膨胀螺栓受力影响因素分析研究

周斌

中国核工业第五建设有限公司 上海 201512

膨胀螺栓承载力一方面跟施工全过程的工艺质量有关系，另外一方面，膨胀螺栓钻孔深度、混凝土强度等级、混凝土厚度、膨胀螺栓偏心、膨胀螺栓距离混凝土边缘的边距、膨胀螺栓之间的间距也影响膨胀螺栓能承受的承载力。本文主要探讨下边距、间距的选择对膨胀螺栓承载力的影响。

1 概述

膨胀螺栓是将管路支、吊、托架或设备固定在墙上、楼板上、柱上所用的一种特殊螺纹连接件；膨胀螺栓根据类别分，有化学螺栓、自切底螺栓、敲击式螺栓、重型螺栓等；其中本文中探讨的工艺管道使用的是慧鱼厂家的重型螺栓即FH ⅡB型后膨胀套筒螺栓。

2 膨胀螺栓受力分析模型

这里，以某电力工程中系统H500203S-J3052-24/B图纸中TSM504-010吊架为分析模型，阐述步骤2.2.2划线定位工序中2个参数（边距、间距）对膨胀螺栓受力荷载的影响。

TSM504-010吊架根部为HW300的型钢，根部埋件需要承受垂直向下的Z向荷载为32.2485KN；该吊架的相关参数为：型号HW300，锚固钢板400×400×20mm，膨胀螺栓型号FH Ⅱ15/25B。

膨胀螺栓的相关参数为：螺杆直径M10，钻孔直径d0=15mm，钻孔深度h2=115mm，钻孔方法为锤钻成孔，钻孔清理为吹孔，安装方式为穿透式安装，套筒尺寸df=17mm，锚板厚度t=20mm。

先拟定偏心距为0mm、边距为540mm、间距为220mm等参数，为排除混凝土厚度对其他参数的影响，将混凝土厚度选取足够大，设定为1200mm；使用慧鱼厂家FIXPERIENCE软件，建立基础模型如下：

抗抵抗剪力验算后，计算结果如下：

（1）破坏形式为无悬臂的钢材破坏的，其荷载为8.06KN、承载力为13.67KN、利用率为59%；

（2）破坏形式为混凝土剪撬破坏的，其荷载为8.06KN、承载力为26.45KN、利用率为30.5%；

（3）破坏形式为混凝土边缘破坏的，其荷载为32.25KN、承载力为65.98KN、利用率为48.9%。

通过以上数据对照可知，根据拟定的偏心、边距、间距参数，抗无悬臂的钢材破坏荷载利用率为59.0%，抗混凝土剪撬破坏荷载利用率为30.5%，抗混凝土边缘破坏荷载利用率为48.9%，膨胀螺栓承受载荷情况良好，满足要求。

3 膨胀螺栓受力影响因素分析

3.1 边距因素分析

按照原始模型，保证偏心距为0mm、间距为220mm参数不变，调整边距为500mm，重新建立基础模型。抗抵抗剪力验算后，计算结果如下：

（1）破坏形式为无悬臂的钢材破坏的，其荷载为8.06KN、承载力为13.67KN、利用率为59%；

（2）破坏形式为混凝土剪撬破坏的，其荷载为8.06KN、承载力为26.45KN、利用率为30.5%；

（3）破坏形式为混凝土边缘破坏的，其荷载为32.25KN、承载力为60KN、利用率为53.7%。

从以上数据可以看出，在边距减少40mm后，序号（1）、序号（2）两个参数未发生变化，只有混凝土边缘抵抗破坏的承载力从以前的65.98KN降低到60.00KN；混凝土边缘抵抗破坏能力的利用率也从48.9%上升到了53.7%。

继续保证偏心距为0mm、间距为220mm参数不变，调整边距为460mm，如下：

抗抵抗剪力验算后，计算结果如下：

（1）破坏形式为无悬臂的钢材破坏的，其荷载为8.06KN、承载力为13.67KN、利用率为59%；

（2）破坏形式为混凝土剪撬破坏的，其荷载为8.06KN、承载力为26.45KN、利用率为30.5%；

（3）破坏形式为混凝土边缘破坏的，其荷载为32.25KN、承载力为54.2KN、利用率为59.5%。

从以上数据可以看出，在边距继续减少40mm后，序号1、序号2两个参数未发生变化，只有混凝土边缘抵抗破坏的承载力从以前的60.00KN降低到54.2KN；混凝土边缘抵抗破坏能力的利用率也从53.7%上升到了59.5%。

再将边距每次减少40mm后，得到每次的混凝土边缘抵抗破坏的承载力、凝土边缘抵抗破坏能力的利用率如下：

?

在边距逐渐减小时，混凝土边缘破坏承载力一直在下降；当达到295mm，即≈20d0(d0=15mm，即开孔直径)时，混凝土边缘破坏承载力基本接近吊架荷载32.25KN，混凝土边缘破坏利用率也基本达到100%。

3.2 间距因素分析

参照3.1中方式，保证边距参数，逐步调整间距，间距每次减少20mm，得到每次的混凝土边缘破坏的承载力、混凝土剪撬破坏承载力、及两者的利用率如下：

?

从上表可以看出，当间距减少时，混凝土边缘破坏的承载力逐步下降；而当间距缩小时，混凝土剪撬破坏承载力也逐步下降，且当间距缩小到200mm，即≈13d0(d0=15mm，即开孔直径)时，4个膨胀螺栓的剪撬破坏从以前单个螺栓的破坏形式，变成为4个膨胀螺栓所覆盖位置的整块破坏。另外，间距达到70mm时，膨胀螺栓的最小允许间距。

4 结论

经过设定参数，使用慧鱼FIXPERIENCE软件建立模型，采集输出数据，进行分析，得出以下初步结论；

当膨胀螺栓距离混凝土边缘的边距减小时，只有混凝土边缘破坏承载力一直在下降；当边距达到≈20d0(即开孔直径)时，混凝土边缘破坏利用率也达到100%。

当膨胀螺栓之间的间距减少时，混凝土边缘破坏的承载力、混凝土剪撬破坏承载力都会逐步下降；且当间距缩小到200mm，即≈13d0(d0=15mm，即开孔直径)时，4个膨胀螺栓的剪撬破坏从以前单个螺栓的破坏形式，变成为4个膨胀螺栓所覆盖位置的整块破坏。

本文中采集的数据量还不足，对膨胀螺栓的受力影响因素分析还较片面，还需要增加更多组数据进行分析，才能有细致、全面的结论。