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阅读 2032 次 厂房改造项目梁柱群锚节点施工技术

摘要:后锚固技术在结构加固和改造方面的应用越来越广泛,而群锚的受力性能对于后锚固节点的安全性至关重要,本文通过理论计算分析、现场承载力试验以及后锚固现场施工三个方面阐述了厂房改造项目梁柱群锚节点施工技术,为同类项目的实施起到指导和借鉴作用。...
 

厂房改造项目梁柱群锚节点施工技术

耿俊峰   张毅毅    柳明亮

1陕西建工机械施工集团有限公司,陕西西安

2 陕西省建筑科学研究院,陕西西安

     1、前言

    由数根化学锚栓与带有螺栓孔的预埋钢板组成的共同受力体称之为群锚节点。对于厂房改造项目,利用群锚节点作为梁柱连接是常用的一种设计方式,但要有效地实现设计意图,使新增结构达到安全、可靠的目的,确保群锚节点施工质量合格是该技术施工至关重要的环节,本文就此结合工程实例进行探讨。

    2、概况

    西安某商业广场改扩建工程,原结构为老式钢筋砼框架结构工业厂房,主体二层楼面标高为10.5m,屋面标高为18.9m,对对其进行改造,分别在主体标高5.3m14.7m新增两层夹层,在原结构屋面又新增一层门式钢架结构。新增夹层承重钢梁体系与原钢筋砼柱之间的连接采用化学锚栓群锚节点。改造后地上5层,建筑面积83830㎡,将成为高新产业园最大的综合性商业广场。

    工程共计使用化学锚栓2300组,其中采用15M24化学锚栓连接箱型钢梁的化学锚栓组1232组,采用6M24化学锚栓连接H型钢梁的化学锚栓组1068组。箱型钢梁截面主要为800x400x16x20,最大长度15米,共1450吨,H型钢梁主要规格为H520x180x8x12,共1870吨,为较大规模的厂房改扩建项目。

    3、论计算分析

    3.1 节点设计

    新增夹层的承重钢梁与原砼柱的连接节点见图3.1-1,设计计算时,梁柱节点以传递剪切力为主,埋件M-1主要按抗剪承载力设计计算。埋件由锚板和锚栓群组成,其受剪承载力与混凝土强度等级、锚固深度、边距、锚栓间距、锚筋抗拉强度、锚筋截面面积和直径有关。原结构砼柱设计为C30,在现龄期混凝土强度没有检测鉴定的情况下,锚栓选用首先要经计算满足承载力要求,然后须通过对节点抗剪承载力进行现场试验检测,为设计和施工提供第一手数据依据,以确保设计、施工及使用过程的结构安全性。

3.1-1 箱型钢梁与原框架砼柱的连接节点

    锚筋后锚固连接原设计选用了图3.1-2所示的植入带肋钢筋方案,锚筋与钢板安装后需要塞焊,根据《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB 50550-2010规定:植筋焊接应在注胶前进行,钢筋焊接除应采取断续施焊的降温措施外,施焊部位距注胶孔顶面的距离不应小于15d,且不应小于200mm,同时必须用冰水浸渍的多层湿巾包裹植筋外露的根部。这些措施都是为了防止焊接热量传递到锚栓植入部位破坏植筋胶、从而导致胶体变性、提前老化或松动,降低锚筋的承载力。按此规定群锚节点施工难度很大,该设计方案不尽合理。经方案优化,将锚筋变更为采用图3.1-3所示的化学锚栓,因化学锚栓为定型系列化产品,产品均通过国家建筑工程质量监督检验机构的质量检测,施工紧固全过程为没有焊接作业,质量可靠、机械性能保证,所以在诸如厂房改扩建等工程项目上得到越来越广泛地应用。对于本工程的关键技术问题是要解决化学锚栓群的植筋定位施工质量、从而确保新增梁柱节点的承载力、确保结构安全。

3.1-2  M-1植筋埋件节点

3.1-3  M-1化学锚栓埋件节点

    3.2 化学锚栓选用

    栓的类别和规格按设计要求选用某知名品牌化学锚栓,规格为M24,等级为8.8S,生产厂家提供的技术参数见表3.2,锚固胶为管装式。有产品合格证书和使用说明书,并根据相关产品标准的有关规定进行施工和验收。

3.2 化学锚栓的技术参数

型号

钻孔深度

mm

设计拔力

KN

极限拔力

KN

设计剪力

KN

极限剪力

KN

M24

210

50

140

45

88

    3.3 承载力分析

    设计要求群锚节点安装完成后抗剪承载力达到1100KN。设计状态时,梁柱节点将新增夹层结构的荷载通过锚板传递给化学锚栓,剪力平行于砼柱边缘垂直向下,群锚节点承载能力极限状态按群锚承受剪力进行计算。

    依据《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2013规定,群锚受剪极限承载力按照锚栓破坏、剪撬破坏、边缘楔形体破坏三种情况进行计算,群锚极限抗剪承载力设计值可以按下式表示为:

    式中:

    —锚栓抗剪极限承载力设计值;

    —锚栓破坏时极限抗剪承载力设计值;

    —剪撬破坏时锚栓抗剪承载力设计值;

    —楔形体破坏时锚栓抗剪承载力设计值。

    经计算,所选用8.8M24锚栓抗剪极限承载力设计值为86.9KN。可见,厂家提供的技术参数中锚栓的极限受剪承载力等于抗剪极限承载力设计值,其设计剪力45KN为极限剪力的51%,约为一半,留有较大的安全系数。选用化学锚栓15个,理论抗剪极限承载力设计值合力为1303.5KN,节点承载力满足要求,设计安全。

    4、载力试验

    为了验证理论计算分析结果,更真实地反映砼柱混凝土的强度、锚栓的抗剪强度以及群锚节点的组合承载力,现场采用同条件施工工况进行群锚节点承载力试验,试验节点按工程设计使用的节点加工、试验位置在新增节点的砼柱上。

    试验采用液压千斤顶加载的方式,经过有限元实体分析(分析应力分部云图见图4-1),加载工装选用焊接H350X250X12X20型钢梁。

群锚抗剪静载试验过程中,千斤顶向H型钢梁施加荷载,通过预埋件将剪力传递给化学锚栓组,模拟新加楼层的荷载通过梁柱节点传递给砼柱,检验组合节点的承载力。试验共3组,采用力和位移双控的非破损性分级逐步加载的方式,整个加载最大荷载为1200KN,分六级加载,每级荷载分别200KN300 KN300 KN200 KN100KN100 KN,每部加载完成后,采集节点位移数据,10min后再进行下一级加载。位移监测采用位移计,加载荷载监测采用液压传感器,现场试验照片如图4-1所示,试验结果曲线如图4-3所示。

4-1 加载工装有限元分析应力云图

 图4-2 现场节点承载力试验照片

4-3群锚节点承载力试验力-位移曲线

    由图4-3所示试验曲线结果及现场实际工况表明:群锚节点加载至第六级1200 KN时,群锚均未发生滑移及剪切破坏现象,说明同条件群锚节点可以满足设计要求,节点设计安全。

    5、节点施工工艺

    5.1 方案选择

    常规施工工艺是在加工厂先钻预埋钢板孔,现场根据预埋钢板孔位确定锚孔位置,优点是预埋件可以标准化批量加工,缺点是植筋钻孔受原结构内部钢筋位置影响较大,如果预埋件上一列孔与砼柱主筋位置重合,植筋孔就无法成孔,强行钻孔会打断原砼柱主筋,影响结构安全。另一种方案是先钻孔植入化学锚栓,然后根据锚栓的实际位置在预埋钢板上打孔,再一一对应锚栓孔安装钢板。这种工艺要求锚栓孔位置必须如实地映射到预埋板上去,且锚栓安装垂直度偏差必须小,否则气割扩孔率会比较高。

    结合现场实际情况,综合考虑施工的难易程度和各方案的优缺点,采用植锚栓及安装预埋板的施工工艺流程为:钻锚栓孔→根据锚孔定位钢板孔→加工预埋钢板→清孔→安装预埋钢板→灌入化学药剂→植锚栓。

    5.2  锚栓安装位置定位

    在砼柱上放线定位,确定锚孔点位,用冲击钻打孔,钻孔深度为210mm,钻好后用毛刷或气筒清孔,去除混凝土钻屑,然后用与化学锚栓相同直径的等长PVC管临时插入孔内,并在PVC管头涂刷油漆,采用与埋件板同大小的带有中十字线的白纸拓于PVC管头上采集钻孔孔位,取下后,将白纸粘贴于埋件板上,定位出埋件板孔位的中心点,采用磁力钻进行现场钻孔。埋件板孔位钻好后,采用化学锚栓丝杆将钢板临时悬挂到相应位置,再逐一取出锚杆,再次清孔,进行植入胶管、安装锚栓、静置硬化等一系列工作。施工流程见图5.2

5.2 植栓的流程图

    5.3 质量保证措施

    5.3.1 本工程通过化学锚栓群锚节点增加钢梁结构层是建立在对原砼柱先进行加固的前提下进行的,加固采用干式外包钢加固法,加固工程按照设计图纸要求及相关规范的规定、严格按工艺要求施工并验收(图5.3.1)。

5.3.1 原砼柱外包钢加固示意图

    5.3.2 植栓位置要经过放线定位并探测原砼柱钢筋位置后标定,如钢筋对钻孔定位干扰过大,有可能影响到锚栓的间距、边距和群锚的均匀受力,甚至造成与钢梁安装连接板的干涉,故施工应遵照设计要求,考虑到钢筋直径大小,锚孔定位允许偏差控制在20mm以内,垂直度偏差不大于4mm,对于M24锚栓,钻孔直径允许偏差。

    5.3.3 锚栓钻孔质量直接影响植栓质量,钻孔所用钻头规格按照产品说明书的要求选用,钻孔操作平台应安全稳固,便于施工人员均匀用力操作。钻孔深度由电锤的深度杆控制,深度允许偏差为mm,钻孔后用圆毛刷、压缩空气或手动打气筒彻底清洁孔内壁,并保持锚孔干燥。

    5.3.4 安装化学锚栓时,先将锚固胶管按标志的植入方向插于孔中,用电锤和专用套筒头将锚栓插入、并伴随缓慢旋转螺杆,当有少量胶液溢出、锚栓上的锚固深度标志线与柱面平齐时即可。

    5.3.5 化学锚栓插入到位后立即适当校正垂直度,但在固化时间内要静置养护、严禁扰动锚杆,以防锚固失效。

    5.3.6锚栓施工现场的环境温度不可低于-5,温度过低,植筋胶不能正常凝胶和固化,影响锚固性能。

    5.4 锚栓抗拔力检验

    对化学锚栓进行拉拔承载力现场检验是混凝土结构后锚固工程重要的检验项目,采用现场原位非破损检验,荷载检验值取0.90.8的较小者为203.328KN。经检测,现场所抽检的锚栓拉拔力均满足规范要求,整体质量合格。

    6、收结果

    本工程共施工群锚节点2300组,过程中对单个锚栓按规范规定进行了拉拔试验,所检锚栓拉拔力检验值满足设计要求。梁柱群锚节点根据设计要求施工,新增箱型钢梁的安装按照《钢结构施工质量验收规范》GB50205进行验收,检验批及分项工程质量验收合格,保证了后续铺设楼承板及浇筑楼面混凝土的正常施工。最后对群锚节点构件进行防腐防火处理,观感质量良好。

    7、结论

    本文结合西安某商业广场改扩建工程实例,通过理论计算分析、现场承载力试验以及后锚固现场施工三个方面阐述了厂房改造项目梁柱群锚节点施工技术,得出如下结论:

    (1)梁柱群锚节点能很好的传递梁端的剪力,在厂房加固改造过程中可以实现梁柱之间的有效连接。

    (2)对于复杂的改造项目,群锚节点的整体受力性能需要结合理论分析及现场实际试验相结合的方式共同确定,现场试验能确保群锚节点的安全可靠。

    (3)在厂房加固中,群锚节点预埋件的连接优先选用化学锚栓,能够避免焊接对植筋胶体的损坏。锚栓孔定位时,可先在原有结构上钻孔,最后通过孔位一一对应传递的方式,在预埋板上定出螺栓孔。

    参考文献

    [1]李杰,陆洲导.混凝土后锚固锚栓的抗剪分析,川建筑科学研究,2007.12,33

    [2]项凯,陆洲导,李杰.混凝土结构后锚固群锚的抗剪承载力实验沈阳建筑大学学报(自然科学版) 2008.1124

    [3]混凝土结构加固设计规范(GB50367-2006北京:中国建筑工业出版社,2006.

    [4]混凝土结构后锚固技术规程(JGJ 145-2013[北京:中国建筑工业出版社,2013.

    [5]曹立金,陆洲导.混凝土后锚固群锚中心抗剪性能研究综述结构工程师,2008.1224

    [6]苏磊,李杰,陆洲导.混凝土结构后锚固群锚系统抗剪承载力分析结构工程师,2009.1025

(本文来源:陕西省土木建筑学会     文径网络:刘军 吕琳琳 编辑  刘真 文径 审核 

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