汉川锚栓植筋加固问答

        本文回答了以下问题：

         1、锚栓锚固基材有哪几种？

        2、锚栓分为哪几种？

       3、锚栓适用范围有哪些？

         4、锚栓性能要求有哪些规定？

         5、锚栓计算是采用开裂混凝土假定还是采用非开裂混凝土假定？

          6、锚栓锚固深度、直径、间距的最小值为多少？

           7、锚板厚度及边距最小值为多少？

          8、锚栓承载力需要进行哪些计算？

          9、能否直接采用国标13G311-1、14G308中锚栓承载力？

         10、特殊倒锥形化学锚栓与普通化学锚栓抗拉承载力大小有何区别？

         11、群锚总承载力是否等于单个锚栓承载力之和？

         12、锚栓抗剪承载力计算应注意哪些问题？

          13、抗震设计对锚栓有哪些要求？

        14、锚栓对基材位置、长期使用温度及环境有什么要求？

         15、植筋与混凝土边缘距离（边距）c及植筋间距s最小值为多少？

        16、在素混凝土构件及低配筋率构件中植筋是否可行？

         17、植筋深度设计值Ld最小值为多少？

          18、植筋深度不满足时承载力如何计算？

        19、植筋能否考虑抗剪？

         20、光圆钢筋和锚入部位无螺纹的螺杆能否植筋？

        21、在植筋上焊接应注意哪些问题？

         一、锚栓

         1、锚栓锚固基材有哪几种？

        答：锚栓锚固基材有三种：钢筋混凝土、预应力混凝土或素混凝土构件（包括低配筋率构件）。见《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）（简称后锚固规程）第3.1.1条。

         2、锚栓分为哪几种？

         答：锚栓分为机械锚栓和化学锚栓：

        （1）机械锚栓定义及分类（见后锚固规程第3.2.1条、附录A第A.1.1条）：

        1）定义：机械锚栓是指利用锚栓与锚孔之间的摩擦作用或锁键作用形成锚固的锚栓。

        2）按其适用范围可分为两种：

         ①适合于不开裂混凝土的机械锚栓；

         ②同时适合于开裂混凝土和不开裂混凝土的机械锚栓。

         3）按其工作原理可分为两种：

        ①膨胀型锚栓；

         ②扩底型锚栓。

        （2）化学锚栓定义及分类（见后锚固规程第3.3.2条、附录A第A.1.4条）：

       1）定义：化学锚栓是指由金属螺杆和锚固胶组成，通过锚固胶形成锚固作用的的锚栓。

        2）按其适用范围可分为两种：

        ①适合于不开裂混凝土的化学锚栓；

         ②同时适合于开裂混凝土和不开裂混凝土的化学锚栓。

        3）按其受力机理可分为两种：

         ①普通化学锚栓；

         ②特殊倒锥形化学锚栓。

        注：

        a.特殊倒锥形化学锚栓，在安装时通过锚固胶与倒锥形螺杆之间滑移可形成类似于机械锚栓的膨胀力;

        b.“特殊倒锥形化学锚栓”在《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）（简称加固规范）第16.1.3条中称作“特殊倒锥形胶粘型锚栓”，为了表达方便，本文统一称作“特殊倒锥形化学锚栓”。

        3、锚栓适用范围有哪些？

       答：锚栓适用范围：

        （1）适合于结构构件连接的锚栓类型：机械锚栓中的扩底锚栓、化学锚栓中的特殊倒锥形化学锚栓。

        （2）适合于非结构构件连接的锚栓类型：满足砼加固规范及后锚固规程规定的锚栓均适用。

        注：非结构构件指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，主要包括非承重墙体（墙板），附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物架，幕墙、广告牌等。见抗规第13.1.1条及条文说明。

         4、锚栓性能要求有哪些规定？

        答：

        （1）机械锚栓性能要求见后锚固规程第3.2节、《混凝土用机械锚栓》（JGJ/T16--2017）；

       （2）化学锚栓性能要求见后锚固规程第3.3节，对于开裂混凝土、不开裂混凝土有不同的性能要求。

        5、锚栓计算是采用开裂混凝土假定还是采用非开裂混凝土假定？

          答：

        （1）加固规范第16.1.7条规定：“承重结构锚栓连接的设计计算，应采用开裂混凝土的假定。”

         （2）后锚固规程规定：

          1）抗震构件：第8.1.11条规定：“后锚固连接抗震验算时，混凝土的基材应按开裂混凝土计算。”

         2）非抗震构件：

         ①按后锚固规程第4.3.7条，对于素混凝土构件及低配筋率构件，当按后锚固规程第5.1.3条的规定判定为不开裂混凝土时，可按锚栓进行设计，否则就不能采用锚栓；

          ②其他满足最小配筋率的钢筋混凝土、预应力混凝土，当按后锚固规程第5.1.3条的规定判定为不开裂混凝土时，可按不开裂混凝土计算，否则按开裂混凝土计算。

          （3）国标《混凝土后锚固连接》（14G308）第10页第3.12条规定：“后锚固连接设计时，锚栓锚固区的混凝土基材一般均按具有裂缝情况（即开裂混凝土）考虑。仅当满足《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013第5.1.3条的要求时方可按不开裂混凝土基材考虑，但抗震设计的后锚固连接应按开裂混凝土考虑。”

         6、锚栓锚固深度、直径、间距的最小值为多少？

         答：

        （1）机械锚栓：

        1）最小锚固深度hef：

         ①非抗震连接：

          后锚固规程第7.1.4条规定：承重结构锚栓不应小于60

         锚栓受拉承载力设计值取两者较小值，均比国标14G308第51页和13G311-1第199页表中开裂混凝土拉力设计值小。

        （2）抗剪承载力设计值：

        锚栓钢材受剪承载力设计值（无杠杆臂受剪）：按加固规范式（16.2.4-1）得：Va=0.80x290x144=33408N=33.4KN；

        基材混凝土的受剪承载力设计值：当该锚栓位于梁侧面，距离梁底100mm，梁宽250mm，承受从上往下的剪力作用时，发生边缘破坏时基材受剪承载力设计值按加固规范式（16.3.6）、式（16.3.7-1）得：VC=0.18x(1x1x1x1x1x1)x250.5x1001.5x160.3x125.0.2=0.18x1x5x1000x2.3x2.63=5443N=5.4KN。同理可求出锚栓距离梁底150mm、200mm、250mm、300mm时Vc分别等于10KN、15KN、21KN、28KN。

       同理可求得M12x80、M20x170、M24x220特殊倒锥形化学锚栓钢材受剪及基材混凝土受剪承载力设计值，见下表：

         锚栓受剪承载力设计值取两者较小值，均比国标14G308第51页和13G311-1第199页表中开裂混凝土剪力设计值小。

        通过以上计算可知，不能直接采用国标13G311-1第198~200页、14G308 第47~58页中锚栓受拉、受剪承载力设计值，应计算确定锚栓承载力设计值。

         10、特殊倒锥形化学锚栓与普通化学锚栓抗拉承载力大小有何区别？

        答：后锚固规程第6.2.2条、第6.2.4条规定，普通化学锚栓需进行混合破坏（即普通化学螺栓受拉时形成以基材表面混凝土锥体及深部粘结拔出的组合破坏形式，见后锚固规程第A.2.3条）承载力计算，而特殊倒锥形化学锚栓不需进行该计算。例如M16x125普通化学锚栓用在室外环境，作为结构构件承受长期受拉荷载和地震作用，基材为C25，开裂混凝土，无边距影响时，混合破坏受拉承载力设计值按后锚固规程第6.2.2条、第6.2.4条        Nsd,l=0.55x3.14x16x125x1.3x0.32/3=479N=0.479KN。对于M20x170、M24x210、M27x240、M30x270普通化学锚栓，按上述同样方法可求得混合破坏受拉承载力设计值分别为0.814KN、1.207KN、1.552KN、1.940KN，都比较小。因此，对于室外雨篷、连廊等钢结构（特别是悬挑结构）不应采用普通化学螺栓，应采用特殊倒锥形化学锚栓。

对于幕墙中经常采用的M12的普通化学螺栓，hef=110mm，当仅承受风荷载作用下的拉力时，不属于长期承受拉力，混合破坏受拉承载力设计值按后锚固规程第6.2.4条，Nsd,l=3.14x12x110x1.3x0.8/1.8=2394N=2.394KN；当用于幕墙中的钢架结构，长期承受拉力时，混合破坏受拉承载力设计值按后锚固规程第6.2.2条、第6.2.4条，    Nsd,l=0.55x3.14x12x110x1.3x0.32/3=316N=0.316KN，很小。因此，幕墙中的钢架结构长期承受拉力时应采用特殊倒锥形化学锚栓，不应采用普通化学螺栓。

         11、群锚总承载力是否等于单个锚栓承载力之和？

         答：

        （1）当群锚中所有锚栓承载力均由钢材承载力控制时，群锚总承载力等于单个锚栓承载力之和（对于锚栓受剪，同时要求锚板孔径满足加固规范附录F表F.2.1规定值）。

          （2）当群锚中锚栓承载力由基材混凝土承载力控制时：

         1）群锚受拉承载力：从加固规范第16.3.4条、第16.3.5条可以看出，当锚栓间距s不小于3hef时，群锚中各个锚栓单独呈锥形受拉破坏，总受拉承载力等于单个锚栓受拉承载力之和；当锚栓间距s小于3hef时，群锚呈整体锥形受拉破坏，总受拉承载力小于单个锚栓受拉承载力之和。

          2）群锚受剪承载力（假设剪力从上往下作用）：从加固规范第16.3.8条~第16.3.10条看以看出，当锚栓水平间距s2不小于1（c1为平行于剪力方向的边距）时，最下排各个锚栓的下方混凝土单独呈楔形受剪破坏，群锚总受剪承载力等于最下排单个锚栓受剪承载力之和；当锚栓间距s2小于1时，最下排所有锚栓下方混凝土呈整体楔形受剪破坏，群锚总受剪承载力小于最下排单个锚栓受剪承载力之和。

         12、锚栓抗剪承载力计算应注意哪些问题？

        答：按加固规范第16.2节、第16.3节，锚栓抗剪承载力计算分为锚栓钢材抗剪承载力计算和混凝土边缘呈楔形受剪破坏抗剪承载力计算。锚栓钢材受剪承载力设计值的计算见加固规范第16.2.4条，混凝土边缘呈楔形受剪破坏承载力设计值计算见加固规范第16.3.6条。至于锚栓剪力作用值如何考虑，加固规范正文中未具体涉及，仅加固规范第18.1.8条规定：“锚栓受力分析应符合本规范附录F的规定。”规范附录F规定如下：

          （1）图F.2.1-1、图F.2.1-2中最下排锚栓至基材下边缘的边距分别为c>=10hef和c<10hef。例如，抗震连接时，砼加固规范第16.4.3条规定hef最小值为：锚栓直径12时为100mm，锚栓直径16时为125mm，锚栓直径20时为170mm，锚栓直径24时为200mm；10hef最小值为：锚栓直径12时为1000mm，锚栓直径16时为1250mm，锚栓直径20时为1700mm，锚栓直径24时为2000mm。很明显，当基材为梁时，必然为c<10hef，此时只能考虑部分锚栓承受剪力。

         这里的规定包括锚栓钢材抗剪承载力计算和混凝土边缘呈楔形受剪破坏抗剪承载力计算两种情况，但后锚固规程规定，在c<10hef时锚栓钢材抗剪承载力计算仍能考虑全部锚栓均承受剪力（见后锚固规程第5.3.1.1条），只是在混凝土边缘呈楔形受剪破坏抗剪承载力计算时才按部分锚栓承受剪力进行设计（见后锚固规程第5.3.1.2条）。笔者认为，后锚固规程的规定是正确的，因为当c<10hef时如果不发生混凝土边缘呈楔形受剪破坏，则锚栓受力与c>=10hef时情况完全一样。

        第F.2.1条第2款图F.2.1-2a中为两排锚栓，此时仅考虑最下面一排锚栓承受剪力，那么当锚栓排数为三排时，是不是也只考虑最下面一排锚栓承受剪力呢？从国标14G308第42页示例六（三排锚栓）可以看出，边缘受剪承载力计算时也只考虑最下面一排锚栓受剪。

        当c<10hef时只考虑最下面一排锚栓承受剪力是偏于安全的，事实上其他锚栓也承受剪力，只是各个锚栓承受的剪力不均匀而已。后锚固规范第5.3.1条条文说明指出：“发生混凝土边缘破坏，各锚栓受力很不均匀，因混凝土脆性而产生各个击破现象，参照《欧洲技术指南---混凝土用金属锚栓》（ETAG）规定，计算上仅考虑部分锚栓受力。”

        （2）当锚板所有孔径大于表F.2.1规定时，无论锚栓数量多少，都只能考虑2根锚栓承受剪力，因为锚板承受剪力后同时挤压3根及以上锚栓的可能性很小。当锚板部分孔径大于表F.2.1规定时，只能考虑孔径满足表F.2.1的锚栓且不少于2根承受剪力。

         （3）第F.2.1条第3款的方法是为了提高混凝土边缘破坏的承载力。当最下排锚栓距离基材边缘较小，锚栓承载力由混凝土边缘破坏控制时（如基材为梁时），这样做非常必要，因为以上排锚栓为顶点的呈楔形受剪破坏的承载力大于以最下排锚栓为顶点的呈楔形受剪破坏的承载力。

          13、抗震设计对锚栓有哪些要求？

          答：

         （1）锚栓螺杆应满足抗规第3.9.2.2.2条规定：抗拉强度实测值与屈服强度实现值的比值不应小于1.25;钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在更大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%（见后锚固规程第8.1.7条）；（本条同样适合于植筋）

         （2）锚栓宜布置在构件的受压区或不开裂区（见后锚固规程第8.1.8条）；

         （3）后锚固连接不应位于基材混凝土结构塑性铰区（见后锚固规程第8.1.9条）；（本条同样适合于植筋）

        （4）后锚固连接破坏宜控制为锚栓钢材受拉延性破坏或连接构件延性破坏（见后锚固规程第8.1.10条）；（本条同样适合于植筋）

        （5）后锚固连接抗震验算时，混凝土基材应按开裂混凝土计算（见后锚固规程第8.1.11条）。（本条同样适合于植筋）

         14、锚栓对基材位置、长期使用温度及环境有什么要求？（本条同样适合于植筋）

         答：

        （1）后锚固连接不应位于基材混凝土结构塑性铰区（见后锚固规程第8.1.9条）；

        （2）锚固区基材的长期使用温度不应高于50oC（见后锚固规程第3.3.10条、第3.4.6条）；（加固规范第15.1.6条规定为60oC）

        （3）处于特殊环境（如高温、高湿、介质腐蚀等）的混凝土结构采用后锚固连接时，除应按现行有关标准的规定采取相应的防护措施外，尚应采用耐环境因素作用的锚固胶，并按专门的工艺要求设计（见后锚固规程第3.3.10条、第3.4.6条及加固规范第15.1.6条）。

         二 、植筋

          15、植筋与混凝土边缘距离（边距）c及植筋间距s最小值为多少？

         答：

        （1）边距c：

         1）后锚固规程第7.2.3条规定：植筋与混凝土边缘距离c不宜小于5d（d为钢筋直径），且不宜小于l00mm。当植筋与混凝土边缘之间有垂直于植筋方向的横向钢筋，且横向钢筋配筋量不小于8＠100 或其等量截面积，植筋锚固深度范围内横向钢筋不少于2根时，植筋与边缘的最小距离可适当减少，但不应小于50mm；

        2）加固规范表15.2.4、后锚固规范表6.3.3规定：c>=2.5d。

         （2）间距s：后锚固规程第7.2.3条、加固规范表15.2.4、后锚固规范表6.3.3规定：植筋间距s>=5d。

        16、在素混凝土构件及低配筋率构件中植筋是否可行？

        答：加固规范第15.1.1条规定，该规范第15章“不适用于素

        18、植筋深度不满足时承载力如何计算？

        答：后锚固规程第6.3.5条规定：植筋锚固深度不满足时，可按化学锚栓的有关规定进行设计。

       19、植筋能否考虑抗剪？

       答：后锚固规程第4.2.2条规定：植筋宜仅承受轴向力，应按照充分利用钢筋强度设计值的计算模式进行设计。但该条条文说明指出：“考虑植筋承受剪力时，应按锚栓进行设计，并应满足锚栓的相应构造要求。”

        20、光圆钢筋和锚入部位无螺纹的螺杆能否植筋？

        答：用于植筋的钢筋应使用热轧带肋钢筋或全螺纹螺杆，不得使用光圆钢筋和锚固部位无螺纹的螺杆。见后锚固规程第3.4.1条、加固规范第15.1.1条。

        21、在植筋上焊接应注意哪些问题？

        答：国标14G308第16页第5.17条规定：

       （1）宜采用机械连接接头，也可采用焊接接头。

        （2）如采用焊接接头，应符合下列规定：

         1）焊接宜在注胶前进行，确需注胶后焊接时，应进行同条件焊接后现场破坏性检验；

         2）焊接施工时，应断续施焊，施焊部位距离注胶孔顶面的距离不应小于20d（d为植筋钢筋的公称直径），且不应小于200mm，同时应用水浸渍多层湿巾包裹植筋外露部分，钢筋根部的温度不应超过胶粘剂产品说明书规定的短期更高温度（加固规范第15.3.6条规定：施焊部位距离注胶孔顶面的距离不应小于15d，同时应用冰水浸渍多层湿巾包裹植筋外露部分）；

        3）焊接时，不应将焊接的接地线连接到植筋的根部。