既有砌体结构锚栓锚固性能试验研究★

王 钧 周 鑫

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

既有砌体结构锚栓锚固性能试验研究★

王 钧 周 鑫

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

选用三种常用规格的套管加强型膨胀锚栓，利用锚杆拉拔仪，测试其在既有实心粘土砖砌体中的锚固性能，为既有砖砌体结构应用后锚固技术进行节能改造奠定理论与实践基础。

既有建筑，砌体结构，实心粘土砖，膨胀锚栓，锚固性能

国家已经制定了节能减排的方针政策，将既有建筑的节能改造列为节能减排的重点。围护结构的热工性能是影响既有建筑能耗的关键因素[1]。由于传统的外墙外保温技术施工程序繁杂，故新型外墙外保温技术应运而生。装配式复合外墙外保温施工技术以先进的施工工艺，简化了施工程序，节能效果显著，已应用于既有建筑节能改造工程中[2]。膨胀锚栓作为装配式复合外墙外保温体系的后锚固构件，是结构和构造的重要保证，因此，有必要对其在既有砖砌体结构中的力学性能进行探究与分析。国内秦士洪、黄榜彪、陈古平等人已经对膨胀锚栓在多孔砖、轻质烧结页岩砖、蒸压粉煤灰砖中的锚固性能进行了试验研究[3-5]。然而，膨胀锚栓锚固于实心粘土砖中的力学性能尚未见系统报道。目前，大量具有节能改造价值的既有砌体建筑的墙体仍为实心粘土砖。本文重点研究既有粘土砖砌体结构中膨胀锚栓的锚固性能，为既有砌体结构应用后锚固技术进行节能改造奠定理论与实践基础。

1 试验概述

1.1 锚固基体

锚固基体为即将进行节能改造的3栋住宅楼墙体，竣工时间为1987年。考虑到试验楼体各层间砌体所承受的压应力不同，确保锚栓规格及锚固界面两参数相同，在样本空间内共选取6处压应力不同的锚固试验点进行测试。经综合考虑，试验最终确定在每栋样本楼体的一层、三层外墙体进行检测试验。

结构墙体块材为实心粘土砖，设计强度等级MU10。砂浆品种为混合砂浆，设计强度等级M10。

1.2 锚栓

试验选用M8，M10，M12三种常用规格的套管加强型膨胀锚栓(TGQ型)。对锚栓实际几何尺寸进行测量，结果如表1所示。

表1 锚栓尺寸实测值 mm

1.3 试验要求

依据文献[6]，锚固抗拔承载力现场非破坏性检验，采用随机抽样办法取样，数量不少于3枚。由于锚栓在砖墙中锚固时存在随机性，因此，需考虑块体及砂浆灰缝两种锚固界面对锚栓锚固性能的影响。试验中，每一层间墙体安装三种不同规格的锚栓，数量均为6枚，并确保6枚锚栓中有3枚锚固于砂浆灰缝中，另外3枚锚固于块材中。

1.4 测试仪器

测试仪器选用SW-100型锚杆拉拔仪，测量范围0 kN～100 kN，适合M6～M18锚栓的现场检测。

1.5 拉拔试验

JGJ 145-2004混凝土结构后锚固技术规程[6]中指出，锚栓锚固承载力的现场检测分为非破坏性检测与破坏性检测，考虑到试验楼体为既有居住建筑，节能改造后仍继续使用，应坚持以人为本的原则，因此，试验仅对锚栓锚固性能进行非破坏性检测。由于膨胀锚栓在砌体结构中锚固性能检测尚未有相应明确的规范标准，因此，无法确定非破坏性检测荷载。

基于上述分析，为了探究锚栓的锚固性能，探索性地采用非破坏性检测极限锚固力作为砌体结构中锚栓锚固性能的衡量标准。非破坏性检测极限锚固力是指埋置于墙体中的锚栓在受力过程中即将产生松动时的临界拉拔力。试验中非破坏性检测极限锚固力判别标准为利用锚杆拉拔仪对膨胀锚栓施加拉力，智能数字压力表的示数将逐渐增大，直到示数首次出现不再上升或突然下降时刻，峰值即为非破坏性检测极限锚固力。

2 内力计算与试验结果

2.1 试验墙体压应力计算

将3栋样本楼体编号为1号～3号，其中，1号，3号样本楼体总层数5层，2号样本楼体总层数7层，1号～3号楼体均为横墙承重体系，顶层层高3 m，其余各层层高2.8 m，1号，2号楼体锚固试验墙体为承重墙，3号楼体锚固试验墙体为自承重墙。

依据GB 50003-2011砌体结构设计规范[7]，以1号样本楼体为例计算锚固基体所承受的压应力。平面示意图如图1所示，轴～轴线间阴影部分墙体为锚固试验基体，取1 m宽墙体为计算单元，荷载统计情况见表2。

表2 试验楼体荷载统计

其余各层墙体压应力计算结果如表3所示。其余各样本楼体层间压应力计算结果如表4所示。

2.2 试验结果

表3 1号楼各层间墙体压应力 MPa

表4 各样本楼体层间压应力 MPa

试验数据及统计结果见表5，表6，具有95%保证率的极限锚固力标准值计算公式为[3]：

(1)

表5 锚固于粘土砖中极限锚固力试验值 kN

3 数据分析

3.1 压应力的变化对极限锚固力的影响

分别将锚固于粘土砖中及水平灰缝中M12，M10，M8锚栓的极限锚固力标准值结合作用于砌体结构中压应力值的变化进行分析，绘制二维折线图。

由图2可知，对于M12，M10锚栓的极限锚固力随着作用于砌体结构中压应力的增加呈增大趋势，但变化不显著。而对于M8规格锚栓，砌体结构中压应力变化对极限锚固力基本没有影响。

表6 锚固于水平灰缝中极限锚固力试验值 kN

图3表明，M12，M10规格锚栓锚固于水平灰缝中的极限锚固力变化规律与锚栓锚固于粘土砖中相似。而对于M8规格锚栓，由于直径较小，导致锚固于砂浆中紧固性较差，极限锚固力值不稳定，未体现出较规律的变化趋势。

3.2 锚栓规格对极限锚固力的影响

将不同规格锚栓的极限锚固力试验数据置于表7中并观察分析。当作用于砖砌体上的压应力与锚固界面相同时，随着膨胀锚栓规格的增大，实测极限锚固力值随之增大，且变化显著。M10规格锚栓极限锚固力值约为M8规格锚栓的2倍～3倍，M12规格锚栓极限锚固力值较M10规格锚栓增大15%～25%。

3.3 锚固界面不同对锚栓极限锚固力的影响

选取锚栓锚固于不同界面中的试验数据，如表8所示。由表中数据可知，当作用于砖砌体结构中的压应力相同时，对于规格M12，M10，M8的膨胀锚栓锚固于粘土砖中的极限锚固力值较锚固于灰缝中的极限锚固力值大，增大幅度在60%～80%之间。

表7 不同规格锚栓的极限锚固力值

3.4 安全储备

由于M8规格膨胀锚栓直径较小，导致极限锚固力偏低，且稳定性较差，因此，建议可偏于安全地选择M10，M12规格膨胀锚栓作为装配式复合外墙外保温体系的后锚固构件，对其承载力进行安全性验算。

表8 不同锚固界面中锚栓的极限锚固力值

取K1，K2较小值，则安全系数K=4.1。装配式复合外墙外保温施工工艺的安全系数K≥2，安全储备满足要求[8]。

4 结语

1)探索性地提出非破坏性检测极限锚固力，并将其作为砌体结构中锚栓锚固性能的衡量标准。M12，M10规格膨胀锚栓的非破坏性检测极限锚固力随着作用在砖砌体结构中压应力的增大而略显增大。

2)膨胀锚栓规格增大，非破坏性检测极限锚固力随之增大；膨胀锚栓锚固于粘土砖中的非破坏性检测极限锚固力值远高于锚固于灰缝中的极限锚固力值。

3)建议在既有建筑节能改造中优先选用规格不小于M10的膨胀锚栓。M10规格膨胀锚栓应用于装配式复合外墙外保温体系中的安全储备满足要求。

[1] 白雪莲，吴利均，苏芬仙.既有建筑节能改造技术与实践[J].建筑节能,2009,1(1):8-12.

[2] 王 钧，王 宇.装配式复合外墙外保温施工技术与承载力计算[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2013,29(3):419-425.

[3] 秦士洪，胡 珏，骆万康.膨胀锚栓在多孔砖砌体中的锚固性能[J].建筑技术,2005,36(11):847-848.

[4] 陈古平，曹桓铭.膨胀锚栓在蒸压粉煤灰砖砌体中的抗拔承载力试验研究[A].新型砌体结构体系与墙体材料(上册)——工程应用[C].2010.

[5] 黄榜彪，景嘉骅.轻质烧结页岩砖砌体锚栓锚固试验[J].建筑技术,2012,43(9):817-819.

[6] JGJ 145-2004，混凝土结构后锚固技术规程[S].

[7] GB 50003-2011，砌体结构设计规范[S].

[8] JGJ 144-2004，外墙外保温工程技术规程[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★：哈尔滨市科技局科技创新人才专项资金项目(项目编号：2012RFXXS112)；黑龙江省科技攻关计划项目(项目编号：GZ11A506)

王 钧(1967- )，女，博士生导师，教授； 周 鑫(1989- )，男，在读硕士

TU362

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