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        機(jī)械錨栓系統(tǒng)在設(shè)備基礎(chǔ)安裝上的應(yīng)用

        2014-04-15 15:48:01嚴(yán)
        建材世界 2014年5期
        關(guān)鍵詞:錨栓預(yù)埋機(jī)械設(shè)備

        嚴(yán) 勇

        (湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,武漢 430040)

        近年來(lái)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,大型工業(yè)機(jī)械設(shè)備越來(lái)越頻繁地應(yīng)用于工程實(shí)踐中,這些設(shè)備的單機(jī)重量大,臺(tái)數(shù)越來(lái)越多,設(shè)備基礎(chǔ)所承擔(dān)的荷載無(wú)論是動(dòng)載還是靜載都比以前有較大的提高,因此設(shè)備基礎(chǔ)的快速準(zhǔn)確安裝至關(guān)重要。機(jī)械設(shè)備整個(gè)安裝項(xiàng)目較多,同時(shí)安裝精度較高、過(guò)程繁雜,只有認(rèn)真的工作態(tài)度和嚴(yán)格規(guī)范的操作才能獲得優(yōu)良的安裝質(zhì)量,這就要求各個(gè)安裝環(huán)節(jié)中的施工人員、管理人員都要有端正的態(tài)度,專(zhuān)業(yè)技術(shù)扎實(shí)。

        設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是服務(wù)于各種各樣工業(yè)與民用設(shè)備的附屬設(shè)計(jì),小型設(shè)備可直接以地面或樓面做基礎(chǔ),大型設(shè)備及精密設(shè)備的基礎(chǔ)必須獨(dú)立做成框架式、墻式或大塊式。設(shè)備基礎(chǔ)已成為工業(yè)建筑的關(guān)鍵組成部分,設(shè)備基礎(chǔ)的安裝精度與準(zhǔn)確定位將直接影響后序設(shè)備安裝和使用效果、產(chǎn)品質(zhì)量,特別是對(duì)于振動(dòng)的大型機(jī)械與對(duì)振動(dòng)限位要求較高的機(jī)械安裝,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)相應(yīng)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成一定的威脅。因此,設(shè)備基礎(chǔ)精確安裝才能保證后續(xù)安裝工序正常有序地進(jìn)行。常見(jiàn)的設(shè)備基礎(chǔ)的安裝方法有地腳螺栓預(yù)留孔二次灌漿法、二次預(yù)埋精調(diào)墊鐵法、預(yù)埋地腳螺栓法、無(wú)墊鐵安裝法、機(jī)械錨栓法等方法。

        1 機(jī)械錨栓的定義、分類(lèi)、用途

        1.1 定義

        錨栓是錨固在某基材內(nèi),不僅可以與基材共同受力,同時(shí)也是起到連接作用的機(jī)械零件。機(jī)械錨栓是指靠膨脹擠壓、摩擦、機(jī)械咬合、鍵鎖等錨固機(jī)械原理設(shè)計(jì)的錨栓。

        1.2 分類(lèi)

        根據(jù)材質(zhì)不同可以分為金屬錨栓與非金屬錨栓。一般混凝土、石材采用的是金屬錨栓,而砌塊常采用非金屬材料的錨栓??砂村^固原理與控制方式進(jìn)行劃分,其中按扭矩控制的錨栓有膨脹型、預(yù)擴(kuò)孔型、自擴(kuò)孔型,按位移控制的錨栓同樣有膨脹型、預(yù)擴(kuò)孔型、自擴(kuò)孔型這三種形式。

        1.3 用途

        由于它能在混凝土凝固達(dá)到一定強(qiáng)度發(fā)揮其后錨固作用并為工程上準(zhǔn)確安裝的錨件帶來(lái)諸多好處,進(jìn)而逐漸取代了預(yù)埋件。在核電站、橋梁支座安裝、廠房建筑的結(jié)構(gòu)及設(shè)備安裝等方面,獲得了顯著的效益,在大型的機(jī)械設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。

        2 機(jī)械錨栓錨固機(jī)理及與預(yù)埋地腳螺栓的比較

        2.1 錨固機(jī)理

        一般的設(shè)備基礎(chǔ)采用混凝土結(jié)構(gòu),常用膨脹型、擴(kuò)孔型錨栓,所以下文將主要針對(duì)這類(lèi)型錨栓的錨固機(jī)理進(jìn)行介紹。膨脹錨栓通過(guò)預(yù)緊膨脹件對(duì)孔壁膨脹形成垂直于孔壁擠壓力及平行于孔壁的摩擦力。擠壓力與摩擦力的合力將在混凝土孔壁形成反作用力,當(dāng)錨栓所承擔(dān)的拉力逐漸增大時(shí)其作用半徑也不斷擴(kuò)大并逐漸向上伸展,當(dāng)超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土就將形成裂縫開(kāi)裂,迅速發(fā)展并產(chǎn)生倒錐體狀的失效破壞模式。根據(jù)錨栓抗拉、抗剪實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要有混凝土劈裂與錐體破壞、錨栓自身強(qiáng)度不足引起的破壞、錨栓整體錨固長(zhǎng)度不夠被拔出失效破壞、部分零件穿出失效等破壞形式,在實(shí)際的工作中應(yīng)避免錨栓自身被拉壞與剪切破壞。7

        在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)中,若錨栓承受一定頻率的動(dòng)荷載,易在錨栓、錨栓與混凝土結(jié)合部位發(fā)生疲勞破壞,若錨栓同時(shí)受剪力作用時(shí)其疲勞強(qiáng)度將進(jìn)一步降低,疲勞壽命也將隨之降低。此時(shí)錨栓的承載能力不能按照承受靜載來(lái)考慮,大量工程試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明,起主導(dǎo)作用的是疲勞破壞,因此錨栓疲勞在工程中受重復(fù)的荷載作用時(shí)必須加以考慮,方能保證設(shè)備機(jī)械正常運(yùn)營(yíng)使用。

        2.2 機(jī)械錨栓與預(yù)埋地腳螺栓的比較

        機(jī)械錨栓依靠混凝土鉆孔后的非粘結(jié)機(jī)械作用、機(jī)械摩擦、膨脹擠壓、咬合,對(duì)施工安裝精度有嚴(yán)格要求。其破壞模式主要是混凝土破壞與錨栓自身拔出、零件穿出及錨栓剪斷、拉斷。

        地腳螺栓受力主要依靠與混凝土的粘結(jié)作用與咬合力、摩擦阻力,粘結(jié)作用的強(qiáng)弱直接影響地腳螺栓的錨固性能的發(fā)揮。其主要的破壞模式為強(qiáng)度不足引起的破壞、剛度不足引起的破壞、混凝土被劈裂。地腳螺栓的種類(lèi)較多,其錨固機(jī)理與鋼筋在基礎(chǔ)中的錨固類(lèi)似,常做成一定角度的彎鉤以提高錨固的效果,施工過(guò)程中必須固定好預(yù)埋螺栓的位置,避免施工過(guò)程中被擾動(dòng)、移位、變形。預(yù)埋地腳螺栓規(guī)格多、數(shù)量大且安裝精度高,可將地腳螺栓劃分為固定與活動(dòng)地腳螺栓、脹錨與粘結(jié)地腳螺栓四大類(lèi)。其中固定地腳螺栓主要用于有很大振動(dòng)和沖擊的設(shè)備基礎(chǔ)安裝中,而活動(dòng)地腳螺栓則用于有強(qiáng)烈沖擊與振動(dòng)的基礎(chǔ)安裝中,同時(shí)活動(dòng)地腳螺栓拆卸方便,主要是由于承受較大的重復(fù)荷載作用,易產(chǎn)生疲勞破壞。對(duì)于脹錨地腳螺栓用于錨固承受靜載的簡(jiǎn)單設(shè)備的基礎(chǔ)安裝中。

        3 機(jī)械錨栓與地腳螺栓

        3.1 機(jī)械錨栓

        機(jī)械錨栓由螺栓、環(huán)形張口、墊片、螺母、推力套管五大部分組成,其造價(jià)較預(yù)埋地腳螺栓高,但是機(jī)械錨栓具有較高的負(fù)荷能力,安全性也比較高。應(yīng)用范圍比地腳螺栓的廣,可用于各種混凝土強(qiáng)度的設(shè)備基礎(chǔ)的錨固,并且可適用各種設(shè)備基礎(chǔ)的錨固,同時(shí)還具有耐高溫、耐磨、抗腐蝕、抗拉拔力大、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。套管上有明顯的錨深標(biāo)志,檢測(cè)起來(lái)更加方便,可提高安裝精度與安裝效率,縮短安裝的工期。由于錨栓錨固機(jī)理、使用條件、產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造安裝要求的不同,影響錨固性能的因素比傳統(tǒng)鋼筋預(yù)埋件錨固性能要復(fù)雜得多。

        對(duì)于化學(xué)錨栓耐高溫性弱、不可焊接,耐老化性、抗凍融性目前大都是依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù),實(shí)際的工程數(shù)據(jù)較少,且不適用于承受動(dòng)荷載的情況,甚至有時(shí)禁止使用,而機(jī)械錨栓具有耐高溫、可焊接的性能好,使得機(jī)械螺栓比化學(xué)螺栓具有更為廣闊的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平的發(fā)展,機(jī)械設(shè)備承受動(dòng)荷載與荷載均較以前大,即使是靜載也比以前大,機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)的錨固區(qū)易出現(xiàn)疲勞破壞,機(jī)械螺栓的應(yīng)用范圍較化學(xué)螺栓與預(yù)埋地腳螺栓要大,機(jī)械錨栓也可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定制所需的類(lèi)型。機(jī)械錨栓施工精度較高且為干施工,施工完成后設(shè)備即可投運(yùn),施工周期較預(yù)埋地腳螺栓短,從而縮短設(shè)備成本等費(fèi)用的回收與盈利時(shí)間。

        3.2 預(yù)埋地腳螺栓施工工藝

        目前,預(yù)埋地腳螺栓逐漸被應(yīng)用在了各種建筑基礎(chǔ)設(shè)備中,其中包括了混凝土設(shè)備基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立混凝土基礎(chǔ)等,這種一般是通過(guò)預(yù)埋地腳螺栓的安裝設(shè)備或鏈接鋼結(jié)構(gòu)廠房為主體的,根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的施工要求,必須要把握好預(yù)埋地腳螺栓施工的精度控制。然而長(zhǎng)期以來(lái),這種控制一直困擾著工程技術(shù)人員,是不能解決的一大難題,在工程施工過(guò)程中,很難達(dá)到國(guó)家規(guī)定這種技術(shù)的偏差要求與規(guī)范。

        預(yù)埋地腳螺栓錨固方案的基本流程:將根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙所制作的地腳螺栓驗(yàn)收并組織進(jìn)場(chǎng)與定位模板制作→調(diào)整安裝定位模板→利用定位測(cè)距儀、經(jīng)緯儀,測(cè)量定位出所需安裝的地腳螺栓的實(shí)際具體位置→支設(shè)具有足夠剛度與穩(wěn)定性的固定支架→按照設(shè)計(jì)方案的要求,安放預(yù)埋地腳螺栓→臨時(shí)固定→利用經(jīng)緯儀與水平儀認(rèn)真復(fù)核地腳螺栓位置,滿足設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行地腳螺栓的永久性固定→設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土澆筑→定位模板拆除→設(shè)備基礎(chǔ)錨固的驗(yàn)收交接。

        在混凝土澆注前螺栓絲扣要用膠布纏好保護(hù)螺紋,混凝土澆注時(shí)需要監(jiān)理人員看護(hù),落灰口不準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)螺栓,在整個(gè)基礎(chǔ)混凝土的澆筑過(guò)程中振動(dòng)器不能碰到螺栓,以免影響預(yù)埋螺栓的水平位置與高程。澆注過(guò)程中必須控制好標(biāo)高,將其誤差控制在許可的范圍內(nèi),等混凝土澆筑完成后需要對(duì)預(yù)埋地腳螺栓兩側(cè)的混凝土抹平,這樣才能便于設(shè)備安裝后期的灌漿施工以達(dá)到機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)安裝錨固的要求。

        采用該方案施工的主要優(yōu)點(diǎn)是操作便捷,節(jié)約工期,具有可調(diào)節(jié)性與可拆卸性強(qiáng),其缺點(diǎn)是對(duì)于偏差尺寸較大的地腳螺栓,對(duì)其偏差調(diào)整十分的困難,只有在施工精度要求較高時(shí),才可以達(dá)到所需安裝精度的要求。若采用地腳螺栓預(yù)留孔二次灌漿法進(jìn)行安裝時(shí)則預(yù)留孔的大小、灌漿質(zhì)量都將嚴(yán)重影響地腳螺栓與設(shè)備基礎(chǔ)的連接強(qiáng)度,同時(shí)灌漿是后期灌入的,新舊混凝土能否很好地結(jié)合在一起工作至關(guān)重要,在反復(fù)的荷載作用下易產(chǎn)生疲勞破壞與松動(dòng),進(jìn)而影響設(shè)備的正常使用與安全。二次灌漿層混凝土凝固后,待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再把地腳螺栓擰緊,另一種為混凝土后期強(qiáng)度承壓法。

        3.3 預(yù)埋地腳螺栓安裝施工的質(zhì)量控制

        螺栓預(yù)埋安裝后,采用預(yù)先制作的螺栓安裝模板對(duì)地腳螺栓的螺栓間距進(jìn)行復(fù)核,對(duì)存在偏差的進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。在設(shè)備基礎(chǔ)安裝過(guò)程中應(yīng)做到邊安裝邊根據(jù)設(shè)計(jì)位置尺寸校核安裝位置,對(duì)于出現(xiàn)的誤差做到及時(shí)的調(diào)整。在螺栓安裝的過(guò)程中必須做到每個(gè)螺栓與螺母的配套使用以免出現(xiàn)亂扣等問(wèn)題??刂坪妙A(yù)埋螺栓標(biāo)高,用水平儀測(cè)量安裝的基準(zhǔn)標(biāo)高,在設(shè)備基礎(chǔ)安裝后再進(jìn)行復(fù)核??刂坪玫啬_螺栓的垂直度,應(yīng)采用經(jīng)緯儀校核垂直度,將其垂直度偏差控制在0.1%以內(nèi)。在整個(gè)設(shè)備基礎(chǔ)的安裝過(guò)程中必須要做好設(shè)備基礎(chǔ)的安裝監(jiān)理工作,這是設(shè)備基礎(chǔ)安裝滿足要求的一種重要環(huán)節(jié)。

        一些機(jī)械設(shè)備對(duì)某幾項(xiàng)施工控制的精度值非常敏感。因此在施工安裝過(guò)程中必須嚴(yán)格控制相關(guān)的項(xiàng)目,以滿足后期機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)實(shí)際需求及生產(chǎn)人員的舒適度需求,因此必須控制好預(yù)埋地腳螺栓的標(biāo)高、垂直度、機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)的中心及機(jī)械設(shè)備的水平度等。

        近年來(lái)有些項(xiàng)目中存在一定的進(jìn)口設(shè)備如電力項(xiàng)目等,設(shè)備到貨后才能預(yù)埋螺栓,這樣將導(dǎo)致螺栓預(yù)埋的時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí),預(yù)埋螺栓后灌漿也容易對(duì)設(shè)備造成一定污染,設(shè)備運(yùn)營(yíng)需等灌漿達(dá)到一定強(qiáng)度,不然容易造成漿體開(kāi)裂而達(dá)不到錨固設(shè)備的作用。

        3.4 地腳螺栓的偏差處理方法

        建筑施工過(guò)程中的精度要求遠(yuǎn)低于設(shè)備基礎(chǔ)安裝的精度,因此地腳螺栓常常出現(xiàn)平面布置偏差和標(biāo)高偏差。平面位置偏差的處理方法主要是調(diào)整孔法、烘烤煨彎法、過(guò)度框架法、換埋法、鉆孔更換法。地腳螺栓標(biāo)高偏差的處理方法常常采用墊片法、接長(zhǎng)法、套絲接長(zhǎng)法。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        在實(shí)際的工程中,應(yīng)根據(jù)具體的項(xiàng)目要求選擇何種錨固方式,即是采用機(jī)械錨栓還是預(yù)埋地腳螺栓等,應(yīng)從安全可靠、施工簡(jiǎn)便、施工工期、造價(jià)成本、綜合性能等方面進(jìn)行綜合分析后作出抉擇。該文對(duì)機(jī)械錨栓的定義、分類(lèi)、用途進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,隨之介紹了機(jī)械錨栓的組成、優(yōu)點(diǎn)、與地腳螺栓的對(duì)比及地腳螺栓的施工與常見(jiàn)問(wèn)題的處理,獲得了一些有益的結(jié)論,希望對(duì)以后的大型機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)安裝有一定參考意義。

        [1] 葉清華,黎興華,孟繁華.設(shè)計(jì)基礎(chǔ)預(yù)留螺栓孔設(shè)計(jì)對(duì)質(zhì)量的影響[J].工程質(zhì)量,2002,36(6):23-24.

        [2] 賈貰翔.預(yù)埋地腳螺栓及預(yù)埋件施工工藝[J].黑龍江科技信息,2013,45(20):56-58.

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