倒锥形化学锚栓设计计算

一、化学锚栓概述

化学锚栓由金属螺杆和锚固胶组成，通过锚固胶形成锚固作用的锚栓。化学锚栓分为普通化学锚栓和特殊倒锥形化学锚栓。化学锚栓用于在已建成的混凝土结构上安装其他结构的连接件，用于各种钢结构、幕墙、大理石干挂、设备及管道固定等施工中的后加埋件安装，也可用于设备安装，公路、桥梁护栏安装，建筑物加固改造等场合。

二、化学锚栓选用

《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2013 )16.1.4条、16.1.5条规定，在抗震设防区的结构中，以及直接承受动力荷载的构件中，不得使用膨胀螺栓作为承重结构的连接件。在抗震设防区承重结构中使用锚栓时，应采用后扩底锚栓或特殊倒锥形胶黏型锚栓，且仅允许用于设防烈度不高于8度，或当8度时建于I、II类场地的建筑物。

同时，不得考虑非开裂混凝土对其承载力的提高作用。《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)4.1.1 锚栓应按照锚栓性能、基材性状、锚固连接的受力性质、被连接结构类型、抗震设防等要求选用。锚栓用于结构构件连接时的适用范围应符合表4.1.1-1的规定：

表4.1.1-1 锚栓用于结构构件连接时的适用范围

4.1.2 金属锚栓应采取和使用环境类别相适应的防腐措施。碳素钢、合金钢机械锚栓表面应进行镀锌防腐处理，电镀锌层平均厚度不应小于5μm，热浸镀锌平均厚度不应小于45μm。在室外环境、常年潮湿的室内环境、海边、高酸碱度的大气环境中应使用不锈钢材质的锚栓，含氯离子的环境中应使用高抗腐不锈钢。不同环境条件下适用的锚栓材质类别可按表4.1.2选用。

表4.1.2 不同环境条件下适用的锚栓材质类别

三、混凝土基材要求

《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)3.1.1 锚栓锚固基材可为钢筋混凝土、预应力混凝土或素混凝土构件。3.1.2 冻融受损混凝土、腐蚀受损混凝土、严重裂损混凝土、不密实混凝土等，不应作为锚固基材。3.1.3 基材混凝土强度等级不应低于C20，且不得高于C60;安全等级为一级的后锚固连接，其基材混凝土强度等级不应低于C30。3.3.10 采用化学锚栓的混凝土结构，其锚固区基材的长期使用温度不应高于50度。

四、化学锚栓设计计算

化学锚栓受拉承载力应按锚栓钢材破坏、混合破坏、混凝土锥体受拉破坏、劈裂破等4种破坏类型，及单锚与群锚两种锚固连接方式，共计8种情况分别进行计算。对于单锚连接，外力与抗力比较明确，计算较为简单。对于群锚连接，情况较为复杂：当为钢材破坏时，破坏主要出现在某些受力最大锚栓，因此，一般只计算受力最大(Nhsd)锚栓即可;当为混合破坏、混凝土锥体破坏或劈裂破坏时，主要表现为群锚基材整体破坏，故取Ngsd进行整体锚固计算。后锚固连接破坏应控制为锚栓钢材受拉破坏或连接构件延性破坏。

下面以某储罐与基础的连接为例进行设计计算：

工程概况：某六度区化工储罐，工作温度不超过35度，与本部分预埋件对应的主体结构采用混凝土强度等级为C30。选用8.8级倒锥形特殊胶粘型M30，hef=680mm。荷载条件：设备专业提单个螺栓承受最大拉力为70KN，不承担弯矩和剪力。形式如下：

1、单个锚栓拉力设计值计算

由《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）

5.2.1 轴心拉力作用下，群锚各锚栓所承受的拉力设计值应按下式计算：

Nsd＝k1N/n    (5.2.1)

2、受拉承载力计算

（1）计算NRd,s：

《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）

6.1.2 机械锚栓钢材破坏受拉承载力设计值NRd,s应按下列公式计算：

NRd,s＝NRk,s/γRs,N    (6.1.2-1)NRk,s＝ƒykAs    (6.1.2-2)

式中：NRk,s——机械锚栓钢材破坏受拉承载力标准值(N)；

γRs,N——机械锚栓钢材破坏受拉承载力分项系数，按本规程表4.3.10 采用；As ——机械锚栓应力截面面积(mm2)；ƒyk——机械锚栓屈服强度标准值(N/mm2)。

γRs,N取值1.3，8.8级锚栓ƒyk取值640 N/mm2

NRk,s＝ƒykAs =640*561=359KN      

NRd,s＝NRk,s/γRs,N=359/1.3=276KN

（2）计算NRd,c：

《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）

6.1.3 混凝土锥体破坏受拉承载力设计值NRd,c应按下列公式计算：

式中：NRk,c——混凝土锥体破坏受拉承载力标准值(N)。

N0Rk,c——单根锚栓受拉时，混凝土理想锥体破坏受拉承载力标准值(N)。γRc,N——混凝土锥体破坏受拉承载力分项系数，按本规程表4.3.10采    用。ƒcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值(N/mm2)。当ƒcu,k不小于45N/mm2且 不大于60N/mm2时，应乘以降低系数0.95。hef——锚栓有效锚固深度(mm)。对于膨胀型锚栓及扩底型锚栓，为膨胀锥体与孔壁最大挤压点的深度。A0c,N——单根锚栓受拉且无间距、边距影响时，混凝土理想锥体破坏投影面面积(mm2)，按本规程第6.1.4条的规定计算。Ac,N——单根锚栓或群锚受拉时，混凝土实际锥体破坏投影面面积(mm2)，按本规程第6.1.5条的规定计算。ψs,N——边距c对受拉承载力的影响系数，按本规程第6.1.6条的规定计算。ψre,N——表层混凝土因密集配筋的剥离作用对受拉承载力的影响系数，按本规程第6.1.7条的规定计算。ψec,N——荷载偏心eN对受拉承载力的影响系数，按本规程第6.1.8条的规定计算。

6.1.4 单根锚栓受拉时，混凝土理想锥体破坏投影面面积A0c,N(图6.1.4)应按下式计算：

A0c,N＝s2cr,N      (6．1．4)

式中：scr,N——混凝土锥体破坏且无间距效应和边缘效应情况下，每根锚栓达到受拉承载力标准值的临界间距(mm)，应取为3hef。

6.1.5 单根锚栓或群锚受拉时，混凝土实际锥体破坏投影面面积Ac,N，应根据锚栓排列布置情况的不同，分别按下列公式计算：    1 单根锚栓，靠近构件边缘布置，且c1不大于ccr,N时(图6.1.5-1)

Ac,N＝(c1＋0．5scr,N)ssr,N     (6.1.5-1)

式中：c1——方向1的边距(mm)；        c2——方向2的边距(mm)；        s1——方向1的间距(mm)；        s2——向2的间距(mm)；        ccr,N——混凝土锥体破坏且无间距效应及边缘效应情况下，每根锚栓达到受拉承载力标准值的临界边距(mm)，应取为1.5hef。

6.1.6 边距c对受拉承载力的影响系数ψs,N应按下式计算。当ψs,N的计算值大于1.0时，应取1.0。

式中：c——边距(mm)，有多个边距时应取最小值。

6.1.7 表层混凝土因密集配筋的剥离作用对受拉承载力的影响系数ψre,N应按下式计算。当ψre,N的计算值大于1.0时，应取1.0；当锚固区钢筋间距s不小于150mm时，或钢筋直径d不大于10mm且s不小于100mm时，ψre,N应取1.0。

6.1.8 荷载偏心对受拉承载力的影响系数ψec,N应按下式计算。当ψec,N的计算值大于1.0时，应取1.0；当为双向偏心时，应分别按两个方向计算，ψec,N应取ψ(ec,N)1·ψ(ec,N)2。

式中：eN——受拉锚栓合力点相对于群锚受拉锚栓重心的偏心距(mm)。

（3）计算NRd,sp：

由于选用特殊倒锥形化学锚栓，适用于开裂混凝土的锚栓，且按照开裂混凝土计算承载力，所以可不考虑荷载条件下的劈裂破坏。

3、抗震承载力验算

《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）

8.2.2 后锚固连接控制为锚栓钢材受拉延性破坏时，应满足下列要求：

     1 单个锚栓

4、承载力验算：

《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）

4.3.5 后锚固连接承载力应采用下列设计表达式进行验算：

无地震作用组合：γ0S≤Rd    (4.3.5-1)有地震作用组合：γ0S≤kRd/γRE    (4.3.5-2)Rd＝Rk/γR    (4.3.5-3)

无地震作用组合：

γ0S=1.2*77=92.4KN≤NRd,s=276kKN≤NRD,c=377KN

有地震作用组合：

γ0S=1.0*77=77KN≤0.8*NRd,s=0.8*276=220kKN≤0.8*NRD,c=0.8*377=301KN

满足要求。

5、倒锥形化学锚栓通用设计说明：