焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力的影響分析

曾曉武

焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力的影響分析

曾曉武

本文通過對(duì)幾種常用的化學(xué)錨栓按不同方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)后得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算，得出受檢樣品拉拔力設(shè)計(jì)值，與原設(shè)計(jì)值比較后，來分析焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力的影響。

化學(xué)錨栓；焊接；拉拔力分析

化學(xué)錨栓在建筑幕墻行業(yè)主要用于后埋件固定，預(yù)埋件偏位加固等方面，使用非常普遍，對(duì)幕墻整體的安全性起著至關(guān)重要的作用。但是，在使用過程中，通常只是知道焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力有一定的影響，但影響究竟如何，缺乏一些定量和定性的分析。

為檢驗(yàn)焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力的影響，選擇了4個(gè)常用的化學(xué)錨栓品牌，采用建筑幕墻典型的后埋件施工工藝進(jìn)行安裝后，對(duì)各化學(xué)錨栓進(jìn)行拉拔檢測(cè)，通過對(duì)拉拔數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出參考結(jié)論。

1.檢測(cè)方法

為與建筑幕墻工程后埋件施工的實(shí)際情況相符，采用了建筑幕墻工程典型的后埋板連接固定節(jié)點(diǎn)，具體見圖1。

1.1 檢測(cè)準(zhǔn)備

檢測(cè)地點(diǎn)：深圳某工程同一處鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁，混凝土標(biāo)號(hào)為C40；

檢測(cè)地點(diǎn)溫度：攝氏24度；

操作人員：全程由同一位安裝工人安裝，檢測(cè)人員也為同一批人員；

化學(xué)錨栓規(guī)格和埋深：M12×160mm，埋置深度110mm（檢測(cè)前兩天安裝完成）；

后埋板：300 mm×220mm×8mm厚鋼板；

鋼墊片：40mm×4mm厚鋼板；

連接件：采用140mm×100mm×6mm厚鋼板代替；

焊接方案：分為焊接方案A和B；

焊接方案A：安裝好后埋板后僅焊接4個(gè)鋼墊片稱為焊接方案A（以下簡稱方案A），詳見圖2；

焊接方案B：安裝好后埋板后先焊接4個(gè)鋼墊片，間隔1小時(shí)后再焊接連接件稱為焊接方案B（以下簡稱方案B）。在實(shí)際幕墻后埋件施工過程中，標(biāo)準(zhǔn)做法都是先焊接鋼墊片，待完成測(cè)量放線后再焊接連接件定位，所以，間隔1小時(shí)的目的是使后埋板充分冷卻，避免連續(xù)施焊對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力產(chǎn)生不利影響，也與實(shí)際施工工序相符。詳見圖3；

每個(gè)品牌化學(xué)錨栓受檢拉拔數(shù)量：方案A和方案B均為4×3組共12顆。

拉拔檢測(cè)工具：ENERPAC RCH-202

檢測(cè)時(shí)間：2012年9月29日

1.2 檢測(cè)步驟

檢測(cè)的具體步驟如下：

1.2.1 對(duì)4個(gè)化學(xué)錨栓品牌進(jìn)行編號(hào)后安裝化學(xué)錨栓。

1.2.2 采用每4顆化學(xué)錨栓為1組安裝固定1塊后埋板，每個(gè)品牌的化學(xué)錨栓準(zhǔn)備6組。

1.2.3 按建筑幕墻典型的后埋板連接固定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接固定。所有后埋板的固定方式分別采用兩種焊接方案，方案A僅焊接4個(gè)鋼墊片進(jìn)行局部調(diào)節(jié)。方案B為先焊接鋼墊片后，采用140×100×6mm厚鋼板來代替幕墻連接件焊接到后埋板上。方案A和方案B各檢測(cè)3組，每組4顆，共12顆化學(xué)錨栓。

圖2 方案A

圖3 方案B

1.2.4 松開后埋板上的4顆螺母，取出后埋板，清理錨栓附近雜物。

1.2.5 對(duì)各化學(xué)錨栓進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，至失效破壞后，記錄兩種方案下錨栓失效時(shí)的數(shù)據(jù)。

1.2.6 對(duì)所得檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，刪除可能由于人為因素產(chǎn)生的誤差后，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出檢測(cè)樣品拉拔力的標(biāo)準(zhǔn)值，除以安全分項(xiàng)系數(shù)后即為檢測(cè)批的化學(xué)錨栓拉拔力的設(shè)計(jì)值。

1.2.7 將檢測(cè)樣品拉拔力設(shè)計(jì)值與廠家提供的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，分析焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力產(chǎn)生的影響。

2.原始數(shù)據(jù)篩選及計(jì)算方法

2.1 原始數(shù)據(jù)

將編號(hào)①到④的4種化學(xué)錨栓分別按方案A和方案B焊接后，進(jìn)行化學(xué)錨栓拉拔失效破壞試驗(yàn)，同時(shí)，按照化學(xué)錨栓失效時(shí)的三種破壞形式進(jìn)行分類，即混凝土破壞、拔出破壞、錨栓拉斷破壞。

各編號(hào)的化學(xué)錨栓失效破壞時(shí)的拉拔力檢測(cè)結(jié)果如下：

2.1.1 編號(hào)①化學(xué)錨栓拉拔檢測(cè)數(shù)據(jù)

表1 方案A檢測(cè)結(jié)果

表2 方案B檢測(cè)結(jié)果

組號(hào)序號(hào)破壞力（KN）備 注1 53.9混凝土破壞2 58.8錨栓拉斷3 50.9拔出破壞4 50.9拔出破壞第三組

2.1.2 編號(hào)②化學(xué)錨栓拉拔檢測(cè)數(shù)據(jù)

表3 方案A檢測(cè)結(jié)果

表4 方案B檢測(cè)結(jié)果

2.1.3 編號(hào)③化學(xué)錨栓拉拔檢測(cè)數(shù)據(jù)

表5 方案A檢測(cè)結(jié)果

表6 方案B檢測(cè)結(jié)果

2.1.4 編號(hào)④化學(xué)錨栓拉拔檢測(cè)數(shù)據(jù)

表7 方案A檢測(cè)結(jié)果

表8 方案B檢測(cè)結(jié)果

2.2 數(shù)據(jù)篩選原則

化學(xué)錨栓拉拔力檢測(cè)主要與兩個(gè)方面的因素有關(guān)：一是人為因素，如安裝工人操作水平、正確的施工方法、錨固膠固化時(shí)間等；二是非人為因素，如混凝土強(qiáng)度、錨固膠類型等。其中，錨固膠是非常重要的環(huán)節(jié)，以前，錨固膠主要分為環(huán)氧樹脂類和丙烯酸類。環(huán)氧樹脂類主要的缺點(diǎn)是耐高溫性能差，而丙烯酸類耐高溫性能較好，但是，近年來，隨著市場(chǎng)的需要，不少廠家都改良了藥劑配方，耐高溫性能總體來說均有較大的提高。

從上述表1至表8中可以看出，有些編號(hào)的化學(xué)錨栓拉拔力相對(duì)比較穩(wěn)定，有些則離散程度很大，甚至直接拔出。所以，為真實(shí)說明焊接對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力的影響，需將人為因素排除。

如何將人為因素排除，本文主要參照《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50292 “附錄C 已有結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定”中的相關(guān)要求來決定刪除哪些數(shù)據(jù)，即以受檢樣品的變異系數(shù)來確定，變異系數(shù)為試件樣品數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差與平均數(shù)的比值，不僅受檢測(cè)樣品離散程度的影響，而且還受其平均水平大小的影響。

對(duì)于離散性較大的材料，當(dāng)受檢樣品的變異系數(shù)大于0.2時(shí)，檢測(cè)結(jié)果不宜采用，應(yīng)先檢查導(dǎo)致離散性較大的原因。通過檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，化學(xué)錨栓拉拔力的離散性較大，故將變異系數(shù)不大于0.2作為篩選原則。另外，由于拉拔試驗(yàn)的失效概率較大，將受檢樣品的置信水平C取為0.6。

2.3 受檢樣品標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值確定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)值

按變異系數(shù)不大于0.2對(duì)所有檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選刪除后，按下式計(jì)算各編號(hào)化學(xué)錨栓拉拔力的標(biāo)準(zhǔn)值fk。

式中：fm—篩選后的受檢樣品化學(xué)錨栓拉拔力算術(shù)平均值；

s—篩選后的受檢樣品化學(xué)錨栓拉拔力標(biāo)準(zhǔn)差；

k—與置信水平C=0.6和受檢樣品數(shù)量有關(guān)的材料強(qiáng)度計(jì)算系數(shù)，按表9確定。

表9 計(jì)算系數(shù)k值

2.3.2 設(shè)計(jì)值

受檢樣品設(shè)計(jì)值f按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：fk—篩選后的受檢樣品化學(xué)錨栓拉拔力標(biāo)準(zhǔn)值；

γ —化學(xué)錨栓拉拔力安全分項(xiàng)系數(shù)。按《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ145表4.2.6中的相關(guān)規(guī)定取為2.15。

3.各編號(hào)化學(xué)錨栓拉拔力計(jì)算和匯總

按變異系數(shù)對(duì)所有檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后，按公式計(jì)算化學(xué)錨栓拉拔力設(shè)計(jì)值，具體步驟如下。

3.1 化學(xué)錨栓拉拔力計(jì)算步驟

3.1.1 按變異系數(shù)不大于0.2的原則，對(duì)不同方案檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從所有檢測(cè)數(shù)據(jù)中的最小值開始刪除，直到變異系數(shù)控制在0.2，一旦變異系數(shù)不大于0.2，則將剩余的檢測(cè)數(shù)據(jù)作為該受檢樣品拉拔力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算依據(jù)。

變異系數(shù) = 標(biāo)準(zhǔn)差/算術(shù)平均值

以表四編號(hào)②按方案B焊接的原始拉拔檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，對(duì)拉拔數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，直至變異系數(shù)不大于0.2為止，最終剩余7個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù),具體過程見表10。

表10 檢測(cè)數(shù)據(jù)篩選過程

3.1.2 根據(jù)篩選后樣品的數(shù)量，查表9得出計(jì)算系數(shù)k值，計(jì)算出算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差。

3.1.3 按式2.3.1計(jì)算化學(xué)錨栓拉拔力標(biāo)準(zhǔn)值。

3.1.4 按式2.3.2計(jì)算化學(xué)錨栓拉拔力設(shè)計(jì)值。

3.1.5 將化學(xué)錨栓各廠家提供的設(shè)計(jì)值與實(shí)際檢測(cè)的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，得出化學(xué)錨栓經(jīng)方案A和方案B焊接后，拉拔力降低的百分比。

3.2 化學(xué)錨栓拉拔力匯總

按以上步驟計(jì)算后，可得受檢化學(xué)錨栓參數(shù)匯總表，詳見表11。

表11 受檢化學(xué)錨栓參數(shù)匯總

4.分析及結(jié)論

4.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)值的對(duì)比分析

采用變異系數(shù)不大于0.2的原則，基本排除了人為因素對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力造成的影響，將人為造成的偶然因素刪除，以保證檢測(cè)值的相對(duì)準(zhǔn)確性，通過對(duì)表11匯總表進(jìn)行分析可以看出：

4.1.1 一些化學(xué)錨栓拉拔值的離散程度較大，按篩選后的樣品數(shù)量減少較多。如編號(hào)②，方案A可用樣品數(shù)量為10個(gè)，方案B的可用樣品數(shù)量只有7個(gè)，刪除了5個(gè)，且受檢樣品拉拔值的標(biāo)準(zhǔn)差也是4個(gè)編號(hào)錨栓中最大的。經(jīng)分析，施工方法、安裝工具等對(duì)化學(xué)錨栓拉拔力的影響較大，化學(xué)錨栓生產(chǎn)廠家最好以工地安裝工人常用的施工方法、安裝工具來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，以保證拉拔受力時(shí)的可靠性和穩(wěn)定性。

4.1.2 除編號(hào)④化學(xué)錨栓外，化學(xué)錨栓按建筑幕墻典型做法焊接后，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降低的相對(duì)要小些，即僅焊接鋼墊片比焊接鋼墊片和連接件對(duì)拉拔力影響小些，同時(shí)，相同的焊接方案對(duì)不同編號(hào)化學(xué)錨栓拉拔力的影響也不同。

4.1.3 編號(hào)④化學(xué)錨栓的拉拔力出現(xiàn)異常，可能與試件樣品數(shù)量不足有關(guān)，但從另一個(gè)側(cè)面也反映該化學(xué)錨栓穩(wěn)定性較好，錨固膠選用合理，焊接對(duì)其的影響不大。

4.2 結(jié)論

通過以上分析，得出如下結(jié)論。

4.2.1 化學(xué)錨固膠對(duì)焊接后的錨栓拉拔力影響較大。通過變異系數(shù)原則已基本排除了人為因素的影響，而非人為因素造成的影響主要是混凝土強(qiáng)度和錨固膠類型。由于所有錨栓均在同一位置進(jìn)行檢測(cè)，也基本排除了混凝土強(qiáng)度的影響。所以，化學(xué)錨栓拉拔力主要與各編號(hào)錨栓采用的錨固膠類型有很大關(guān)系，經(jīng)查證，4個(gè)編號(hào)的錨固膠均有差別，無法得出統(tǒng)一的結(jié)論，只能從最終的檢測(cè)結(jié)果來說明焊接對(duì)各化學(xué)錨栓拉拔力的影響。

4.2.2 通過檢測(cè)結(jié)果可以得出，除非對(duì)某化學(xué)錨栓的錨固膠性能非常了解，否則一般建議當(dāng)采用建筑幕墻典型后埋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行錨栓拉拔力計(jì)算時(shí)，在原材料安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，建議再增加一定的安全系數(shù)，如將廠家提供的化學(xué)錨栓拉拔力設(shè)計(jì)值乘以0.7～0.8的安全系數(shù)，作為化學(xué)錨栓驗(yàn)算時(shí)的允許設(shè)計(jì)值。

總之，雖然每個(gè)編號(hào)的化學(xué)錨栓按不同焊接方案分別檢測(cè)了12顆，但通過匯總的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，檢測(cè)樣品的數(shù)量還是有些偏少，不足以完全說明問題，故本文的結(jié)論僅供參考。

[1] 中華人民共和國建設(shè)部. GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn). 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

（作者單位：深圳市方大建科集團(tuán)有限公司）

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