王 鈞 周 鑫

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

既有砌體結(jié)構(gòu)錨栓錨固性能試驗(yàn)研究★

王 鈞 周 鑫

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

選用三種常用規(guī)格的套管加強(qiáng)型膨脹錨栓，利用錨桿拉拔儀，測(cè)試其在既有實(shí)心粘土磚砌體中的錨固性能，為既有磚砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)用后錨固技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

既有建筑，砌體結(jié)構(gòu)，實(shí)心粘土磚，膨脹錨栓，錨固性能

國(guó)家已經(jīng)制定了節(jié)能減排的方針政策，將既有建筑的節(jié)能改造列為節(jié)能減排的重點(diǎn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是影響既有建筑能耗的關(guān)鍵因素[1]。由于傳統(tǒng)的外墻外保溫技術(shù)施工程序繁雜，故新型外墻外保溫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。裝配式復(fù)合外墻外保溫施工技術(shù)以先進(jìn)的施工工藝，簡(jiǎn)化了施工程序，節(jié)能效果顯著，已應(yīng)用于既有建筑節(jié)能改造工程中[2]。膨脹錨栓作為裝配式復(fù)合外墻外保溫體系的后錨固構(gòu)件，是結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的重要保證，因此，有必要對(duì)其在既有磚砌體結(jié)構(gòu)中的力學(xué)性能進(jìn)行探究與分析。國(guó)內(nèi)秦士洪、黃榜彪、陳古平等人已經(jīng)對(duì)膨脹錨栓在多孔磚、輕質(zhì)燒結(jié)頁(yè)巖磚、蒸壓粉煤灰磚中的錨固性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究[3-5]。然而，膨脹錨栓錨固于實(shí)心粘土磚中的力學(xué)性能尚未見系統(tǒng)報(bào)道。目前，大量具有節(jié)能改造價(jià)值的既有砌體建筑的墻體仍為實(shí)心粘土磚。本文重點(diǎn)研究既有粘土磚砌體結(jié)構(gòu)中膨脹錨栓的錨固性能，為既有砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)用后錨固技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)概述

1.1 錨固基體

錨固基體為即將進(jìn)行節(jié)能改造的3棟住宅樓墻體，竣工時(shí)間為1987年?？紤]到試驗(yàn)樓體各層間砌體所承受的壓應(yīng)力不同，確保錨栓規(guī)格及錨固界面兩參數(shù)相同，在樣本空間內(nèi)共選取6處壓應(yīng)力不同的錨固試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)綜合考慮，試驗(yàn)最終確定在每棟樣本樓體的一層、三層外墻體進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。

結(jié)構(gòu)墻體塊材為實(shí)心粘土磚，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)MU10。砂漿品種為混合砂漿，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)M10。

1.2 錨栓

試驗(yàn)選用M8，M10，M12三種常用規(guī)格的套管加強(qiáng)型膨脹錨栓(TGQ型)。對(duì)錨栓實(shí)際幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表1所示。

表1 錨栓尺寸實(shí)測(cè)值 mm

1.3 試驗(yàn)要求

依據(jù)文獻(xiàn)[6]，錨固抗拔承載力現(xiàn)場(chǎng)非破壞性檢驗(yàn)，采用隨機(jī)抽樣辦法取樣，數(shù)量不少于3枚。由于錨栓在磚墻中錨固時(shí)存在隨機(jī)性，因此，需考慮塊體及砂漿灰縫兩種錨固界面對(duì)錨栓錨固性能的影響。試驗(yàn)中，每一層間墻體安裝三種不同規(guī)格的錨栓，數(shù)量均為6枚，并確保6枚錨栓中有3枚錨固于砂漿灰縫中，另外3枚錨固于塊材中。

1.4 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器選用SW-100型錨桿拉拔儀，測(cè)量范圍0 kN～100 kN，適合M6～M18錨栓的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

1.5 拉拔試驗(yàn)

JGJ 145-2004混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[6]中指出，錨栓錨固承載力的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分為非破壞性檢測(cè)與破壞性檢測(cè)，考慮到試驗(yàn)樓體為既有居住建筑，節(jié)能改造后仍繼續(xù)使用，應(yīng)堅(jiān)持以人為本的原則，因此，試驗(yàn)僅對(duì)錨栓錨固性能進(jìn)行非破壞性檢測(cè)。由于膨脹錨栓在砌體結(jié)構(gòu)中錨固性能檢測(cè)尚未有相應(yīng)明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此，無(wú)法確定非破壞性檢測(cè)荷載。

基于上述分析，為了探究錨栓的錨固性能，探索性地采用非破壞性檢測(cè)極限錨固力作為砌體結(jié)構(gòu)中錨栓錨固性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)。非破壞性檢測(cè)極限錨固力是指埋置于墻體中的錨栓在受力過程中即將產(chǎn)生松動(dòng)時(shí)的臨界拉拔力。試驗(yàn)中非破壞性檢測(cè)極限錨固力判別標(biāo)準(zhǔn)為利用錨桿拉拔儀對(duì)膨脹錨栓施加拉力，智能數(shù)字壓力表的示數(shù)將逐漸增大，直到示數(shù)首次出現(xiàn)不再上升或突然下降時(shí)刻，峰值即為非破壞性檢測(cè)極限錨固力。

2 內(nèi)力計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)墻體壓應(yīng)力計(jì)算

將3棟樣本樓體編號(hào)為1號(hào)～3號(hào)，其中，1號(hào)，3號(hào)樣本樓體總層數(shù)5層，2號(hào)樣本樓體總層數(shù)7層，1號(hào)～3號(hào)樓體均為橫墻承重體系，頂層層高3 m，其余各層層高2.8 m，1號(hào)，2號(hào)樓體錨固試驗(yàn)墻體為承重墻，3號(hào)樓體錨固試驗(yàn)墻體為自承重墻。

依據(jù)GB 50003-2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[7]，以1號(hào)樣本樓體為例計(jì)算錨固基體所承受的壓應(yīng)力。平面示意圖如圖1所示，軸～軸線間陰影部分墻體為錨固試驗(yàn)基體，取1 m寬墻體為計(jì)算單元，荷載統(tǒng)計(jì)情況見表2。

表2 試驗(yàn)樓體荷載統(tǒng)計(jì)

其余各層墻體壓應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表3所示。其余各樣本樓體層間壓應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表4所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

表3 1號(hào)樓各層間墻體壓應(yīng)力 MPa

表4 各樣本樓體層間壓應(yīng)力 MPa

試驗(yàn)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5，表6，具有95%保證率的極限錨固力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為[3]：

(1)

表5 錨固于粘土磚中極限錨固力試驗(yàn)值 kN

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 壓應(yīng)力的變化對(duì)極限錨固力的影響

分別將錨固于粘土磚中及水平灰縫中M12，M10，M8錨栓的極限錨固力標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)合作用于砌體結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)力值的變化進(jìn)行分析，繪制二維折線圖。

由圖2可知，對(duì)于M12，M10錨栓的極限錨固力隨著作用于砌體結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)力的增加呈增大趨勢(shì)，但變化不顯著。而對(duì)于M8規(guī)格錨栓，砌體結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)力變化對(duì)極限錨固力基本沒有影響。

表6 錨固于水平灰縫中極限錨固力試驗(yàn)值 kN

圖3表明，M12，M10規(guī)格錨栓錨固于水平灰縫中的極限錨固力變化規(guī)律與錨栓錨固于粘土磚中相似。而對(duì)于M8規(guī)格錨栓，由于直徑較小，導(dǎo)致錨固于砂漿中緊固性較差，極限錨固力值不穩(wěn)定，未體現(xiàn)出較規(guī)律的變化趨勢(shì)。

3.2 錨栓規(guī)格對(duì)極限錨固力的影響

將不同規(guī)格錨栓的極限錨固力試驗(yàn)數(shù)據(jù)置于表7中并觀察分析。當(dāng)作用于磚砌體上的壓應(yīng)力與錨固界面相同時(shí)，隨著膨脹錨栓規(guī)格的增大，實(shí)測(cè)極限錨固力值隨之增大，且變化顯著。M10規(guī)格錨栓極限錨固力值約為M8規(guī)格錨栓的2倍～3倍，M12規(guī)格錨栓極限錨固力值較M10規(guī)格錨栓增大15%～25%。

3.3 錨固界面不同對(duì)錨栓極限錨固力的影響

選取錨栓錨固于不同界面中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表8所示。由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)作用于磚砌體結(jié)構(gòu)中的壓應(yīng)力相同時(shí)，對(duì)于規(guī)格M12，M10，M8的膨脹錨栓錨固于粘土磚中的極限錨固力值較錨固于灰縫中的極限錨固力值大，增大幅度在60%～80%之間。

表7 不同規(guī)格錨栓的極限錨固力值

3.4 安全儲(chǔ)備

由于M8規(guī)格膨脹錨栓直徑較小，導(dǎo)致極限錨固力偏低，且穩(wěn)定性較差，因此，建議可偏于安全地選擇M10，M12規(guī)格膨脹錨栓作為裝配式復(fù)合外墻外保溫體系的后錨固構(gòu)件，對(duì)其承載力進(jìn)行安全性驗(yàn)算。

表8 不同錨固界面中錨栓的極限錨固力值

取K1，K2較小值，則安全系數(shù)K=4.1。裝配式復(fù)合外墻外保溫施工工藝的安全系數(shù)K≥2，安全儲(chǔ)備滿足要求[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

1)探索性地提出非破壞性檢測(cè)極限錨固力，并將其作為砌體結(jié)構(gòu)中錨栓錨固性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)。M12，M10規(guī)格膨脹錨栓的非破壞性檢測(cè)極限錨固力隨著作用在磚砌體結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)力的增大而略顯增大。

2)膨脹錨栓規(guī)格增大，非破壞性檢測(cè)極限錨固力隨之增大；膨脹錨栓錨固于粘土磚中的非破壞性檢測(cè)極限錨固力值遠(yuǎn)高于錨固于灰縫中的極限錨固力值。

3)建議在既有建筑節(jié)能改造中優(yōu)先選用規(guī)格不小于M10的膨脹錨栓。M10規(guī)格膨脹錨栓應(yīng)用于裝配式復(fù)合外墻外保溫體系中的安全儲(chǔ)備滿足要求。

[1] 白雪蓮，吳利均，蘇芬仙.既有建筑節(jié)能改造技術(shù)與實(shí)踐[J].建筑節(jié)能,2009,1(1):8-12.

[2] 王 鈞，王 宇.裝配式復(fù)合外墻外保溫施工技術(shù)與承載力計(jì)算[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,29(3):419-425.

[3] 秦士洪，胡 玨，駱萬(wàn)康.膨脹錨栓在多孔磚砌體中的錨固性能[J].建筑技術(shù),2005,36(11):847-848.

[4] 陳古平，曹桓銘.膨脹錨栓在蒸壓粉煤灰磚砌體中的抗拔承載力試驗(yàn)研究[A].新型砌體結(jié)構(gòu)體系與墻體材料(上冊(cè))——工程應(yīng)用[C].2010.

[5] 黃榜彪，景嘉驊.輕質(zhì)燒結(jié)頁(yè)巖磚砌體錨栓錨固試驗(yàn)[J].建筑技術(shù),2012,43(9):817-819.

[6] JGJ 145-2004，混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[S].

[7] GB 50003-2011，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8] JGJ 144-2004，外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程[S].

Experimental research on anchoring performance of bolts in existing clay brick masonry structure★

WANG Jun ZHOU Xin

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

TGQ type expansion bolts of three common specifications and the anchor drawing device are selected for anchoring performance test of existing solid clay brick masonry structure, to lay the theoretical and practical foundation for energy saving reformation of the existing clay brick masonry structure.

existing buildings, masonry structure, solid clay brick, expansion bolt, anchoring performance

1009-6825(2014)15-0026-03

2014-03-17★：哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才專項(xiàng)資金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2012RFXXS112)；黑龍江省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：GZ11A506)

王 鈞(1967- )，女，博士生導(dǎo)師，教授； 周 鑫(1989- )，男，在讀碩士

TU362

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