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摘要：后錨固技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固和改造方面的應(yīng)用越來越廣泛，而群錨的受力性能對于后錨固節(jié)點(diǎn)的安全性至關(guān)重要，本文通過理論計(jì)算分析、現(xiàn)場承載力試驗(yàn)以及后錨固現(xiàn)場施工三個方面闡述了廠房改造項(xiàng)目梁柱群錨節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)，為同類項(xiàng)目的實(shí)施起到指導(dǎo)和借鑒作用。...

 

廠房改造項(xiàng)目梁柱群錨節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

耿俊峰   張毅毅    柳明亮

1陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，陜西西安

2 陜西省建筑科學(xué)研究院，陜西西安

     1、前言

    由數(shù)根化學(xué)錨栓與帶有螺栓孔的預(yù)埋鋼板組成的共同受力體稱之為群錨節(jié)點(diǎn)。對于廠房改造項(xiàng)目，利用群錨節(jié)點(diǎn)作為梁柱連接是常用的一種設(shè)計(jì)方式，但要有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，使新增結(jié)構(gòu)達(dá)到安全、可靠的目的，確保群錨節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量合格是該技術(shù)施工至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，本文就此結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行探討。

    2、概況

    西安某商業(yè)廣場改擴(kuò)建工程，原結(jié)構(gòu)為老式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，主體二層樓面標(biāo)高為10.5m，屋面標(biāo)高為18.9m，對對其進(jìn)行改造，分別在主體標(biāo)高5.3m及14.7m新增兩層夾層，在原結(jié)構(gòu)屋面又新增一層門式鋼架結(jié)構(gòu)。新增夾層承重鋼梁體系與原鋼筋砼柱之間的連接采用化學(xué)錨栓群錨節(jié)點(diǎn)。改造后地上5層，建筑面積83830㎡，將成為高新產(chǎn)業(yè)園最大的綜合性商業(yè)廣場。

    工程共計(jì)使用化學(xué)錨栓2300組，其中采用15根M24化學(xué)錨栓連接箱型鋼梁的化學(xué)錨栓組1232組，采用6根M24化學(xué)錨栓連接H型鋼梁的化學(xué)錨栓組1068組。箱型鋼梁截面主要為800x400x16x20，最大長度15米，共1450噸，H型鋼梁主要規(guī)格為H520x180x8x12，共1870噸，為較大規(guī)模的廠房改擴(kuò)建項(xiàng)目。

    3、論計(jì)算分析

    3.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

    新增夾層的承重鋼梁與原砼柱的連接節(jié)點(diǎn)見圖3.1-1，設(shè)計(jì)計(jì)算時，梁柱節(jié)點(diǎn)以傳遞剪切力為主，埋件M-1主要按抗剪承載力設(shè)計(jì)計(jì)算。埋件由錨板和錨栓群組成，其受剪承載力與混凝土強(qiáng)度等級、錨固深度、邊距、錨栓間距、錨筋抗拉強(qiáng)度、錨筋截面面積和直徑有關(guān)。原結(jié)構(gòu)砼柱設(shè)計(jì)為C30，在現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度沒有檢測鑒定的情況下，錨栓選用首先要經(jīng)計(jì)算滿足承載力要求，然后須通過對節(jié)點(diǎn)抗剪承載力進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)檢測，為設(shè)計(jì)和施工提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)依據(jù)，以確保設(shè)計(jì)、施工及使用過程的結(jié)構(gòu)安全性。

圖3.1-1 箱型鋼梁與原框架砼柱的連接節(jié)點(diǎn)

    錨筋后錨固連接原設(shè)計(jì)選用了圖3.1-2所示的植入帶肋鋼筋方案，錨筋與鋼板安裝后需要塞焊，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50550-2010規(guī)定：植筋焊接應(yīng)在注膠前進(jìn)行，鋼筋焊接除應(yīng)采取斷續(xù)施焊的降溫措施外，施焊部位距注膠孔頂面的距離不應(yīng)小于15d，且不應(yīng)小于200mm，同時必須用冰水浸漬的多層濕巾包裹植筋外露的根部。這些措施都是為了防止焊接熱量傳遞到錨栓植入部位破壞植筋膠、從而導(dǎo)致膠體變性、提前老化或松動，降低錨筋的承載力。按此規(guī)定群錨節(jié)點(diǎn)施工難度很大，該設(shè)計(jì)方案不盡合理。經(jīng)方案優(yōu)化，將錨筋變更為采用圖3.1-3所示的化學(xué)錨栓，因化學(xué)錨栓為定型系列化產(chǎn)品，產(chǎn)品均通過國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量檢測，施工緊固全過程為沒有焊接作業(yè)，質(zhì)量可靠、機(jī)械性能保證，所以在諸如廠房改擴(kuò)建等工程項(xiàng)目上得到越來越廣泛地應(yīng)用。對于本工程的關(guān)鍵技術(shù)問題是要解決化學(xué)錨栓群的植筋定位施工質(zhì)量、從而確保新增梁柱節(jié)點(diǎn)的承載力、確保結(jié)構(gòu)安全。

圖3.1-2  M-1植筋埋件節(jié)點(diǎn)

圖3.1-3  M-1化學(xué)錨栓埋件節(jié)點(diǎn)

    3.2 化學(xué)錨栓選用

    栓的類別和規(guī)格按設(shè)計(jì)要求選用某知名品牌化學(xué)錨栓，規(guī)格為M24，等級為8.8S，生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)見表3.2，錨固膠為管裝式。有產(chǎn)品合格證書和使用說明書，并根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工和驗(yàn)收。

表3.2 化學(xué)錨栓的技術(shù)參數(shù)

    3.3 承載力分析

    設(shè)計(jì)要求群錨節(jié)點(diǎn)安裝完成后抗剪承載力達(dá)到1100KN。設(shè)計(jì)狀態(tài)時，梁柱節(jié)點(diǎn)將新增夾層結(jié)構(gòu)的荷載通過錨板傳遞給化學(xué)錨栓，剪力平行于砼柱邊緣垂直向下，群錨節(jié)點(diǎn)承載能力極限狀態(tài)按群錨承受剪力進(jìn)行計(jì)算。

    依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ 145-2013規(guī)定，群錨受剪極限承載力按照錨栓破壞、剪撬破壞、邊緣楔形體破壞三種情況進(jìn)行計(jì)算，群錨極限抗剪承載力設(shè)計(jì)值可以按下式表示為：

    式中：

    —錨栓抗剪極限承載力設(shè)計(jì)值；

    —錨栓破壞時極限抗剪承載力設(shè)計(jì)值；

    —剪撬破壞時錨栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；

    —楔形體破壞時錨栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。

    經(jīng)計(jì)算，所選用8.8級M24錨栓抗剪極限承載力設(shè)計(jì)值為86.9KN。可見，廠家提供的技術(shù)參數(shù)中錨栓的極限受剪承載力等于抗剪極限承載力設(shè)計(jì)值，其設(shè)計(jì)剪力45KN為極限剪力的51%，約為一半，留有較大的安全系數(shù)。選用化學(xué)錨栓15個，理論抗剪極限承載力設(shè)計(jì)值合力為1303.5KN，節(jié)點(diǎn)承載力滿足要求，設(shè)計(jì)安全。

    4、載力試驗(yàn)

    為了驗(yàn)證理論計(jì)算分析結(jié)果，更真實(shí)地反映砼柱混凝土的強(qiáng)度、錨栓的抗剪強(qiáng)度以及群錨節(jié)點(diǎn)的組合承載力，現(xiàn)場采用同條件施工工況進(jìn)行群錨節(jié)點(diǎn)承載力試驗(yàn)，試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)按工程設(shè)計(jì)使用的節(jié)點(diǎn)加工、試驗(yàn)位置在新增節(jié)點(diǎn)的砼柱上。

    試驗(yàn)采用液壓千斤頂加載的方式，經(jīng)過有限元實(shí)體分析（分析應(yīng)力分部云圖見圖4-1），加載工裝選用焊接H350X250X12X20型鋼梁。

群錨抗剪靜載試驗(yàn)過程中，千斤頂向H型鋼梁施加荷載，通過預(yù)埋件將剪力傳遞給化學(xué)錨栓組，模擬新加樓層的荷載通過梁柱節(jié)點(diǎn)傳遞給砼柱，檢驗(yàn)組合節(jié)點(diǎn)的承載力。試驗(yàn)共3組，采用力和位移雙控的非破損性分級逐步加載的方式，整個加載最大荷載為1200KN，分六級加載，每級荷載分別200KN、300 KN、300 KN、200 KN、100KN、100 KN，每部加載完成后，采集節(jié)點(diǎn)位移數(shù)據(jù)，10min后再進(jìn)行下一級加載。位移監(jiān)測采用位移計(jì)，加載荷載監(jiān)測采用液壓傳感器，現(xiàn)場試驗(yàn)照片如圖4-1所示，試驗(yàn)結(jié)果曲線如圖4-3所示。

圖4-1 加載工裝有限元分析應(yīng)力云圖

 圖4-2 現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)承載力試驗(yàn)照片

圖4-3群錨節(jié)點(diǎn)承載力試驗(yàn)力-位移曲線

    由圖4-3所示試驗(yàn)曲線結(jié)果及現(xiàn)場實(shí)際工況表明：群錨節(jié)點(diǎn)加載至第六級1200 KN時，群錨均未發(fā)生滑移及剪切破壞現(xiàn)象，說明同條件群錨節(jié)點(diǎn)可以滿足設(shè)計(jì)要求，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)安全。

    5、節(jié)點(diǎn)施工工藝

    5.1 方案選擇

    常規(guī)施工工藝是在加工廠先鉆預(yù)埋鋼板孔，現(xiàn)場根據(jù)預(yù)埋鋼板孔位確定錨孔位置，優(yōu)點(diǎn)是預(yù)埋件可以標(biāo)準(zhǔn)化批量加工，缺點(diǎn)是植筋鉆孔受原結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋位置影響較大，如果預(yù)埋件上一列孔與砼柱主筋位置重合，植筋孔就無法成孔，強(qiáng)行鉆孔會打斷原砼柱主筋，影響結(jié)構(gòu)安全。另一種方案是先鉆孔植入化學(xué)錨栓，然后根據(jù)錨栓的實(shí)際位置在預(yù)埋鋼板上打孔，再一一對應(yīng)錨栓孔安裝鋼板。這種工藝要求錨栓孔位置必須如實(shí)地映射到預(yù)埋板上去，且錨栓安裝垂直度偏差必須小，否則氣割擴(kuò)孔率會比較高。

    結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合考慮施工的難易程度和各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用植錨栓及安裝預(yù)埋板的施工工藝流程為：鉆錨栓孔→根據(jù)錨孔定位鋼板孔→加工預(yù)埋鋼板→清孔→安裝預(yù)埋鋼板→灌入化學(xué)藥劑→植錨栓。

    5.2  錨栓安裝位置定位

    在砼柱上放線定位，確定錨孔點(diǎn)位，用沖擊鉆打孔，鉆孔深度為210mm，鉆好后用毛刷或氣筒清孔，去除混凝土鉆屑，然后用與化學(xué)錨栓相同直徑的等長PVC管臨時插入孔內(nèi)，并在PVC管頭涂刷油漆，采用與埋件板同大小的帶有中十字線的白紙拓于PVC管頭上采集鉆孔孔位，取下后，將白紙粘貼于埋件板上，定位出埋件板孔位的中心點(diǎn)，采用磁力鉆進(jìn)行現(xiàn)場鉆孔。埋件板孔位鉆好后，采用化學(xué)錨栓絲桿將鋼板臨時懸掛到相應(yīng)位置，再逐一取出錨桿，再次清孔，進(jìn)行植入膠管、安裝錨栓、靜置硬化等一系列工作。施工流程見圖5.2。

圖5.2 植栓的流程圖

    5.3 質(zhì)量保證措施

    5.3.1 本工程通過化學(xué)錨栓群錨節(jié)點(diǎn)增加鋼梁結(jié)構(gòu)層是建立在對原砼柱先進(jìn)行加固的前提下進(jìn)行的，加固采用干式外包鋼加固法，加固工程按照設(shè)計(jì)圖紙要求及相關(guān)規(guī)范的規(guī)定、嚴(yán)格按工藝要求施工并驗(yàn)收（圖5.3.1）。

圖5.3.1 原砼柱外包鋼加固示意圖

    5.3.2 植栓位置要經(jīng)過放線定位并探測原砼柱鋼筋位置后標(biāo)定，如鋼筋對鉆孔定位干擾過大，有可能影響到錨栓的間距、邊距和群錨的均勻受力，甚至造成與鋼梁安裝連接板的干涉，故施工應(yīng)遵照設(shè)計(jì)要求，考慮到鋼筋直徑大小，錨孔定位允許偏差控制在20mm以內(nèi)，垂直度偏差不大于4mm，對于M24錨栓，鉆孔直徑允許偏差。

    5.3.3 錨栓鉆孔質(zhì)量直接影響植栓質(zhì)量，鉆孔所用鉆頭規(guī)格按照產(chǎn)品說明書的要求選用，鉆孔操作平臺應(yīng)安全穩(wěn)固，便于施工人員均勻用力操作。鉆孔深度由電錘的深度桿控制，深度允許偏差為mm，鉆孔后用圓毛刷、壓縮空氣或手動打氣筒徹底清潔孔內(nèi)壁，并保持錨孔干燥。

    5.3.4 安裝化學(xué)錨栓時，先將錨固膠管按標(biāo)志的植入方向插于孔中，用電錘和專用套筒頭將錨栓插入、并伴隨緩慢旋轉(zhuǎn)螺桿，當(dāng)有少量膠液溢出、錨栓上的錨固深度標(biāo)志線與柱面平齊時即可。

    5.3.5 化學(xué)錨栓插入到位后立即適當(dāng)校正垂直度，但在固化時間內(nèi)要靜置養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)禁擾動錨桿，以防錨固失效。

    5.3.6錨栓施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度不可低于-5℃，溫度過低，植筋膠不能正常凝膠和固化，影響錨固性能。

    5.4 錨栓抗拔力檢驗(yàn)

    對化學(xué)錨栓進(jìn)行拉拔承載力現(xiàn)場檢驗(yàn)是混凝土結(jié)構(gòu)后錨固工程重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目，采用現(xiàn)場原位非破損檢驗(yàn)，荷載檢驗(yàn)值取0.9和0.8的較小者為203.328KN。經(jīng)檢測，現(xiàn)場所抽檢的錨栓拉拔力均滿足規(guī)范要求，整體質(zhì)量合格。

    6、收結(jié)果

    本工程共施工群錨節(jié)點(diǎn)2300組，過程中對單個錨栓按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，所檢錨栓拉拔力檢驗(yàn)值滿足設(shè)計(jì)要求。梁柱群錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求施工，新增箱型鋼梁的安裝按照《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205進(jìn)行驗(yàn)收，檢驗(yàn)批及分項(xiàng)工程質(zhì)量驗(yàn)收合格，保證了后續(xù)鋪設(shè)樓承板及澆筑樓面混凝土的正常施工。最后對群錨節(jié)點(diǎn)構(gòu)件進(jìn)行防腐防火處理，觀感質(zhì)量良好。

    7、結(jié)論

    本文結(jié)合西安某商業(yè)廣場改擴(kuò)建工程實(shí)例，通過理論計(jì)算分析、現(xiàn)場承載力試驗(yàn)以及后錨固現(xiàn)場施工三個方面闡述了廠房改造項(xiàng)目梁柱群錨節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)，得出如下結(jié)論：

    （1）梁柱群錨節(jié)點(diǎn)能很好的傳遞梁端的剪力，在廠房加固改造過程中可以實(shí)現(xiàn)梁柱之間的有效連接。

    （2）對于復(fù)雜的改造項(xiàng)目，群錨節(jié)點(diǎn)的整體受力性能需要結(jié)合理論分析及現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合的方式共同確定，現(xiàn)場試驗(yàn)?zāi)艽_保群錨節(jié)點(diǎn)的安全可靠。

    （3）在廠房加固中，群錨節(jié)點(diǎn)預(yù)埋件的連接優(yōu)先選用化學(xué)錨栓，能夠避免焊接對植筋膠體的損壞。錨栓孔定位時，可先在原有結(jié)構(gòu)上鉆孔，最后通過孔位一一對應(yīng)傳遞的方式，在預(yù)埋板上定出螺栓孔。

    參考文獻(xiàn)

    [1]李杰，陸洲導(dǎo).混凝土后錨固錨栓的抗剪分析，川建筑科學(xué)研究，2007.12,33

    [2]項(xiàng)凱，陸洲導(dǎo)，李杰.混凝土結(jié)構(gòu)后錨固群錨的抗剪承載力實(shí)驗(yàn)沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2008.11，24

    [3]混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50367-2006北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

    [4]混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程（JGJ 145-2013）[北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

    [5]曹立金，陸洲導(dǎo).混凝土后錨固群錨中心抗剪性能研究綜述結(jié)構(gòu)工程師，2008.12，24

    [6]蘇磊，李杰，陸洲導(dǎo).混凝土結(jié)構(gòu)后錨固群錨系統(tǒng)抗剪承載力分析結(jié)構(gòu)工程師，2009.10，25

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會     文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯  劉真 文徑 審核)  

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