在混凝土結(jié)構(gòu)的改造工程中,后置錨栓的使用非常普遍(如圖1)。《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50367-2013(加固規(guī)范)和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ145-2013(后錨固規(guī)程),對(duì)后置錨栓連接的計(jì)算方法和構(gòu)造要求提出了詳盡的規(guī)定。但在實(shí)際工程中,依然會(huì)發(fā)現(xiàn)一些值得探討的細(xì)節(jié)問(wèn)題。因《加固規(guī)范》的實(shí)施日期晚于《后錨固規(guī)程》,故對(duì)二者的不一致之處,本文均以前者為準(zhǔn)。
(一)承重結(jié)構(gòu)可用的錨栓選型:
1.機(jī)械錨栓,有如下三種:
(1)自擴(kuò)底機(jī)械錨栓;
(2)模擴(kuò)底機(jī)械錨栓;
(3)膠粘-模擴(kuò)底機(jī)械錨栓。
2.特殊倒錐形膠粘型錨栓。
“化學(xué)錨栓”因不夠科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn),已退出歷史舞臺(tái)。
3.后置錨栓連接僅能用于設(shè)防烈度不高于8度且建于Ⅰ、Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地的建筑物。
4.不得使用普通膨脹錨栓。
(二)單個(gè)錨栓的受剪承載力:
《加固規(guī)范》對(duì)單個(gè)錨栓的受剪承載力Va給出了詳盡的計(jì)算方法,取如下兩項(xiàng)的較小值,即Va=min{Vs,Vc}
1.由錨栓桿決定的受剪承載力Vs。
與錨栓桿鋼材的性能等級(jí)、有效截面、杠桿臂有關(guān),并考慮抗震折減系數(shù);
2.由基材混凝土決定的受剪承載力Vc。
與混凝土強(qiáng)度等級(jí)、錨栓邊距、錨栓外徑、錨栓有效錨固深度有關(guān),并考慮其它相關(guān)因素影響進(jìn)行折減,計(jì)算比較繁瑣。不考慮抗震折減。
對(duì)于受拉承載力,筆者認(rèn)為,因?yàn)殄^栓的有效錨固深度有限,承重結(jié)構(gòu)盡量不要采用后置錨栓的受拉。當(dāng)后錨固確有受拉的需要時(shí),應(yīng)優(yōu)先采用植筋的方式更為穩(wěn)妥。故本文以錨栓受剪作為討論的重點(diǎn),略去錨栓受拉的情況。對(duì)于輕質(zhì)雨棚、輕型鋼架的柱腳等受力較小的連接,可采用機(jī)械錨栓。
(三)受剪錨栓的主要構(gòu)造要求:
1.最小有效錨固深度hef,見(jiàn)規(guī)范表16.4.3,隨錨栓桿徑不同而不同;
2.基材混凝土的最小厚度hmin≥ 1.5hef,且≥100mm;
3.錨栓公稱(chēng)直徑≥12mm;
4.錨栓邊距c≥0.8hef;最小間距s≥hef;
二、錨栓群的受剪承載力問(wèn)題:
《加固規(guī)范》對(duì)單個(gè)錨栓的受剪承載力給出了詳盡的計(jì)算方法,但對(duì)于螺栓群的受剪承載力計(jì)算方法并未予以明確。因?yàn)橄铝幸蛩氐挠绊,螺栓群的受剪承載力并不與螺栓數(shù)量成正比,甚至只有少數(shù)錨栓在受力。
1.錨栓桿與錨栓孔壁的貼緊狀態(tài)難以把握:
錨栓屬于承壓型螺栓,其發(fā)揮受剪承載力的前提是錨栓桿與錨栓孔壁必須緊密貼合。但在實(shí)際工程中,由于難以克服的施工誤差或不得不臨時(shí)調(diào)整鉆孔位置,每個(gè)錨栓與孔壁的相對(duì)位置關(guān)系各不相同,不可能保證每個(gè)螺栓與孔壁都緊密貼合,所以也就不可能做到各錨栓均衡受力。
經(jīng)常有這種情況:錨栓在現(xiàn)場(chǎng)安裝,錨板在工廠加工,各自分頭進(jìn)行,F(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)調(diào)整鉆孔位置不能及時(shí)反饋到工廠,造成加工好的錨板到現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),錨栓和錨栓孔對(duì)不上,不得不臨時(shí)擴(kuò)孔,甚至是隨意擴(kuò)孔。
如下圖2所示,盡管有6個(gè)錨栓,但在極端情況下,可能只有兩個(gè)錨栓在受力(圖中1#和2#錨栓)。
2.錨栓桿傾斜,錨板安裝時(shí)不得不擴(kuò)孔(如圖3),擴(kuò)大到安上為止。
3.基面不平整,錨栓懸臂,錨板脫空(如圖3)。這種情況下,即使錨栓與孔壁緊密貼合,但因各錨栓剛度不同,也不可能均衡受力。
4.或許有人會(huì)說(shuō),少數(shù)受力的錨栓變形后,會(huì)將剪力分配給其它錨栓,從而達(dá)到共同受力。筆者認(rèn)為這種情況是不可能的,一來(lái)剪切變形量很小,無(wú)法完成剪力重分配;二來(lái),變形達(dá)到多少以后其它錨栓才能受力也是未知數(shù),因?yàn)槠渌^栓孔的間隙是未知數(shù)。
三、連接板與錨板的焊縫問(wèn)題:
連接板與錨板(板件命名見(jiàn)圖4)之間的焊縫很重要,嚴(yán)格來(lái)講應(yīng)該在工廠焊接。但如圖4所示,如果在工廠就將連接板焊在錨板上,則鋼梁將受到錨栓頭或錨板的阻擋,無(wú)法安裝就位,故只能先將鋼梁安裝就位后(圖5),再在現(xiàn)場(chǎng)焊接。由于操作空間和焊接姿勢(shì)的影響,該焊縫質(zhì)量將大打折扣。
四、后置錨栓連接的改進(jìn)建議和注意事項(xiàng):
1.預(yù)先用聚合物砂漿對(duì)混凝土基面進(jìn)行修補(bǔ),達(dá)到平整、垂直;
2.設(shè)計(jì)圖中應(yīng)注明:先安裝錨栓,并垂直于基面安裝,避免錨栓傾斜。再準(zhǔn)確測(cè)量錨栓的實(shí)際位置,而后據(jù)此在錨板上開(kāi)孔,一一對(duì)應(yīng),避免安裝時(shí)隨意擴(kuò)孔。
3.當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)具備施工操作空間時(shí),盡量采用兩塊連接板,并都開(kāi)坡口。如不具備操作空間,則只能采用一塊連接板單面焊,務(wù)必開(kāi)坡口,且需將連接板適當(dāng)加厚。
4.錨栓的受剪狀態(tài)同C級(jí)螺栓。按《鋼標(biāo)》11.5.1 條要求,C級(jí)螺栓的孔徑較螺桿直徑大1~1.5 mm。對(duì)于錨栓而言,顯然是難以做到的。若參照地腳錨栓,孔徑較錨栓直徑大20mm,這顯然是太大了?梢(jiàn)錨栓的孔徑如何控制還有待明確,避免隨意加大孔徑。
5.錨栓群的受剪承載力不能取為單個(gè)錨栓的承載力乘以錨栓個(gè)數(shù),建議只計(jì)一半數(shù)量的錨栓。即使如此,也不一定是安全的,只能說(shuō)是相對(duì)安全。
6.《加固規(guī)范》在錨栓受剪承載力計(jì)算中,未提及孔壁的承壓承載力。當(dāng)錨栓性能等級(jí)較高而錨板材質(zhì)較低時(shí),應(yīng)注意補(bǔ)充驗(yàn)算孔壁承壓承載力。
7.圖1剖面1-1中最上面錨栓與樓板下表面的距離b=100mm為宜,方便鉆孔操作,并適當(dāng)留有調(diào)整孔位的余地。錨栓水平間距宜為“翼緣寬度+50”,以方便鋼梁就位。
8.關(guān)于錨栓的中心距,《鋼標(biāo)》有最大間距的要求(≤8d0),而《加固規(guī)范》有最小間距的要求(≥hef)。當(dāng)二者矛盾時(shí),可不執(zhí)行《鋼標(biāo)》的要求。
9.圖1情況下的鋼梁與樓板間隙的楔緊措施不能遺忘。
10.圖中應(yīng)注明錨栓性能等級(jí)、基面混凝土強(qiáng)度等級(jí)(依據(jù)鑒定報(bào)告)。
11.《加固規(guī)范》16.4.2條中關(guān)于最小錨固深度的要求(下圖劃線(xiàn)部分),沒(méi)有實(shí)際意義且易誤導(dǎo)他人,故建議刪去。最小錨固深度按