焊接对化学锚栓拉拔力的影响分析

曾晓武

焊接对化学锚栓拉拔力的影响分析

曾晓武

本文通过对几种常用的化学锚栓按不同方案进行现场拉拔试验后得出的数据进行整理、计算，得出受检样品拉拔力设计值，与原设计值比较后，来分析焊接对化学锚栓拉拔力的影响。

化学锚栓；焊接；拉拔力分析

化学锚栓在建筑幕墙行业主要用于后埋件固定，预埋件偏位加固等方面，使用非常普遍，对幕墙整体的安全性起着至关重要的作用。但是，在使用过程中，通常只是知道焊接对化学锚栓拉拔力有一定的影响，但影响究竟如何，缺乏一些定量和定性的分析。

为检验焊接对化学锚栓拉拔力的影响，选择了4个常用的化学锚栓品牌，采用建筑幕墙典型的后埋件施工工艺进行安装后，对各化学锚栓进行拉拔检测，通过对拉拔数据进行比较分析，得出参考结论。

1.检测方法

为与建筑幕墙工程后埋件施工的实际情况相符，采用了建筑幕墙工程典型的后埋板连接固定节点，具体见图1。

1.1 检测准备

检测地点：深圳某工程同一处钢筋混凝土结构梁，混凝土标号为C40；

检测地点温度：摄氏24度；

操作人员：全程由同一位安装工人安装，检测人员也为同一批人员；

化学锚栓规格和埋深：M12×160mm，埋置深度110mm（检测前两天安装完成）；

后埋板：300 mm×220mm×8mm厚钢板；

钢垫片：40mm×4mm厚钢板；

连接件：采用140mm×100mm×6mm厚钢板代替；

焊接方案：分为焊接方案A和B；

焊接方案A：安装好后埋板后仅焊接4个钢垫片称为焊接方案A（以下简称方案A），详见图2；

焊接方案B：安装好后埋板后先焊接4个钢垫片，间隔1小时后再焊接连接件称为焊接方案B（以下简称方案B）。在实际幕墙后埋件施工过程中，标准做法都是先焊接钢垫片，待完成测量放线后再焊接连接件定位，所以，间隔1小时的目的是使后埋板充分冷却，避免连续施焊对化学锚栓拉拔力产生不利影响，也与实际施工工序相符。详见图3；

每个品牌化学锚栓受检拉拔数量：方案A和方案B均为4×3组共12颗。

拉拔检测工具：ENERPAC RCH-202

检测时间：2012年9月29日

1.2 检测步骤

检测的具体步骤如下：

1.2.1 对4个化学锚栓品牌进行编号后安装化学锚栓。

1.2.2 采用每4颗化学锚栓为1组安装固定1块后埋板，每个品牌的化学锚栓准备6组。

1.2.3 按建筑幕墙典型的后埋板连接固定节点进行焊接固定。所有后埋板的固定方式分别采用两种焊接方案，方案A仅焊接4个钢垫片进行局部调节。方案B为先焊接钢垫片后，采用140×100×6mm厚钢板来代替幕墙连接件焊接到后埋板上。方案A和方案B各检测3组，每组4颗，共12颗化学锚栓。

图2 方案A

图3 方案B

1.2.4 松开后埋板上的4颗螺母，取出后埋板，清理锚栓附近杂物。

1.2.5 对各化学锚栓进行拉拔试验，至失效破坏后，记录两种方案下锚栓失效时的数据。

1.2.6 对所得检测数据进行整理，删除可能由于人为因素产生的误差后，进行统计分析，得出检测样品拉拔力的标准值，除以安全分项系数后即为检测批的化学锚栓拉拔力的设计值。

1.2.7 将检测样品拉拔力设计值与厂家提供的设计值进行比较，分析焊接对化学锚栓拉拔力产生的影响。

2.原始数据筛选及计算方法

2.1 原始数据

将编号①到④的4种化学锚栓分别按方案A和方案B焊接后，进行化学锚栓拉拔失效破坏试验，同时，按照化学锚栓失效时的三种破坏形式进行分类，即混凝土破坏、拔出破坏、锚栓拉断破坏。

各编号的化学锚栓失效破坏时的拉拔力检测结果如下：

2.1.1 编号①化学锚栓拉拔检测数据

表1 方案A检测结果

表2 方案B检测结果

组号序号破坏力（KN）备 注1 53.9混凝土破坏2 58.8锚栓拉断3 50.9拔出破坏4 50.9拔出破坏第三组

2.1.2 编号②化学锚栓拉拔检测数据

表3 方案A检测结果

表4 方案B检测结果

2.1.3 编号③化学锚栓拉拔检测数据

表5 方案A检测结果

表6 方案B检测结果

2.1.4 编号④化学锚栓拉拔检测数据

表7 方案A检测结果

表8 方案B检测结果

2.2 数据筛选原则

化学锚栓拉拔力检测主要与两个方面的因素有关：一是人为因素，如安装工人操作水平、正确的施工方法、锚固胶固化时间等；二是非人为因素，如混凝土强度、锚固胶类型等。其中，锚固胶是非常重要的环节，以前，锚固胶主要分为环氧树脂类和丙烯酸类。环氧树脂类主要的缺点是耐高温性能差，而丙烯酸类耐高温性能较好，但是，近年来，随着市场的需要，不少厂家都改良了药剂配方，耐高温性能总体来说均有较大的提高。

从上述表1至表8中可以看出，有些编号的化学锚栓拉拔力相对比较稳定，有些则离散程度很大，甚至直接拔出。所以，为真实说明焊接对化学锚栓拉拔力的影响，需将人为因素排除。

如何将人为因素排除，本文主要参照《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292 “附录C 已有结构构件材料强度标准值的确定”中的相关要求来决定删除哪些数据，即以受检样品的变异系数来确定，变异系数为试件样品数标准差与平均数的比值，不仅受检测样品离散程度的影响，而且还受其平均水平大小的影响。

对于离散性较大的材料，当受检样品的变异系数大于0.2时，检测结果不宜采用，应先检查导致离散性较大的原因。通过检测结果发现，化学锚栓拉拔力的离散性较大，故将变异系数不大于0.2作为筛选原则。另外，由于拉拔试验的失效概率较大，将受检样品的置信水平C取为0.6。

2.3 受检样品标准值和设计值确定

2.3.1 标准值

按变异系数不大于0.2对所有检测数据进行筛选删除后，按下式计算各编号化学锚栓拉拔力的标准值fk。

式中：fm—筛选后的受检样品化学锚栓拉拔力算术平均值；

s—筛选后的受检样品化学锚栓拉拔力标准差；

k—与置信水平C=0.6和受检样品数量有关的材料强度计算系数，按表9确定。

表9 计算系数k值

2.3.2 设计值

受检样品设计值f按下式进行计算。

式中：fk—筛选后的受检样品化学锚栓拉拔力标准值；

γ —化学锚栓拉拔力安全分项系数。按《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145表4.2.6中的相关规定取为2.15。

3.各编号化学锚栓拉拔力计算和汇总

按变异系数对所有检测数据进行筛选后，按公式计算化学锚栓拉拔力设计值，具体步骤如下。

3.1 化学锚栓拉拔力计算步骤

3.1.1 按变异系数不大于0.2的原则，对不同方案检测的数据进行筛选，从所有检测数据中的最小值开始删除，直到变异系数控制在0.2，一旦变异系数不大于0.2，则将剩余的检测数据作为该受检样品拉拔力标准值的计算依据。

变异系数 = 标准差/算术平均值

以表四编号②按方案B焊接的原始拉拔检测数据为例，对拉拔数据进行筛选，直至变异系数不大于0.2为止，最终剩余7个检测数据作为计算依据,具体过程见表10。

表10 检测数据筛选过程

3.1.2 根据筛选后样品的数量，查表9得出计算系数k值，计算出算术平均值、标准差。

3.1.3 按式2.3.1计算化学锚栓拉拔力标准值。

3.1.4 按式2.3.2计算化学锚栓拉拔力设计值。

3.1.5 将化学锚栓各厂家提供的设计值与实际检测的设计值进行比较，得出化学锚栓经方案A和方案B焊接后，拉拔力降低的百分比。

3.2 化学锚栓拉拔力汇总

按以上步骤计算后，可得受检化学锚栓参数汇总表，详见表11。

表11 受检化学锚栓参数汇总

4.分析及结论

4.1 检测数据及设计值的对比分析

采用变异系数不大于0.2的原则，基本排除了人为因素对化学锚栓拉拔力造成的影响，将人为造成的偶然因素删除，以保证检测值的相对准确性，通过对表11汇总表进行分析可以看出：

4.1.1 一些化学锚栓拉拔值的离散程度较大，按筛选后的样品数量减少较多。如编号②，方案A可用样品数量为10个，方案B的可用样品数量只有7个，删除了5个，且受检样品拉拔值的标准差也是4个编号锚栓中最大的。经分析，施工方法、安装工具等对化学锚栓拉拔力的影响较大，化学锚栓生产厂家最好以工地安装工人常用的施工方法、安装工具来设计产品，以保证拉拔受力时的可靠性和稳定性。

4.1.2 除编号④化学锚栓外，化学锚栓按建筑幕墙典型做法焊接后，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降低的相对要小些，即仅焊接钢垫片比焊接钢垫片和连接件对拉拔力影响小些，同时，相同的焊接方案对不同编号化学锚栓拉拔力的影响也不同。

4.1.3 编号④化学锚栓的拉拔力出现异常，可能与试件样品数量不足有关，但从另一个侧面也反映该化学锚栓稳定性较好，锚固胶选用合理，焊接对其的影响不大。

4.2 结论

通过以上分析，得出如下结论。

4.2.1 化学锚固胶对焊接后的锚栓拉拔力影响较大。通过变异系数原则已基本排除了人为因素的影响，而非人为因素造成的影响主要是混凝土强度和锚固胶类型。由于所有锚栓均在同一位置进行检测，也基本排除了混凝土强度的影响。所以，化学锚栓拉拔力主要与各编号锚栓采用的锚固胶类型有很大关系，经查证，4个编号的锚固胶均有差别，无法得出统一的结论，只能从最终的检测结果来说明焊接对各化学锚栓拉拔力的影响。

4.2.2 通过检测结果可以得出，除非对某化学锚栓的锚固胶性能非常了解，否则一般建议当采用建筑幕墙典型后埋节点进行锚栓拉拔力计算时，在原材料安全系数的基础上，建议再增加一定的安全系数，如将厂家提供的化学锚栓拉拔力设计值乘以0.7～0.8的安全系数，作为化学锚栓验算时的允许设计值。

总之，虽然每个编号的化学锚栓按不同焊接方案分别检测了12颗，但通过汇总的检测数据可以看出，检测样品的数量还是有些偏少，不足以完全说明问题，故本文的结论仅供参考。

[1] 中华人民共和国建设部. GB 50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准. 北京：中国建筑工业出版社，1999.

（作者单位：深圳市方大建科集团有限公司）

TG441

A

1671-3362（2015）05-0070-04