樣。


            第F.2.1條第2款圖F.2.1-2a中為兩排錨栓,此時僅考慮最下面一排錨栓承受剪力,那么當錨栓排數為三排時,是不是也只考慮最下面一排錨栓承受剪力呢?從國標14G308第42頁示例六(三排錨栓)可以看出,邊緣受剪承載力計算時也只考慮最下面一排錨栓受剪。


            當c<10hef時只考慮最下面一排錨栓承受剪力是偏于安全的,事實上其他錨栓也承受剪力,只是各個錨栓承受的剪力不均勻而已。后錨固規范第5.3.1條條文說明指出:“發生混凝土邊緣破壞,各錨栓受力很不均勻,因混凝土脆性而產生各個擊破現象,參照《歐洲技術指南---混凝土用金屬錨栓》(ETAG)規定,計算上僅考慮部分錨栓受力?!?/p>


            (2)當錨板所有孔徑大于表F.2.1規定時,無論錨栓數量多少,都只能考慮2根錨栓承受剪力,因為錨板承受剪力后同時擠壓3根及以上錨栓的可能性很小。當錨板部分孔徑大于表F.2.1規定時,只能考慮孔徑滿足表F.2.1的錨栓且不少于2根承受剪力。


             (3)第F.2.1條第3款的方法是為了提高混凝土邊緣破壞的承載力。當最下排錨栓距離基材邊緣較小,錨栓承載力由混凝土邊緣破壞控制時(如基材為梁時),這樣做非常必要,因為以上排錨栓為頂點的呈楔形受剪破壞的承載力大于以最下排錨栓為頂點的呈楔形受剪破壞的承載力。


              13、抗震設計對錨栓有哪些要求?


              答:


             (1)錨栓螺桿應滿足抗規第3.9.2.2.2條規定:抗拉強度實測值與屈服強度實現值的比值不應小于1.25;鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3,且鋼筋在更大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%(見后錨固規程第8.1.7條);(本條同樣適合于植筋)


             (2)錨栓宜布置在構件的受壓區或不開裂區(見后錨固規程第8.1.8條);


             (3)后錨固連接不應位于基材混凝土結構塑性鉸區(見后錨固規程第8.1.9條);(本條同樣適合于植筋)


            (4)后錨固連接破壞宜控制為錨栓鋼材受拉延性破壞或連接構件延性破壞(見后錨固規程第8.1.10條);(本條同樣適合于植筋)


            (5)后錨固連接抗震驗算時,混凝土基材應按開裂混凝土計算(見后錨固規程第8.1.11條)。(本條同樣適合于植筋)


             14、錨栓對基材位置、長期使用溫度及環境有什么要求?(本條同樣適合于植筋)


             答:


            (1)后錨固連接不應位于基材混凝土結構塑性鉸區(見后錨固規程第8.1.9條);


            (2)錨固區基材的長期使用溫度不應高于50oC(見后錨固規程第3.3.10條、第3.4.6條);(加固規范第15.1.6條規定為60oC)


            (3)處于特殊環境(如高溫、高濕、介質腐蝕等)的混凝土結構采用后錨固連接時,除應按現行有關標準的規定采取相應的防護措施外,尚應采用耐環境因素作用的錨固膠,并按專門的工藝要求設計(見后錨固規程第3.3.10條、第3.4.6條及加固規范第15.1.6條)。


             二 、植筋


              15、植筋與混凝土邊緣距離(邊距)c及植筋間距s最小值為多少?


             答:


            (1)邊距c:


             1)后錨固規程第7.2.3條規定:植筋與混凝土邊緣距離c不宜小于5d(d為鋼筋直徑),且不宜小于l00mm。當植筋與混凝土邊緣之間有垂直于植筋方向的橫向鋼筋,且橫向鋼筋配筋量不小于8@100 或其等量截面積,植筋錨固深度范圍內橫向鋼筋不少于2根時,植筋與邊緣的最小距離可適當減少,但不應小于50mm;

            2)加固規范表15.2.4、后錨固規范表6.3.3規定:c>=2.5d。


             (2)間距s:后錨固規程第7.2.3條、加固規范表15.2.4、后錨固規范表6.3.3規定:植筋間距s>=5d。


            16、在素混凝土構件及低配筋率構件中植筋是否可行?


            答:加固規范第15.1.1條規定,該規范第15章“不適用于素

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            18、植筋深度不滿足時承載力如何計算?


            答:后錨固規程第6.3.5條規定:植筋錨固深度不滿足時,可按化學錨栓的有關規定進行設計。


           19、植筋能否考慮抗剪?


           答:后錨固規程第4.2.2條規定:植筋宜僅承受軸向力,應按照充分利用鋼筋強度設計值的計算模式進行設計。但該條條文說明指出:“考慮植筋承受剪力時,應按錨栓進行設計,并應滿足錨栓的相應構造要求?!?/p>


            20、光圓鋼筋和錨入部位無螺紋的螺桿能否植筋?


            答:用于植筋的鋼筋應使用熱軋帶肋鋼筋或全螺紋螺桿,不得使用光圓鋼筋和錨固部位無螺紋的螺桿。見后錨固規程第3.4.1條、加固規范第15.1.1條。


            21、在植筋上焊接應注意哪些問題?


            答:國標14G308第16頁第5.17條規定:


           (1)宜采用機械連接接頭,也可采用焊接接頭。


            (2)如采用焊接接頭,應符合下列規定:


             1)焊接宜在注膠前進行,確需注膠后焊接時,應進行同條件焊接后現場破壞性檢驗;


             2)焊接施工時,應斷續施焊,施焊部位距離注膠孔頂面的距離不應小于20d(d為植筋鋼筋的公稱直徑),且不應小于200mm,同時應用水浸漬多層濕巾包裹植筋外露部分,鋼筋根部的溫度不應超過膠粘劑產品說明書規定的短期更高溫度(加固規范第15.3.6條規定:施焊部位距離注膠孔頂面的距離不應小于15d,同時應用冰水浸漬多層濕巾包裹植筋外露部分);


            3)焊接時,不應將焊接的接地線連接到植筋的根部。


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