既有砌體結構錨栓錨固性能試驗研究★

王 鈞 周 鑫

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

既有砌體結構錨栓錨固性能試驗研究★

王 鈞 周 鑫

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

選用三種常用規格的套管加強型膨脹錨栓，利用錨桿拉拔儀，測試其在既有實心粘土磚砌體中的錨固性能，為既有磚砌體結構應用后錨固技術進行節能改造奠定理論與實踐基礎。

既有建筑，砌體結構，實心粘土磚，膨脹錨栓，錨固性能

國家已經制定了節能減排的方針政策，將既有建筑的節能改造列為節能減排的重點。圍護結構的熱工性能是影響既有建筑能耗的關鍵因素[1]。由于傳統的外墻外保溫技術施工程序繁雜，故新型外墻外保溫技術應運而生。裝配式復合外墻外保溫施工技術以先進的施工工藝，簡化了施工程序，節能效果顯著，已應用于既有建筑節能改造工程中[2]。膨脹錨栓作為裝配式復合外墻外保溫體系的后錨固構件，是結構和構造的重要保證，因此，有必要對其在既有磚砌體結構中的力學性能進行探究與分析。國內秦士洪、黃榜彪、陳古平等人已經對膨脹錨栓在多孔磚、輕質燒結頁巖磚、蒸壓粉煤灰磚中的錨固性能進行了試驗研究[3-5]。然而，膨脹錨栓錨固于實心粘土磚中的力學性能尚未見系統報道。目前，大量具有節能改造價值的既有砌體建筑的墻體仍為實心粘土磚。本文重點研究既有粘土磚砌體結構中膨脹錨栓的錨固性能，為既有砌體結構應用后錨固技術進行節能改造奠定理論與實踐基礎。

1 試驗概述

1.1 錨固基體

錨固基體為即將進行節能改造的3棟住宅樓墻體，竣工時間為1987年。考慮到試驗樓體各層間砌體所承受的壓應力不同，確保錨栓規格及錨固界面兩參數相同，在樣本空間內共選取6處壓應力不同的錨固試驗點進行測試。經綜合考慮，試驗最終確定在每棟樣本樓體的一層、三層外墻體進行檢測試驗。

結構墻體塊材為實心粘土磚，設計強度等級MU10。砂漿品種為混合砂漿，設計強度等級M10。

1.2 錨栓

試驗選用M8，M10，M12三種常用規格的套管加強型膨脹錨栓(TGQ型)。對錨栓實際幾何尺寸進行測量，結果如表1所示。

表1 錨栓尺寸實測值 mm

1.3 試驗要求

依據文獻[6]，錨固抗拔承載力現場非破壞性檢驗，采用隨機抽樣辦法取樣，數量不少于3枚。由于錨栓在磚墻中錨固時存在隨機性，因此，需考慮塊體及砂漿灰縫兩種錨固界面對錨栓錨固性能的影響。試驗中，每一層間墻體安裝三種不同規格的錨栓，數量均為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 測試儀器

測試儀器選用SW-100型錨桿拉拔儀，測量范圍0 kN～100 kN，適合M6～M18錨栓的現場檢測。

1.5 拉拔試驗

JGJ 145-2004混凝土結構后錨固技術規程[6]中指出，錨栓錨固承載力的現場檢測分為非破壞性檢測與破壞性檢測，考慮到試驗樓體為既有居住建筑，節能改造后仍繼續使用，應堅持以人為本的原則，因此，試驗僅對錨栓錨固性能進行非破壞性檢測。由于膨脹錨栓在砌體結構中錨固性能檢測尚未有相應明確的規范標準，因此，無法確定非破壞性檢測荷載。

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極限錨固力作為砌體結構中錨栓錨固性能的衡量標準。非破壞性檢測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生松動時的臨界拉拔力。試驗中非破壞性檢測極限錨固力判別標準為利用錨桿拉拔儀對膨脹錨栓施加拉力，智能數字壓力表的示數將逐漸增大，直到示數首次出現不再上升或突然下降時刻，峰值即為非破壞性檢測極限錨固力。

2 內力計算與試驗結果

2.1 試驗墻體壓應力計算

將3棟樣本樓體編號為1號～3號，其中，1號，3號樣本樓體總層數5層，2號樣本樓體總層數7層，1號～3號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，2號樓體錨固試驗墻體為承重墻，3號樓體錨固試驗墻體為自承重墻。

依據GB 50003-2011砌體結構設計規范[7]，以1號樣本樓體為例計算錨固基體所承受的壓應力。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基體，取1 m寬墻體為計算單元，荷載統計情況見表2。

表2 試驗樓體荷載統計

其余各層墻體壓應力計算結果如表3所示。其余各樣本樓體層間壓應力計算結果如表4所示。

2.2 試驗結果

表3 1號樓各層間墻體壓應力 MPa

表4 各樣本樓體層間壓應力 MPa

試驗數據及統計結果見表5，表6，具有95%保證率的極限錨固力標準值計算公式為[3]：

(1)

表5 錨固于粘土磚中極限錨固力試驗值 kN

3 數據分析

3.1 壓應力的變化對極限錨固力的影響

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準值結合作用于砌體結構中壓應力值的變化進行分析，繪制二維折線圖。

由圖2可知，對于M12，M10錨栓的極限錨固力隨著作用于砌體結構中壓應力的增加呈增大趨勢，但變化不顯著。而對于M8規格錨栓，砌體結構中壓應力變化對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值 kN

圖3表明，M12，M10規格錨栓錨固于水平灰縫中的極限錨固力變化規律與錨栓錨固于粘土磚中相似。而對于M8規格錨栓，由于直徑較小，導致錨固于砂漿中緊固性較差，極限錨固力值不穩定，未體現出較規律的變化趨勢。

3.2 錨栓規格對極限錨固力的影響

將不同規格錨栓的極限錨固力試驗數據置于表7中并觀察分析。當作用于磚砌體上的壓應力與錨固界面相同時，隨著膨脹錨栓規格的增大，實測極限錨固力值隨之增大，且變化顯著。M10規格錨栓極限錨固力值約為M8規格錨栓的2倍～3倍，M12規格錨栓極限錨固力值較M10規格錨栓增大15%～25%。

3.3 錨固界面不同對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數據，如表8所示。由表中數據可知，當作用于磚砌體結構中的壓應力相同時，對于規格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 不同規格錨栓的極限錨固力值

3.4 安全儲備

由于M8規格膨脹錨栓直徑較小，導致極限錨固力偏低，且穩定性較差，因此，建議可偏于安全地選擇M10，M12規格膨脹錨栓作為裝配式復合外墻外保溫體系的后錨固構件，對其承載力進行安全性驗算。

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K=4.1。裝配式復合外墻外保溫施工工藝的安全系數K≥2，安全儲備滿足要求[8]。

4 結語

1)探索性地提出非破壞性檢測極限錨固力，并將其作為砌體結構中錨栓錨固性能的衡量標準。M12，M10規格膨脹錨栓的非破壞性檢測極限錨固力隨著作用在磚砌體結構中壓應力的增大而略顯增大。

2)膨脹錨栓規格增大，非破壞性檢測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極限錨固力值遠高于錨固于灰縫中的極限錨固力值。

3)建議在既有建筑節能改造中優先選用規格不小于M10的膨脹錨栓。M10規格膨脹錨栓應用于裝配式復合外墻外保溫體系中的安全儲備滿足要求。

[1] 白雪蓮，吳利均，蘇芬仙.既有建筑節能改造技術與實踐[J].建筑節能,2009,1(1):8-12.

[2] 王 鈞，王 宇.裝配式復合外墻外保溫施工技術與承載力計算[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2013,29(3):419-425.

[3] 秦士洪，胡 玨，駱萬康.膨脹錨栓在多孔磚砌體中的錨固性能[J].建筑技術,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研究[A].新型砌體結構體系與墻體材料(上冊)——工程應用[C].2010.

[5] 黃榜彪，景嘉驊.輕質燒結頁巖磚砌體錨栓錨固試驗[J].建筑技術,2012,43(9):817-819.

[6] JGJ 145-2004，混凝土結構后錨固技術規程[S].

[7] GB 50003-2011，砌體結構設計規范[S].

[8] JGJ 144-2004，外墻外保溫工程技術規程[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新人才專項資金項目(項目編號：2012RFXXS112)；黑龍江省科技攻關計劃項目(項目編號：GZ11A506)

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

TU362

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