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混凝土后植大直徑錨栓技術研究 版權信息
- ISBN：9787030671318
- 條形碼：9787030671318 ; 978-7-03-067131-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
混凝土后植大直徑錨栓技術研究 內容簡介
本書針對后植大直徑錨栓的設計方法，對理論推導、數值計算和模型試驗等方法進行了系統深入的綜合研究，通過研究大直徑化學粘結錨栓的破壞特征、極限承載能力、界面粘結剪應力的分布特征以及群錨影響因素的量化等問題，提出并確定了單錨和群錨的設計方法，并結合橋隧工程進行了應用驗證。
混凝土后植大直徑錨栓技術研究 目錄
目錄
第1章 引論 1
1.1 引言 1
1.2 后錨固技術國內外研究現狀 5
1.2.1 后植錨栓技術應用現狀 5
1.2.2 后植錨栓種類 6
1.2.3 錨固材料的發展現狀 7
1.2.4 后植錨栓工藝 7
1.2.5 單錨的破壞模式 9
1.2.6 黏結強度的影響因素 12
1.2.7 群錨設計方法的研究現狀 14
1.2.8 現有單錨栓設計力學描述模型 15
第2章 后植錨栓的彈性計算方法 17
2.1 既有計算理論和力學模型的評述 17
2.2 適用于有機黏結劑情況的彈性方法 18
2.3 適用于環氧砂漿黏結劑的后植 大直徑錨栓系統的彈性方法 20
2.3.1 邊界條件及問題概述 20
2.3.2 基本假設條件 21
2.3.3 基本方程的推導 22
2.3.4 實際邊界條件下的解 22
2.3.5 對以上推導結果的討論 26
2.4 本章小結 27
第3章 單錨栓軸向荷載作用下的試驗研究 28
3.1 試驗概況 28
3.1.1 試驗目的及工況 28
3.1.2 試件的制作和加工 32
3.1.3 試驗加載及量測裝置 35
3.1.4 試驗加載測試過程的控制 35
3.2 有機膠黏結劑試驗結果及分析 37
3.2.1 破壞模式及機理分析 37
3.2.2 混凝土位移及錨栓滑移分析 43
3.2.3 錨栓軸力及黏結剪應力分布規律 45
3.2.4 承載能力分析 51
3.3 環氧砂漿黏結試驗結果及分析 52
3.3.1 破壞模式及特征分析 52
3.3.2 位移-荷載關系 55
3.3.3 黏結剪應力分布規律 56
3.3.4 承載能力分析 58
3.4 試驗結果與現有規程的對比 59
3.4.1 與ACI 318和ETAG-001的對比分析 59
3.4.2 與《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145—2013)的對比分析 61
3.5 本章小結 63
第4章 非線性數值分析及試驗對比 64
4.1 數值分析的理論基礎和實現方法 64
4.1.1 混凝土材料模型 64
4.1.2 模擬膠體黏結行為的材料的本構模型的選取 67
4.1.3 錨栓的材料力學模型 69
4.1.4 材料參數取值 70
4.1.5 膠體黏結性能的數值試驗 73
4.2 單錨栓的數值分析及結果 74
4.2.1 非線性數值分析工況和幾何模型 74
4.2.2 單錨栓的破壞模式分析 76
4.2.3 單錨栓的位移分析 78
4.2.4 黏結剪應力的分布規律及作用機理 79
4.2.5 極限承載能力與模型和試驗數據的對比 82
4.3 群錨非線性數值分析 83
4.3.1 群錨的數值分析結果 84
4.3.2 各參數之間的影響關系 88
4.3.3 臨界距離分析 93
4.4 本章小結 93
第5章 后植大直徑錨栓的設計方法與應用研究 95
5.1 后植大直徑單錨栓的設計方法 95
5.1.1 基于試驗和非線性數值分析數據基礎的已有主要計算方法分析 95
5.1.2 復合破壞模式下后植大直徑錨栓極限承載能力計算方法 99
5.1.3 環氧砂漿黏結錨栓的單錨栓承載能力設計方法 100
5.2 后植大直徑群錨的力學模型及設計方法 102
5.3 后植大直徑錨栓的應用驗證 108
5.3.1 重慶市軌道交通某車站大型立式風機懸吊安裝設計 108
5.3.2 貴州某特大橋索塔塔吊后錨加固設計 110
5.4 本章小結 112
參考文獻 114
附錄 118
第1章 引論 1
1.1 引言 1
1.2 后錨固技術國內外研究現狀 5
1.2.1 后植錨栓技術應用現狀 5
1.2.2 后植錨栓種類 6
1.2.3 錨固材料的發展現狀 7
1.2.4 后植錨栓工藝 7
1.2.5 單錨的破壞模式 9
1.2.6 黏結強度的影響因素 12
1.2.7 群錨設計方法的研究現狀 14
1.2.8 現有單錨栓設計力學描述模型 15
第2章 后植錨栓的彈性計算方法 17
2.1 既有計算理論和力學模型的評述 17
2.2 適用于有機黏結劑情況的彈性方法 18
2.3 適用于環氧砂漿黏結劑的后植 大直徑錨栓系統的彈性方法 20
2.3.1 邊界條件及問題概述 20
2.3.2 基本假設條件 21
2.3.3 基本方程的推導 22
2.3.4 實際邊界條件下的解 22
2.3.5 對以上推導結果的討論 26
2.4 本章小結 27
第3章 單錨栓軸向荷載作用下的試驗研究 28
3.1 試驗概況 28
3.1.1 試驗目的及工況 28
3.1.2 試件的制作和加工 32
3.1.3 試驗加載及量測裝置 35
3.1.4 試驗加載測試過程的控制 35
3.2 有機膠黏結劑試驗結果及分析 37
3.2.1 破壞模式及機理分析 37
3.2.2 混凝土位移及錨栓滑移分析 43
3.2.3 錨栓軸力及黏結剪應力分布規律 45
3.2.4 承載能力分析 51
3.3 環氧砂漿黏結試驗結果及分析 52
3.3.1 破壞模式及特征分析 52
3.3.2 位移-荷載關系 55
3.3.3 黏結剪應力分布規律 56
3.3.4 承載能力分析 58
3.4 試驗結果與現有規程的對比 59
3.4.1 與ACI 318和ETAG-001的對比分析 59
3.4.2 與《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145—2013)的對比分析 61
3.5 本章小結 63
第4章 非線性數值分析及試驗對比 64
4.1 數值分析的理論基礎和實現方法 64
4.1.1 混凝土材料模型 64
4.1.2 模擬膠體黏結行為的材料的本構模型的選取 67
4.1.3 錨栓的材料力學模型 69
4.1.4 材料參數取值 70
4.1.5 膠體黏結性能的數值試驗 73
4.2 單錨栓的數值分析及結果 74
4.2.1 非線性數值分析工況和幾何模型 74
4.2.2 單錨栓的破壞模式分析 76
4.2.3 單錨栓的位移分析 78
4.2.4 黏結剪應力的分布規律及作用機理 79
4.2.5 極限承載能力與模型和試驗數據的對比 82
4.3 群錨非線性數值分析 83
4.3.1 群錨的數值分析結果 84
4.3.2 各參數之間的影響關系 88
4.3.3 臨界距離分析 93
4.4 本章小結 93
第5章 后植大直徑錨栓的設計方法與應用研究 95
5.1 后植大直徑單錨栓的設計方法 95
5.1.1 基于試驗和非線性數值分析數據基礎的已有主要計算方法分析 95
5.1.2 復合破壞模式下后植大直徑錨栓極限承載能力計算方法 99
5.1.3 環氧砂漿黏結錨栓的單錨栓承載能力設計方法 100
5.2 后植大直徑群錨的力學模型及設計方法 102
5.3 后植大直徑錨栓的應用驗證 108
5.3.1 重慶市軌道交通某車站大型立式風機懸吊安裝設計 108
5.3.2 貴州某特大橋索塔塔吊后錨加固設計 110
5.4 本章小結 112
參考文獻 114
附錄 118
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混凝土后植大直徑錨栓技術研究 節選
第1章 引論 1.1 引言 在交通、冶金、機械、化工、電力、船舶、核電等工業領域，一些大型機械設備、裝置和結構的建設或改造中，因安裝精度要求很高(中心軸線偏差一般小于1mm)預埋錨栓無法準確定位或工程環境等條件限制，而常采用設計和施工布局靈活的后植化學錨栓進行基礎錨固，錨栓直徑范圍常達40～150mm。如軌道交通領域，受設備復雜性和主體結構施工工法的制約，一些重大設備的固定問題很難用設置預埋件的方法來完成，只能采用設計和施工布局靈活的后植大直徑錨栓方法解決。另外，據中國有色金屬工業第六冶金建設公司統計，至2004年止該公司在有色、冶金、電力等工程中共后植直徑超過50mm的化學錨栓超過1000根；另據中冶賽迪集團有限公司統計，1990年到2010年間重鋼、攀鋼、武鋼和寶鋼等企業用于軋機、飛剪機、開荒機等設備改造工程中的后植直徑超過40mm的化學錨栓數量超過900根？梢灶A見，在經濟發展持續下行的環境下，為適應激烈的市場競爭和不斷增大的環保壓力，重工業領域設備技改活動加強對后植大直徑化學錨栓的應用需求還將持續增大。后植式錨栓形式多樣、種類繁多、性能差異大的問題使如何科學合理地設計后植大直徑錨栓，擺脫過往對其可靠性認識偏差是一個重要的問題。 迄今為止，國內外學者對后植化學錨栓的研究集中在直徑為6～28mm的范圍。試驗表明后植大直徑化學錨栓具有特殊的破壞模式和傳力性能，能適應這種變化的理論和規范還較為匱乏，F有ACI 318和ETAG-001規范還沒有后植化學錨栓的內容。《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145—2013)針對直徑小于40mm后植化學錨栓給出了平均黏結強度的設計方法，并規定了2～6MPa的黏結強度值，作者的前期研究已指出了這一規定應用于大直徑錨栓潛在的低安全儲備和高風險問題。大型設備重量大、運行荷載高，但為了獲得錨栓鋼材破壞模式，采用加大錨固深度的做法，會導致鉆孔垂直度和注膠凝固養護差等施工質量問題十分突出，并且實踐證明這種方法并不可行。埋深(6～20)d條件復合破壞模式的現場個別試驗方式，代表性差。對復合破壞模式的理論認識不足，使不科學的設計和施工造成的基礎錨固失效等問題時常發生，引發重大生產安全事故，如2007年6月攀鋼長尺軌5#軋機和2002年4月勝利石化總廠2#常壓塔錨栓基礎混凝土受拉開裂導致整條生產線長時間停車，造成巨大經濟損失和安全隱患。為此，中國冶金建設協會于2012年啟動了《冶金行業設備基礎后置錨栓技術規范》的編制研究工作，顯示了這一問題的緊迫性。 來源于采礦業的錨固技術，*初是通過以水泥砂漿為黏結劑向巖體植入錨桿來提高礦井通道圍巖的穩定性，經過了長期的發展而得到了大量的工程應用。近二十年來，隨著高性能黏結材料的產生和發展，以及錨固技術相對低廉的施工成本及其在設計和施工布局上的靈活性等優點，黏結式后錨固技術在結構改造與加固工程中越來越受到重視和應用。相對于傳統的預埋錨栓技術而言，黏結式錨固技術目前還沒有被廣泛接受的工程規范可以參照，同時工程師們對錨固基座混凝土受拉破壞的擔憂，使得后錨固技術常被用于輕荷載的臨時性結構工程中，黏結式后錨固技術一直被認為是一種不能承受重荷載的工程結構。隨著現代工業水平的發展，以及國外成功經驗的支持，黏結式后錨固技術的應用范圍正在逐步擴大。隨著我國后建筑時代的到來，結構加固與改造中采用黏結錨固技術來獲得設計和施工上的便利正成為不可避免的趨勢，如大型地鐵車站立式風機的懸吊安裝(圖1-1)、冷卻塔基礎的錨固安裝(圖1-2)、既有隧道改善運營條件的風機吊裝(圖1-3)、鋼結構基礎錨固結構(圖1-4)、冶金機械基礎錨固(圖1-5)。后植大直徑錨栓的另一重要應用是在大型工程設備和老舊機械設備改造工程中，為保證施工進度而常采用后植大直徑錨栓的方法進行錨固固定(圖1-6)。這些結構中有些是重荷載錨固，有的是為保障人員安全以應對可能出現非常規荷載的緊急設施，近些年，由于后錨固技術導致的地下結構災害的事故也時有發生(圖1-7)。一方面是由于地下結構數目越來越多，另一方面也是由于大眾對地下結構的安全問題越來越關注。雖然后植大直徑錨栓在地下結構中的應用已較為廣泛，但對其荷載作用下的受力和傳力機理的認識和科學的設計方法方面的研究還較少。且國內外相關規范僅給出了有限的設計方法，有關大直徑化學錨栓的研究和應用資料也還不多見。 圖1-1 大型立式風機懸吊安裝 圖1-2 冷卻塔基礎的錨固安裝 圖1-3 運營隧道新安裝風機 圖1-4 鋼結構基礎錨固結構 圖1-5 冶金機械基礎錨固 圖1-6 石油工業大型設備基礎錨固 圖1-7 隧道風機錨固失效 目前，ACI 318和ETAG-001等歐美規范主要針對后植機械式和預埋錨栓的設計情況，我國《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145—2013)所針對的是錨栓直徑d<28mm的錨栓。對于后植黏結式錨栓問題，以Ronald A. Cook、Rolf Eligehausen等為代表的學者的研究范圍集中在直徑為6～24mm的錨栓。他們通過對試驗資料的總結和數值分析分別提出了一些描述化學植筋承載能力的計算模型和群錨系統的設計方法。到目前為止，仍沒有一種方法得到廣泛的認可，而被列入相關規范正式條文。 化學黏結式后植大直徑錨栓設計內容主要包含單錨設計、邊距及間距設計和群錨的設計等，其中單錨栓的錨固性能研究是其他設計狀態的基礎。鑒于后植錨栓設計模型還未獲得*終的定型，尤其是地下工程中使用的重荷載大直徑后植錨栓技術的應用和研究還未得到系統的展開，因此，本書結合彈性分析、試驗研究和非線性數值分析，對后植大直徑錨栓在混凝土表面淺錐體+下部黏結破壞的復合破壞形式下的錨固性能、破壞模式、極限承載能力、黏結應力分布和相應設計參數與方法等問題進行研究，為地下結構中大型設備錨固和重要附屬結構的設計提供基礎資料，也為其他行業的相關應用提供一些參考。 1.2 后錨固技術國內外研究現狀 1.2.1 后植錨栓技術應用現狀 在后建筑時代背景下，各個行業的工業與民用結構和設備的安全運營對保障人民的生命安全和社會的有序運行十分重要[1]。設備或結構的改造和加固工程需要在已施工完成的主體結構上進行固定和安裝。由于設備和加固結構的復雜性以及主體結構施工工法的制約，設備的固定問題很難用設置預埋件的方法來完成，只能采取后植錨栓的方法來解決，而后植式錨栓又存在形式多樣、種類繁多、性能差異大的問題[2-18]。 后錨固技術中被ACI 318、ETAG-001以及我國《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145—2013)(以下簡稱《規程》)接受的部分是關于傳統機械式錨栓的技術。但《規程》規定：膨脹型錨栓和擴孔型錨栓不得用于受拉、邊緣受剪(c＜10hef)(c為錨栓與混凝土基材邊緣的距離；hef為錨栓有效錨固深度)、拉剪復合受力的結構構件及生命線工程中非結構構件的后錨固連接[19-25]。 如在地鐵工程領域，應急逃生通道、疏散平臺、接觸網和其他保障列車安全運行的機械電氣工程應屬生命線工程，不符合《規程》的要求；另一方面，按《混凝土結構加固設計規范》(GB 50367—2013)的條文規定進行計算，在荷載作用下大部分地鐵工程中需要后植的錨栓埋深需在20d以上，故而較大直徑的后植錨栓成為可行的選擇(圖1-8)。地下工程結構特殊的工作環境使其明顯區別于一般的工業民用建筑。其特殊性主要表現在如下幾個方面[26-27]： (1)列車高速行駛和風洞效應，以及大型設備本身工作引起的振動問題，在規范中往往采用數倍靜力承載力的方法來滿足振動沖擊荷載要求。 (2)地下結構環境中的地下水引起的腐蝕和雜散電流問題，對錨栓安裝時鉆孔的干燥度影響，以及后期的電化學腐蝕問題。 (3)隧道發生火災時局部溫度急劇升高要求的耐高溫問題。 通過試驗測試和在歐美地區大量工程應用的檢驗，我國北京、上海、成都、重慶等地鐵工程中的通風空調、給排水、FAS、BAS、AFC、供電、通信信號、專業管線等方面的后植錨栓技術被越來越多地應用，這種方便的錨固形式逐漸成為一種趨勢，還在不斷得到更重要的應用。 圖1-8 后植黏結式錨固在地下結構中的一些應用情況 1.2.2 后植錨栓種類 在混凝土基座中進行的錨固系統可以分為預埋錨栓和后植錨栓；后植錨栓根據錨固的傳力機理的不同又可以分為機械式后錨固和黏結式后錨固。為了在錨固點布置、設計和施工上獲得較大的靈活性和快捷便利，后植錨栓的方式無論在結構加固、新建結構或臨時錨固上都應用得越來越廣泛。圖1-9為錨固體系的基本類型，圖1-10為黏結形式的錨固分類。 圖1-9 錨固的基本種類
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