导致后补埋件失效的影响因素简析

王秋婧

浙江亚厦幕墙有限公司 辽宁沈阳 110000

幕墙与主体的锚固分为先锚和后锚两种方法[2]。随着旧建筑改造幕墙的工程越来越多，同时新工程施工时未设置预埋件或者预埋件偏差大等都需要采用后补埋件作为补救措施。由于其失效概率大，比预埋件的破坏形态多并且更为复杂，因此对影响后补埋件连接安全性的因素分析显得更加重要。由于篇幅有限，笔者主要针对机械锚栓的拉力破坏进行理论说明。

1 机械锚栓的破坏机理

机械锚固连接的失效方式有很多种，从锚栓本身破坏来说包含锚栓钢材破坏，即锚栓受拉或者受剪时螺杆因材料的极限抗拉强度不够，导致被拉坏或者剪坏。从混凝土基材方面来说，包含锚栓受拉时混凝土锥体破坏，即混凝土基材受到的锚栓拉力值大于混凝土的抗力承载力产生的破坏；群锚受拉时混凝土受锚栓胀力产生的劈裂破坏，即混凝土孔壁受到锚栓胀力作用产生的径向拉力大于混凝土的抗力承载力产生的破坏[4]；锚栓受剪时形成的混凝土楔形体破坏以及被锚栓沿反向撬坏。尤其针对混凝土锥体破坏及楔形体受剪破坏是最基本的破坏形式，表现为破坏荷载离散型较大，是一种脆性破坏[3]，对安全造成极大的影响。

2 机械锚栓拉力破坏理论分析

机械锚栓的拉力破坏主要从钢材破坏，混凝土锥体破坏及混凝土劈裂破坏三个方面进行分析。针对混凝土锥体破坏及混凝土劈裂破坏主要分析锚栓边距小于1.5倍hef及间距小于3倍hef的情况。锚栓钢材破坏判断方式简单，这里不再详细分析。

混凝土锥体破坏受拉承载力设计值计算原理[1]：

其中：NRd,c为混凝土锥体破坏受拉承载力设计值；k为混凝土基材是否开裂的系数；fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值；hef为有效锚固深度；γRc,N为混凝土锥体破坏受拉承载力分项系数；Ac,N0为单根锚栓受拉且无间距、边距影响时混凝土理想锥体破坏投影面面积，这里取(3hef)2；Ac,N为锚栓受拉时，混凝土实际锥体破坏投影面面积；ψs,N为边距c对受拉承载力的影响系数，ψs,N=0.7+0.3c/(1.5hef)，当计算值大于1时，取1；ψre,N为表层混凝土因密集配筋的剥离作用对受拉承载力的影响系数，ψre,N=0.5+hef/200，当计算值大于1时，取1；ψec,N为荷载偏心对受拉承载力的影响系数。

混凝土劈裂破坏承载力设计值计算原理为[1]：

其中：NRd,sp为混凝土劈裂破坏受拉承载力标准值；ccr,sp为混凝土基材劈裂破坏的临界边距，当为扩底型锚栓时取2hef，当为膨胀锚栓时取3hef；h为混凝土基材厚度，不得小于100mm。γRsp为混凝土劈裂受拉承载力分项系数，对于结构构件取3.0。

3 算例

算例：非开裂混凝土基材为C30，结构梁尺寸为300×700，布置双跨支座，后补埋板及锚栓布置情况如下图1所示，采用5.8级碳素钢膨胀锚栓M12*80，计算锚栓中心距离混凝土的边缘为d（分别取70，85，100，115mm）的混凝土锥体破坏及劈裂破坏。

（1）混凝土的锥体破坏

（2）混凝土的劈裂破坏

图1 埋板及锚栓布置

图2 破坏设计值变化曲线

综上计算结果如表1所示，变化趋势如图2所示。

表1 不同边距下两种破坏形式承载力值

由此可知，标准埋件单边受混凝土边距限制时，劈裂破坏为主要因素，随着边距增加，混凝土锥体破坏设计值的提高比劈裂破坏提高的幅度大。同时增加锚固深度，两种方式的破坏承载力均可增加。当基材为开裂混凝土时，荷载值取非开裂混凝土的0.7倍。

4 结语

实际工程中，大多数后补埋件均不能满足最大边距和最大间距的要求，因此需要设计师充分的考虑锚栓的破坏情况。明确后补埋件是否失效，不仅要从锚栓本身承载力来判断，更需要考虑锚栓距离基材的边距以及锚栓的间距来充分验证埋件的强度。当锚栓边距及间距不能调整时，可以通过增加锚栓的锚固深度来提高埋件的强度，使其满足结构的要求。