焊接對化學錨栓拉拔力的影響分析

曾曉武

焊接對化學錨栓拉拔力的影響分析

曾曉武

本文通過對幾種常用的化學錨栓按不同方案進行現場拉拔試驗后得出的數據進行整理、計算，得出受檢樣品拉拔力設計值，與原設計值比較后，來分析焊接對化學錨栓拉拔力的影響。

化學錨栓；焊接；拉拔力分析

化學錨栓在建筑幕墻行業主要用于后埋件固定，預埋件偏位加固等方面，使用非常普遍，對幕墻整體的安全性起著至關重要的作用。但是，在使用過程中，通常只是知道焊接對化學錨栓拉拔力有一定的影響，但影響究竟如何，缺乏一些定量和定性的分析。

為檢驗焊接對化學錨栓拉拔力的影響，選擇了4個常用的化學錨栓品牌，采用建筑幕墻典型的后埋件施工工藝進行安裝后，對各化學錨栓進行拉拔檢測，通過對拉拔數據進行比較分析，得出參考結論。

1.檢測方法

為與建筑幕墻工程后埋件施工的實際情況相符，采用了建筑幕墻工程典型的后埋板連接固定節點，具體見圖1。

1.1 檢測準備

檢測地點：深圳某工程同一處鋼筋混凝土結構梁，混凝土標號為C40；

檢測地點溫度：攝氏24度；

操作人員：全程由同一位安裝工人安裝，檢測人員也為同一批人員；

化學錨栓規格和埋深：M12×160mm，埋置深度110mm（檢測前兩天安裝完成）；

后埋板：300 mm×220mm×8mm厚鋼板；

鋼墊片：40mm×4mm厚鋼板；

連接件：采用140mm×100mm×6mm厚鋼板代替；

焊接方案：分為焊接方案A和B；

焊接方案A：安裝好后埋板后僅焊接4個鋼墊片稱為焊接方案A（以下簡稱方案A），詳見圖2；

焊接方案B：安裝好后埋板后先焊接4個鋼墊片，間隔1小時后再焊接連接件稱為焊接方案B（以下簡稱方案B）。在實際幕墻后埋件施工過程中，標準做法都是先焊接鋼墊片，待完成測量放線后再焊接連接件定位，所以，間隔1小時的目的是使后埋板充分冷卻，避免連續施焊對化學錨栓拉拔力產生不利影響，也與實際施工工序相符。詳見圖3；

每個品牌化學錨栓受檢拉拔數量：方案A和方案B均為4×3組共12顆。

拉拔檢測工具：ENERPAC RCH-202

檢測時間：2012年9月29日

1.2 檢測步驟

檢測的具體步驟如下：

1.2.1 對4個化學錨栓品牌進行編號后安裝化學錨栓。

1.2.2 采用每4顆化學錨栓為1組安裝固定1塊后埋板，每個品牌的化學錨栓準備6組。

1.2.3 按建筑幕墻典型的后埋板連接固定節點進行焊接固定。所有后埋板的固定方式分別采用兩種焊接方案，方案A僅焊接4個鋼墊片進行局部調節。方案B為先焊接鋼墊片后，采用140×100×6mm厚鋼板來代替幕墻連接件焊接到后埋板上。方案A和方案B各檢測3組，每組4顆，共12顆化學錨栓。

圖2 方案A

圖3 方案B

1.2.4 松開后埋板上的4顆螺母，取出后埋板，清理錨栓附近雜物。

1.2.5 對各化學錨栓進行拉拔試驗，至失效破壞后，記錄兩種方案下錨栓失效時的數據。

1.2.6 對所得檢測數據進行整理，刪除可能由于人為因素產生的誤差后，進行統計分析，得出檢測樣品拉拔力的標準值，除以安全分項系數后即為檢測批的化學錨栓拉拔力的設計值。

1.2.7 將檢測樣品拉拔力設計值與廠家提供的設計值進行比較，分析焊接對化學錨栓拉拔力產生的影響。

2.原始數據篩選及計算方法

2.1 原始數據

將編號①到④的4種化學錨栓分別按方案A和方案B焊接后，進行化學錨栓拉拔失效破壞試驗，同時，按照化學錨栓失效時的三種破壞形式進行分類，即混凝土破壞、拔出破壞、錨栓拉斷破壞。

各編號的化學錨栓失效破壞時的拉拔力檢測結果如下：

2.1.1 編號①化學錨栓拉拔檢測數據

表1 方案A檢測結果

表2 方案B檢測結果

組號序號破壞力（KN）備 注1 53.9混凝土破壞2 58.8錨栓拉斷3 50.9拔出破壞4 50.9拔出破壞第三組

2.1.2 編號②化學錨栓拉拔檢測數據

表3 方案A檢測結果

表4 方案B檢測結果

2.1.3 編號③化學錨栓拉拔檢測數據

表5 方案A檢測結果

表6 方案B檢測結果

2.1.4 編號④化學錨栓拉拔檢測數據

表7 方案A檢測結果

表8 方案B檢測結果

2.2 數據篩選原則

化學錨栓拉拔力檢測主要與兩個方面的因素有關：一是人為因素，如安裝工人操作水平、正確的施工方法、錨固膠固化時間等；二是非人為因素，如混凝土強度、錨固膠類型等。其中，錨固膠是非常重要的環節，以前，錨固膠主要分為環氧樹脂類和丙烯酸類。環氧樹脂類主要的缺點是耐高溫性能差，而丙烯酸類耐高溫性能較好，但是，近年來，隨著市場的需要，不少廠家都改良了藥劑配方，耐高溫性能總體來說均有較大的提高。

從上述表1至表8中可以看出，有些編號的化學錨栓拉拔力相對比較穩定，有些則離散程度很大，甚至直接拔出。所以，為真實說明焊接對化學錨栓拉拔力的影響，需將人為因素排除。

如何將人為因素排除，本文主要參照《民用建筑可靠性鑒定標準》GB50292 “附錄C 已有結構構件材料強度標準值的確定”中的相關要求來決定刪除哪些數據，即以受檢樣品的變異系數來確定，變異系數為試件樣品數標準差與平均數的比值，不僅受檢測樣品離散程度的影響，而且還受其平均水平大小的影響。

對于離散性較大的材料，當受檢樣品的變異系數大于0.2時，檢測結果不宜采用，應先檢查導致離散性較大的原因。通過檢測結果發現，化學錨栓拉拔力的離散性較大，故將變異系數不大于0.2作為篩選原則。另外，由于拉拔試驗的失效概率較大，將受檢樣品的置信水平C取為0.6。

2.3 受檢樣品標準值和設計值確定

2.3.1 標準值

按變異系數不大于0.2對所有檢測數據進行篩選刪除后，按下式計算各編號化學錨栓拉拔力的標準值fk。

式中：fm—篩選后的受檢樣品化學錨栓拉拔力算術平均值；

s—篩選后的受檢樣品化學錨栓拉拔力標準差；

k—與置信水平C=0.6和受檢樣品數量有關的材料強度計算系數，按表9確定。

表9 計算系數k值

2.3.2 設計值

受檢樣品設計值f按下式進行計算。

式中：fk—篩選后的受檢樣品化學錨栓拉拔力標準值；

γ —化學錨栓拉拔力安全分項系數。按《混凝土結構后錨固技術規程》JGJ145表4.2.6中的相關規定取為2.15。

3.各編號化學錨栓拉拔力計算和匯總

按變異系數對所有檢測數據進行篩選后，按公式計算化學錨栓拉拔力設計值，具體步驟如下。

3.1 化學錨栓拉拔力計算步驟

3.1.1 按變異系數不大于0.2的原則，對不同方案檢測的數據進行篩選，從所有檢測數據中的最小值開始刪除，直到變異系數控制在0.2，一旦變異系數不大于0.2，則將剩余的檢測數據作為該受檢樣品拉拔力標準值的計算依據。

變異系數 = 標準差/算術平均值

以表四編號②按方案B焊接的原始拉拔檢測數據為例，對拉拔數據進行篩選，直至變異系數不大于0.2為止，最終剩余7個檢測數據作為計算依據,具體過程見表10。

表10 檢測數據篩選過程

3.1.2 根據篩選后樣品的數量，查表9得出計算系數k值，計算出算術平均值、標準差。

3.1.3 按式2.3.1計算化學錨栓拉拔力標準值。

3.1.4 按式2.3.2計算化學錨栓拉拔力設計值。

3.1.5 將化學錨栓各廠家提供的設計值與實際檢測的設計值進行比較，得出化學錨栓經方案A和方案B焊接后，拉拔力降低的百分比。

3.2 化學錨栓拉拔力匯總

按以上步驟計算后，可得受檢化學錨栓參數匯總表，詳見表11。

表11 受檢化學錨栓參數匯總

4.分析及結論

4.1 檢測數據及設計值的對比分析

采用變異系數不大于0.2的原則，基本排除了人為因素對化學錨栓拉拔力造成的影響，將人為造成的偶然因素刪除，以保證檢測值的相對準確性，通過對表11匯總表進行分析可以看出：

4.1.1 一些化學錨栓拉拔值的離散程度較大，按篩選后的樣品數量減少較多。如編號②，方案A可用樣品數量為10個，方案B的可用樣品數量只有7個，刪除了5個，且受檢樣品拉拔值的標準差也是4個編號錨栓中最大的。經分析，施工方法、安裝工具等對化學錨栓拉拔力的影響較大，化學錨栓生產廠家最好以工地安裝工人常用的施工方法、安裝工具來設計產品，以保證拉拔受力時的可靠性和穩定性。

4.1.2 除編號④化學錨栓外，化學錨栓按建筑幕墻典型做法焊接后，其拉拔力均有一定程度的降低，且方案A降低的程度比方案B降低的相對要小些，即僅焊接鋼墊片比焊接鋼墊片和連接件對拉拔力影響小些，同時，相同的焊接方案對不同編號化學錨栓拉拔力的影響也不同。

4.1.3 編號④化學錨栓的拉拔力出現異常，可能與試件樣品數量不足有關，但從另一個側面也反映該化學錨栓穩定性較好，錨固膠選用合理，焊接對其的影響不大。

4.2 結論

通過以上分析，得出如下結論。

4.2.1 化學錨固膠對焊接后的錨栓拉拔力影響較大。通過變異系數原則已基本排除了人為因素的影響，而非人為因素造成的影響主要是混凝土強度和錨固膠類型。由于所有錨栓均在同一位置進行檢測，也基本排除了混凝土強度的影響。所以，化學錨栓拉拔力主要與各編號錨栓采用的錨固膠類型有很大關系，經查證，4個編號的錨固膠均有差別，無法得出統一的結論，只能從最終的檢測結果來說明焊接對各化學錨栓拉拔力的影響。

4.2.2 通過檢測結果可以得出，除非對某化學錨栓的錨固膠性能非常了解，否則一般建議當采用建筑幕墻典型后埋節點進行錨栓拉拔力計算時，在原材料安全系數的基礎上，建議再增加一定的安全系數，如將廠家提供的化學錨栓拉拔力設計值乘以0.7～0.8的安全系數，作為化學錨栓驗算時的允許設計值。

總之，雖然每個編號的化學錨栓按不同焊接方案分別檢測了12顆，但通過匯總的檢測數據可以看出，檢測樣品的數量還是有些偏少，不足以完全說明問題，故本文的結論僅供參考。

[1] 中華人民共和國建設部. GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標準. 北京：中國建筑工業出版社，1999.

（作者單位：深圳市方大建科集團有限公司）

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