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化学锚栓如何设计计算
日期:2022-03-31 17:59:33    点击:
化学锚栓受拉承载力应按锚栓钢材破坏、混合破坏、混凝土锥体受拉破坏、劈裂破等4种破坏类型,及单锚与群锚两种锚固连接方式,共计8种情况分别进行计算。对于单锚连接,外力与抗力比较明确,计算较为简单。对于群锚连接,情况较为复杂:当为钢材破坏时,破坏主要出现在某些受力最大锚栓,因此,一般只计算受力最大(Nhsd)锚栓即可;当为混合破坏、混凝土锥体破坏或劈裂破坏时,主要表现为群锚基材整体破坏,故取Ngsd进行整体锚固计算。后锚固连接破坏应控制为锚栓钢材受拉破坏或连接构件延性破坏。
 
 
下面以某储罐与基础的连接为例进行设计计算:
 
工程概况:某六度区化工储罐,工作温度不超过35度,与本部分预埋件对应的主体结构采用混凝土强度等级为C30。
选用8.8级倒锥形特殊胶粘型M30,hef=680mm。
荷载条件:设备专业提单个螺栓承受最大拉力为70KN,不承担弯矩和剪力。
形式如下:
 
1、单个锚栓拉力设计值计算
 
由《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)
 
5.2.1 轴心拉力作用下,群锚各锚栓所承受的拉力设计值应按下式计算:
 
Nsd=k1N/n    (5.2.1)
 
k1——锚栓受力不均匀系数,取为1.1。
Nsd=1.1*70=77KN
 
 
2、受拉承载力计算
 
(1)计算NRd,s:
 
《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)
 
6.1.2 机械锚栓钢材破坏受拉承载力设计值NRd,s应按下列公式计算:
 
NRd,s=NRk,s/γRs,N    (6.1.2-1)
NRk,s=ƒykAs    (6.1.2-2)
 
式中:NRk,s——机械锚栓钢材破坏受拉承载力标准值(N);
 
γRs,N——机械锚栓钢材破坏受拉承载力分项系数,按本规程表4.3.10 采用;
As ——机械锚栓应力截面面积(mm2);
ƒyk——机械锚栓屈服强度标准值(N/mm2)。
 
 
γRs,N取值1.3,8.8级锚栓ƒyk取值640 N/mm2
 
NRk,s=ƒykAs =640*561=359KN      
 
 
NRd,s=NRk,s/γRs,N=359/1.3=276KN
 
 
 
(2)计算NRd,c:
 
《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)
 
6.1.3 混凝土锥体破坏受拉承载力设计值NRd,c应按下列公式计算:
 
式中:NRk,c——混凝土锥体破坏受拉承载力标准值(N)。
 
N0Rk,c——单根锚栓受拉时,混凝土理想锥体破坏受拉承载力标准值(N)。
γRc,N——混凝土锥体破坏受拉承载力分项系数,按本规程表4.3.10采    用。
ƒcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值(N/mm2)。当ƒcu,k不小于45N/mm2且 不大于60N/mm2时,应乘以降低系数0.95。
hef——锚栓有效锚固深度(mm)。对于膨胀型锚栓及扩底型锚栓,为膨胀锥体与孔壁最大挤压点的深度。
A0c,N——单根锚栓受拉且无间距、边距影响时,混凝土理想锥体破坏投影面面积(mm2),按本规程第6.1.4条的规定计算。
Ac,N——单根锚栓或群锚受拉时,混凝土实际锥体破坏投影面面积(mm2),按本规程第6.1.5条的规定计算。
ψs,N——边距c对受拉承载力的影响系数,按本规程第6.1.6条的规定计算。
ψre,N——表层混凝土因密集配筋的剥离作用对受拉承载力的影响系数,按本规程第6.1.7条的规定计算。
ψec,N——荷载偏心eN对受拉承载力的影响系数,按本规程第6.1.8条的规定计算。
 
6.1.4 单根锚栓受拉时,混凝土理想锥体破坏投影面面积A0c,N(图6.1.4)应按下式计算:
 
A0c,N=s2cr,N      (6.1.4)
 
式中:scr,N——混凝土锥体破坏且无间距效应和边缘效应情况下,每根锚栓达到受拉承载力标准值的临界间距(mm),应取为3hef。
 
6.1.5 单根锚栓或群锚受拉时,混凝土实际锥体破坏投影面面积Ac,N,应根据锚栓排列布置情况的不同,分别按下列公式计算:
    1 单根锚栓,靠近构件边缘布置,且c1不大于ccr,N时(图6.1.5-1)
 
Ac,N=(c1+0.5scr,N)ssr,N     (6.1.5-1)
 
式中:c1——方向1的边距(mm);
        c2——方向2的边距(mm);
        s1——方向1的间距(mm);
        s2——向2的间距(mm);
        ccr,N——混凝土锥体破坏且无间距效应及边缘效应情况下,每根锚栓达到受拉承载力标准值的临界边距(mm),应取为1.5hef。
 
 
 
6.1.6 边距c对受拉承载力的影响系数ψs,N应按下式计算。当ψs,N的计算值大于1.0时,应取1.0。
 
 
式中:c——边距(mm),有多个边距时应取最小值。
 
6.1.7 表层混凝土因密集配筋的剥离作用对受拉承载力的影响系数ψre,N应按下式计算。当ψre,N的计算值大于1.0时,应取1.0;当锚固区钢筋间距s不小于150mm时,或钢筋直径d不大于10mm且s不小于100mm时,ψre,N应取1.0。
 
 
6.1.8 荷载偏心对受拉承载力的影响系数ψec,N应按下式计算。当ψec,N的计算值大于1.0时,应取1.0;当为双向偏心时,应分别按两个方向计算,ψec,N应取ψ(ec,N)1·ψ(ec,N)2。
 
式中:eN——受拉锚栓合力点相对于群锚受拉锚栓重心的偏心距(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)计算NRd,sp:
 
由于选用特殊倒锥形化学锚栓,适用于开裂混凝土的锚栓,且按照开裂混凝土计算承载力,所以可不考虑荷载条件下的劈裂破坏。
 
 
 
3、抗震承载力验算
 
《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)
 
8.2.2 后锚固连接控制为锚栓钢材受拉延性破坏时,应满足下列要求:
 
     1 单个锚栓
 
图片
 
NRk,s=ƒykAs =640*561=359KN
NRk,min取值等于NRk,c=679KN
0.8*679=543.2KN≥1.2*800/640*359=538.5KN,故满足要求。
 
 
4、承载力验算:
 
《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)
 
4.3.5 后锚固连接承载力应采用下列设计表达式进行验算:
 
无地震作用组合:γ0S≤Rd    (4.3.5-1)
有地震作用组合:γ0S≤kRd/γRE    (4.3.5-2)
Rd=Rk/γR    (4.3.5-3)
 
无地震作用组合:
 
γ0S=1.2*77=92.4KN≤NRd,s=276kKN
 
                                ≤NRD,c=377KN
 
有地震作用组合:
 
γ0S=1.0*77=77KN≤0.8*NRd,s=0.8*276=220kKN
 
≤0.8*NRD,c=0.8*377=301KN
 
满足要求。
 
5、倒锥形化学锚栓通用设计说明:
 
a.未经有资质的技术鉴定或设计许可,不得改变化学锚栓连接的用途和使用环境。
b.本化学锚栓的破坏应控制为锚栓钢材破坏,不应控制为混凝土基材破坏,不应发生整体拔出破坏或锚杆穿出破坏。
c.锚栓的植筋胶为A级胶,其安全性能指标必须满足《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011第4.2.2条的相关规定。
d.本设备所用8.8级特殊倒锥形化学锚栓的抗拉承载力设计值不应小于90kN(根据计算值确定),锚固深度建议取值为680mm。本化学锚栓在大规模使用前,应进行力学试验;锚固系统失效时,锚固系统失效值应为276KN(根据计算值确定)。
e.锚栓性能应通过现行行业标准《混凝土用微膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160的低周期反复荷载作用或疲劳荷载作用检验。
f.化学锚栓的设计施工应符合《混凝土结构后锚固技术规程》的相关要求。
g.后锚固连接设计所采用的设计使用年限为30年。安全等级为一级,结构重要性系数为1.2。
h.为了防止胶粘剂老化带来的安全隐患,宜加强检查或监测,检查时间的间隔不得大于2年,第一次检查时间宜定为投入使用后的6年~8年,且至迟不应晚于10年。
i.基础承载力由原有设计单位进行复核;
j.锚栓表面应进行镀锌防腐处理,电镀锌层平均厚度不应小于5μm,热浸镀锌平均厚度不应小于45μm。锚栓防腐蚀标准应高于主体结构的防腐蚀要求。
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