普通型膨胀锚栓抗拔力与混凝土强度关系研究

普通型膨胀锚栓抗拔力与混凝土强度关系研究
钟传国;欧曙光;潘智杰
【摘要】对普通型膨胀锚栓在不同强度混凝土中进行拉拔试验,研究普通型膨胀锚栓抗拔力与混凝土强度关系,经过实验及计算分析得到初始位移及最终破坏时的强度关系公式.
【期刊名称】《广东建材》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】3页(P38-40)
【关键词】膨胀锚栓;混凝土;强度关系;最大拉拔力
【作者】钟传国;欧曙光;潘智杰
【作者单位】广州市建筑材料工业研究所有限公司;广州市建筑材料工业研究所有限公司;广州市建筑材料工业研究所有限公司
【正文语种】中文
1 引言
膨胀锚栓现在应用得比较多，但时有质量安全问题发生。

其在不同强度混凝土中的拔出性破坏强度的变化规律仍然需要实验来得出，这对于设计及应用都是有所欠缺的。

现研究膨胀锚栓抗拔力与混凝土强度关系，主要解决以下方面问题：
（1）膨胀锚栓在不同混凝土强度中拉拔强度的变化规律；
（2）同一规格锚栓，不同标号混凝土对锚栓的拉拔力的影响。

同一标号混凝土，不同规格锚栓对抗拔力的影响；
（3）膨胀锚栓在拔出性破坏方面的极限抗拔力。

2 实验概况
根据《膨胀螺栓规格表》JBZQ4763-2006、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ_145-2013、《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG_160-2004、《膨胀螺栓标准》JG160-2004等规范及实际使用的要求，确定了试验对象、试验方法及试验要求，包括选用工程中常用的M8、M10、M12、M14、M16、M18六种锚栓的抗拔试验，还有锚栓规定的尺寸、钻头大小、钻孔深度、钻孔过程控制要求、试验时的间距、边距、扭矩等试验要求。

试验装置如图1所示。

2.1 实验结果
M8、M10、M12、M14、M16、M18六种锚栓对应各种强度混凝土各做3支拉拔实验，表1给出3支锚栓拉拔实验结果的平均值。

另外在1mm位移处，各规格锚栓对应混凝土的拉拔值，如表2，混凝土未发生破坏。

图1 试验装置
表1 锚栓实验结果?
2.2 破坏方式
本次试验的锚栓在1mm位移处基本没达到最大拉拔力，也没发生混凝土破坏。

最后破坏结果有图2所示
图2 基本破坏形式
表21 mm位移拉拔力单位：kN?images/BZ_6_566_919_567_922.png
四种：（a）锚杆拉断；(b)混凝土锥体破坏见图2(a),见图2(b)；(c)锚杆由胀管中拔出,见图2(c)；(d)锚栓整体由混凝土孔中滑出，见图2(d)。

其中M8、M10锚栓
拉拔主要破坏方式为锚栓拉断，M12、M14、M16、M18锚栓拉拔主要破坏方式为混凝土锥形破坏。

3 结果分析
（1）锚栓拉拔破坏的拉力位移关系如图3所示，锚栓拉拔经历弹性-塑形-破坏过程，图中的OA段为锚栓弹性阶段，AB段为塑形阶段，BC为破坏阶段[3]。

C点
为锚栓从混凝土中拔出、锚栓拉断或混凝土破坏[2]。

图3 锚栓拉力与位移关系
（2）在C25至C50的混凝土中，当达到1mm位移时，锚栓拔出，未达到最大
破坏荷载，且混凝土无破坏，此时锚栓处于图3的AB阶段，可知此时拉力值与混凝土强度无关。

一般认为，膨胀锚栓在初始阶段的锚固力实际上为膨胀套锚固段很小面积的抗剪力，见图4。

由于一般膨胀锚栓的材质为Q235钢，其强度标准值为fyk=235N/mm2，剪切强度τ=0.6fyk，于是得关系式：
图4 锚栓受力状态
fyk为钢材强度，取235N/mm2；d为锚栓根部直径；het为根部磨损高度，当
位移为1mm时，试验所得等效高度为2～3mm。

（3）在实际拉拔中，有些锚栓发生穿出破坏，拉拔力偏小，不符合公式。

可能是因为螺杆与膨胀套不贴合，钻孔直径过大，膨胀套厚度不够等原因。

当锚栓的位移值超过弹性阶段时，拉力值会继续增大，此时最大拉力值与锚栓强度、混凝土强度、钻孔直径等有关。

（4）目前混凝土锥形破坏主要有两种理论[1]：
①美国ACI349-85采用的是45°角混凝土锥体破坏模型,如图5所示。

其破裂块为圆锥体,破坏面与混凝土表面之间的夹角是45°。

受拉承载力公式如公式（4）：
图5 ACI349-8545°角混凝土锥体破坏
图6 CCD法混凝土锥体破坏模型
②C CD法采用的混凝土锥体破坏模型如图6所示。

该模型假设破坏面与混凝土构件表面夹角是35°。

开裂混凝土中单根锚栓理想混凝土锥体破坏承载力计算公式为:第一种方法认为承载力与hef的2次方成正比，第二种方法认为承载力与hef的1.5次方成正比。

本文所得混凝土锥形破坏结果与第二种方法比较接近，此方法也是标准JGJ145-2013里面所使用的。

4 结论
（1）在混凝土未发生破坏时，相同直径锚栓在C25～C50混凝土中的1mm位移最大拉力值基本一致，与混凝土强度无关。

（2）一般认为，膨胀锚栓在初始阶段的锚固力实际上为膨胀套锚固段很小面积的抗剪力，此时抗剪力与锚栓直径成正比。

（3）最大拉力值与锚栓强度、混凝土强度、钻孔直径等有关。

在本文所选用锚栓中，主要的破坏方式为锚栓拉断及混凝土锥形破坏，混凝土锥形破坏承载力与hef 的1.5次方成正比。

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【参考文献】
【相关文献】
[1]黎娟娟，王庆华，张曙光.混凝土用锚栓受拉承载力研究综述[J].低温建筑技术，2009.
[2]朱国栋，陈世鸣.胀锚型锚栓锚固破坏及承载力研究[J].力学与实践，2005.
[3]陈荣康，孙春方，李君实.膨胀螺丝与混凝土拉拔力的测试和分析[M]，理化检验-物理分册，1999，5：35.。