某預(yù)埋槽鋼拉拔錨固性能的研究①

張玉波， 劉祖華， 袁苗苗

(同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海 200092)

0 引言

某預(yù)埋槽鋼具有可調(diào)節(jié)性，方便被安裝部件位置的調(diào)節(jié)，預(yù)埋方式不破壞混凝土配筋等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于我國(guó)的高鐵項(xiàng)目和高層建筑中的玻璃幕墻錨固中.但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)于槽鋼拉拔錨固性能的研究較少.本文主要針對(duì)錨固槽鋼進(jìn)行兩次拉拔錨固試驗(yàn)，以研究預(yù)埋槽鋼在混凝土板中的拉拔錨固性能.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在這兩次試驗(yàn)中，某槽鋼公司提供的HCW52/34熱軋帶齒預(yù)埋槽鋼由一段槽鋼、圓弧鋼圈和3個(gè)錨腿沖壓而成.

圖1 熱軋帶齒預(yù)埋槽鋼

混凝土基材為鋼筋混凝土樓板，尺寸為2000mm×2000mm×120 mm(長(zhǎng)×寬×厚)，第一次試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25;第二次試驗(yàn)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，板的縱橫方向均配置鋼筋，形成鋼筋籠.

1.2 加載制度和加載方法

在兩次試驗(yàn)中，加載時(shí)力與板面有一傾斜角度，加載角度為:拉力與剪力比值1:3

螺栓位置和間距:一個(gè)螺栓布置在靠外邊的錨腿的正上方，兩個(gè)螺栓間距150mm.

采用300kN的千斤頂進(jìn)行加載，先預(yù)加載到20kN，然后將荷載卸載至 0kN，然后開始連續(xù)、平穩(wěn)、緩慢加載直至試件破壞.(見(jiàn)圖2)

圖2 拉拔加載示意圖

1.3 測(cè)試方法

在進(jìn)行張拉加載時(shí)，用荷載傳感器測(cè)量張拉千斤頂?shù)膹埨?，用位移傳感器測(cè)量T型螺栓沿作用力方向的位移.

試驗(yàn)中，所有傳感器都通過(guò)應(yīng)變儀接入計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，所有測(cè)量數(shù)據(jù)都存入到計(jì)算機(jī)硬盤.另外，在試驗(yàn)過(guò)程中，從試件的各個(gè)不同的角度對(duì)試件的受力變形情況和破壞形態(tài)進(jìn)行觀察和記錄.

圖3 試件1荷載－位移曲線(C25)

圖4 試件2荷載－位移曲線(C25)

圖5 試件3荷載－位移曲線(C25)

圖6 試件4荷載－位移曲線(C25)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試件破壞模式

兩次試驗(yàn)最終破壞時(shí)，在槽鋼與混凝土板中產(chǎn)生兩條較大的主裂縫，裂縫開始于槽鋼的端部附近，與其縱向承45度角，一直延伸到到混凝土板的邊緣.

圖7 試件1荷載－位移曲線(C40)

圖8 試件2荷載－位移曲線(C40)

圖9 試件3荷載－位移曲線(C40)

圖10 試件4荷載－位移曲線(C40)

試驗(yàn)試件的破壞過(guò)程為:荷載增加的過(guò)程，T型螺栓的位移不斷增大，荷載達(dá)到一定值時(shí)，出現(xiàn)第一條裂縫，荷載繼續(xù)增加，新的裂縫產(chǎn)生，原有裂縫不斷擴(kuò)展，最終槽鋼端部斷裂，荷載下降.

第一次試驗(yàn)中四個(gè)試件預(yù)埋在現(xiàn)澆的混凝土板中(1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)試件)的破壞形式都是T型螺栓將槽鋼卷邊咬出一個(gè)缺口，槽鋼的端部與圓弧形鋼圈連接處被拉斷，T形螺栓發(fā)生嚴(yán)重的剪切變形..

第二次試驗(yàn)中，四個(gè)槽鋼中1號(hào)槽鋼的破壞形式是T型螺栓將槽鋼卷邊咬出一個(gè)缺口，槽鋼的端部與圓弧形鋼圈連接處被拉斷，T形螺栓發(fā)生嚴(yán)重的剪切變形，2，3，4號(hào)槽鋼的破壞形式是T型螺栓被剪斷，槽鋼的端部與圓弧鋼圈連接處裂開.

2.2 荷載位移曲線

試驗(yàn)1得到的試件的荷載－位移曲線如圖3～6所示，試驗(yàn)2得到的試件的荷載－位移曲線如圖7～10所示.

表1 拉拔試驗(yàn)1結(jié)果匯總(C25)

表2 拉拔試驗(yàn)2結(jié)果匯總(C40)

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

(1)混凝土強(qiáng)度.第一次試驗(yàn)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，第二次試驗(yàn)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，從試件最終破壞的荷載－位移曲線可以看出，第二次試驗(yàn)中試件的承載力明顯高于第一次.槽鋼的最終破壞是由于槽鋼端部與圓弧圈連接處被拉斷，混凝土強(qiáng)度提高使得混凝土對(duì)槽鋼的粘結(jié)作用增大，同時(shí)對(duì)槽鋼變形的限制作用增強(qiáng)，最終槽鋼破壞時(shí)的荷載明顯增大.

(2)槽鋼的破壞.從圖中8個(gè)槽鋼的破壞示意圖可以看出，最終破壞時(shí)槽鋼的變形較大，鋼材的延性變形能力較好，破壞是由于螺栓被剪斷或者槽鋼與圓弧鋼圈連接處被拉斷.槽鋼的薄弱環(huán)節(jié)是連接節(jié)點(diǎn)處，節(jié)點(diǎn)的變形能力較弱.

(3)裂縫的發(fā)展.從圖中8個(gè)試件的破壞示意圖可以看出，裂縫的起點(diǎn)為T型螺栓處，沿著與槽鋼大致呈45度角一直延伸到混凝土的邊緣.在施加荷載時(shí)，兩個(gè)T型螺栓處受力比較集中，力傳至混凝土，將混凝土拉裂.

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)4個(gè)預(yù)埋槽鋼試件的拉拔試驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論:

(1)四個(gè)試件(1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)試件)的破壞形式都是T型螺栓將槽鋼卷邊咬出一個(gè)缺口，槽鋼的端部與圓弧形鋼圈連接處被拉斷，T形螺栓發(fā)生嚴(yán)重的剪切變形.平均最大拉拔力為199.3kN，平均水平位移為 10.58mm，平均豎向位移為4.53mm.

(2)比較四個(gè)試件的破壞形式可以得出，槽鋼端部與圓弧形鋼圈連接處強(qiáng)度相對(duì)較弱，最終四個(gè)試件的拉拔荷載和破壞形式基本相同.

[1]畢大勇.德國(guó)哈芬錨軌拉拔錨固性能的試驗(yàn)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2009.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50010－－2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.People’s Republic of China Ministry of Construction.

[3]謝紅飆，王長(zhǎng)清，肖宏.熱軋哈芬預(yù)埋槽鋼孔型設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2012，6:35－38.

[4]陳冀.受壓的冷彎卷邊槽鋼畸變屈曲強(qiáng)度和其相關(guān)屈曲承載力[J].鋼結(jié)構(gòu)，2008:302－310.

[5]LI Shang jian.Metal’S plastic Shape Process Simulation[M].Beijing:Engineering Industry Press，1999.

[6]Zinmiak Z Problems of Multi－ Step Forming Sheet Metal Process Design[J].Journal of Materhls Processing Technology，2000，(106):152－158.