连接件是工程行业常用的结构连接产品的统称。
其中,锚栓作为建筑行业常用的一款连接件产品,一般是金属制成,几乎每个工程或多或少都会借助锚栓把管线、设备、非结构构件安装到主体结构上。
锚栓在服役过程中既受拉也受剪,受剪的计算方式得看破坏形式,破坏形式之一就是锚栓钢材受剪破坏,钢材受剪破坏形式之一是不带悬臂工作状态下的破坏,此即为“纯剪破坏”,如图1所示。
图1 锚栓“纯剪破坏”
“纯剪破坏”的通用验算方式为:
VEk≤αAfu公式1
其中VEk是所受剪力,A是锚栓截面积,fu为材料抗拉强度,α为折减系数,一般取0.6(fu≤500MPa)或0.5(fu≤1000MPa)。
一、为什么按60%折减?
只能说米塞斯屈服准则只是原因之一,这个数字最终是基于众多行业前辈们的分析和验证成果来确定的,包括但不限于:
Fuchs,Eligehausen,1981年,0.6(金属锚栓),基于超过220组试验;
Klingner,Mendonca,Roik,1982年,0.7(大头锚钉)
Anderson,Meinheit,2000年,1.0(大头锚钉)
Valtinat,1982年,0.625(机械锚栓)
Schmidt,Knoblauch,1988年,0.68(4.6级栓钉)、0.6(10.9级栓钉)
Klingner,Mendonca,1982年,0.675(抗剪栓)、0.7(大头栓钉)
Cook,Klingner,1989年,0.6(切底锚栓)
有关Fuchs,Eligehausen得到的0.6,还有个小故事值得插播一下。
当时他们实际分析出来的数据并不是0.6而是0.68。但是由于疏忽,他们没有记录金属锚栓的实际强度。不过根据他们的经验,金属锚栓的实际强度比标准值高出10%——20%,于是二人取中15%,从0.68折减到0.6。
以上是数字0.6的故事。
二、如何判断是否“纯受剪”?
虽然知道了计算方式,不过还有一个很关键的问题没有说:什么情况才会被认为是“纯受剪”状态?这个问题可以用下面两张图来表示。
图2 连接钢板与混凝土面贴合
第一种情况:被连接钢板直接和混凝土贴合(图2-左所示),毫无疑问“纯受剪”;虽然与混凝土贴合,但是内螺纹锚栓凸出混凝土面层,如果凸出部分超过被连接钢板厚度的一半(图2-右所示),就可以认为是“纯受剪”状态。
图3 连接钢板与混凝土面层之间设置(薄)找平层
第二种情况:混凝土面不平整,为了保持平整度会在被连接钢板和混凝土面层之间设置找平层(砂浆垫层),如果垫层强度既不低于混凝土基材强度也不低于30MPa(并且垫层与基材混凝土之间最好设置粗糙面),且其厚度低于锚栓直径的一半,则可以认为是“纯受剪”状态,如图3所示。
对于第二种情况,如果垫层厚度超过Φ/2怎么办?是否就一定不能按“纯受剪”状态处理?也不尽然。
如果符合以下条件即使超过Φ/2,也可以按“纯受剪状态”计算,只不过承载力要基于公式1进行折减:
在剪力方向至少有2个锚栓,且锚栓间距不低于10Φ
被连接钢板没有外在拉力(防止钢板和垫层脱离)和弯矩作用(这一点主要是为了防止垫层受压)
垫层厚度t不超过40mm也不超过5Φ
垫层满布于被连接钢板下方,且与混凝土基材之间设置粗糙面,其强度既不低于混凝土基材也不低于30MPa
如图4所示。
图4 连接钢板与混凝土面层之间设置(厚)找平层
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