膨脹螺栓受力影響因素分析研究

周斌

中國核工業第五建設有限公司 上海 201512

膨脹螺栓承載力一方面跟施工全過程的工藝質量有關系，另外一方面，膨脹螺栓鉆孔深度、混凝土強度等級、混凝土厚度、膨脹螺栓偏心、膨脹螺栓距離混凝土邊緣的邊距、膨脹螺栓之間的間距也影響膨脹螺栓能承受的承載力。本文主要探討下邊距、間距的選擇對膨脹螺栓承載力的影響。

1 概述

膨脹螺栓是將管路支、吊、托架或設備固定在墻上、樓板上、柱上所用的一種特殊螺紋連接件；膨脹螺栓根據類別分，有化學螺栓、自切底螺栓、敲擊式螺栓、重型螺栓等；其中本文中探討的工藝管道使用的是慧魚廠家的重型螺栓即FH ⅡB型后膨脹套筒螺栓。

2 膨脹螺栓受力分析模型

這里，以某電力工程中系統H500203S-J3052-24/B圖紙中TSM504-010吊架為分析模型，闡述步驟2.2.2劃線定位工序中2個參數（邊距、間距）對膨脹螺栓受力荷載的影響。

TSM504-010吊架根部為HW300的型鋼，根部埋件需要承受垂直向下的Z向荷載為32.2485KN；該吊架的相關參數為：型號HW300，錨固鋼板400×400×20mm，膨脹螺栓型號FH Ⅱ15/25B。

膨脹螺栓的相關參數為：螺桿直徑M10，鉆孔直徑d0=15mm，鉆孔深度h2=115mm，鉆孔方法為錘鉆成孔，鉆孔清理為吹孔，安裝方式為穿透式安裝，套筒尺寸df=17mm，錨板厚度t=20mm。

先擬定偏心距為0mm、邊距為540mm、間距為220mm等參數，為排除混凝土厚度對其他參數的影響，將混凝土厚度選取足夠大，設定為1200mm；使用慧魚廠家FIXPERIENCE軟件，建立基礎模型如下：

抗抵抗剪力驗算后，計算結果如下：

（1）破壞形式為無懸臂的鋼材破壞的，其荷載為8.06KN、承載力為13.67KN、利用率為59%；

（2）破壞形式為混凝土剪撬破壞的，其荷載為8.06KN、承載力為26.45KN、利用率為30.5%；

（3）破壞形式為混凝土邊緣破壞的，其荷載為32.25KN、承載力為65.98KN、利用率為48.9%。

通過以上數據對照可知，根據擬定的偏心、邊距、間距參數，抗無懸臂的鋼材破壞荷載利用率為59.0%，抗混凝土剪撬破壞荷載利用率為30.5%，抗混凝土邊緣破壞荷載利用率為48.9%，膨脹螺栓承受載荷情況良好，滿足要求。

3 膨脹螺栓受力影響因素分析

3.1 邊距因素分析

按照原始模型，保證偏心距為0mm、間距為220mm參數不變，調整邊距為500mm，重新建立基礎模型。抗抵抗剪力驗算后，計算結果如下：

（1）破壞形式為無懸臂的鋼材破壞的，其荷載為8.06KN、承載力為13.67KN、利用率為59%；

（2）破壞形式為混凝土剪撬破壞的，其荷載為8.06KN、承載力為26.45KN、利用率為30.5%；

（3）破壞形式為混凝土邊緣破壞的，其荷載為32.25KN、承載力為60KN、利用率為53.7%。

從以上數據可以看出，在邊距減少40mm后，序號（1）、序號（2）兩個參數未發生變化，只有混凝土邊緣抵抗破壞的承載力從以前的65.98KN降低到60.00KN；混凝土邊緣抵抗破壞能力的利用率也從48.9%上升到了53.7%。

繼續保證偏心距為0mm、間距為220mm參數不變，調整邊距為460mm，如下：

抗抵抗剪力驗算后，計算結果如下：

（1）破壞形式為無懸臂的鋼材破壞的，其荷載為8.06KN、承載力為13.67KN、利用率為59%；

（2）破壞形式為混凝土剪撬破壞的，其荷載為8.06KN、承載力為26.45KN、利用率為30.5%；

（3）破壞形式為混凝土邊緣破壞的，其荷載為32.25KN、承載力為54.2KN、利用率為59.5%。

從以上數據可以看出，在邊距繼續減少40mm后，序號1、序號2兩個參數未發生變化，只有混凝土邊緣抵抗破壞的承載力從以前的60.00KN降低到54.2KN；混凝土邊緣抵抗破壞能力的利用率也從53.7%上升到了59.5%。

再將邊距每次減少40mm后，得到每次的混凝土邊緣抵抗破壞的承載力、凝土邊緣抵抗破壞能力的利用率如下：

?

在邊距逐漸減小時，混凝土邊緣破壞承載力一直在下降；當達到295mm，即≈20d0(d0=15mm，即開孔直徑)時，混凝土邊緣破壞承載力基本接近吊架荷載32.25KN，混凝土邊緣破壞利用率也基本達到100%。

3.2 間距因素分析

參照3.1中方式，保證邊距參數，逐步調整間距，間距每次減少20mm，得到每次的混凝土邊緣破壞的承載力、混凝土剪撬破壞承載力、及兩者的利用率如下：

?

從上表可以看出，當間距減少時，混凝土邊緣破壞的承載力逐步下降；而當間距縮小時，混凝土剪撬破壞承載力也逐步下降，且當間距縮小到200mm，即≈13d0(d0=15mm，即開孔直徑)時，4個膨脹螺栓的剪撬破壞從以前單個螺栓的破壞形式，變成為4個膨脹螺栓所覆蓋位置的整塊破壞。另外，間距達到70mm時，膨脹螺栓的最小允許間距。

4 結論

經過設定參數，使用慧魚FIXPERIENCE軟件建立模型，采集輸出數據，進行分析，得出以下初步結論；

當膨脹螺栓距離混凝土邊緣的邊距減小時，只有混凝土邊緣破壞承載力一直在下降；當邊距達到≈20d0(即開孔直徑)時，混凝土邊緣破壞利用率也達到100%。

當膨脹螺栓之間的間距減少時，混凝土邊緣破壞的承載力、混凝土剪撬破壞承載力都會逐步下降；且當間距縮小到200mm，即≈13d0(d0=15mm，即開孔直徑)時，4個膨脹螺栓的剪撬破壞從以前單個螺栓的破壞形式，變成為4個膨脹螺栓所覆蓋位置的整塊破壞。

本文中采集的數據量還不足，對膨脹螺栓的受力影響因素分析還較片面，還需要增加更多組數據進行分析，才能有細致、全面的結論。