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細說建筑幕墻用機械錨栓的受拉和抗剪承載力

2018-09-26  來自: 南京曼卡特科技有限公司 瀏覽次數:2347

在做幕墻項目時,有客戶會關心機械錨栓的受拉和抗剪承載力。下面小編就和大家聊聊建筑幕墻用機械錨栓的基礎力學知識和簡單的計算方法,不過此方法僅限于幕墻工程。非幕墻工程,如加固工程、安裝工程,關于錨栓的設計、計算則不能按照此方法進行。

 

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縱坐標為鋼材應力,橫坐標為隨著應力的改變,鋼材發生的應變(變形量)

1.彈性階段

曲線中OA段是一條直線,應力與應變成正比。如卸去外力,試件能恢復原來的形狀,這種性質即為彈性,此階段的變形為彈性變形。與A點對應的應力稱為彈性極限,以σp表示。應力與應變的比值為常數,即彈性模量E,E=σ/ε。彈性模量反映鋼材抵抗彈性變形的能力,是鋼材在受力條件下計算結構變形的重要指標。

2.屈服階段

應力超過A點后,應力、應變不再成正比關系,開始出現塑性變形。應力的增長滯后于應變的增長,當應力達B上點后(上屈服點),瞬時下降至B下點(下屈服點),變形迅速增加,而此時外力則大致在恒定的位置上波動,直到B點,這就是所謂的“屈服現象”,似乎鋼材不能承受外力而屈服,所以AB段稱為屈服階段。與B下點(此點較穩定、易測定)對應的應力稱為屈服點(屈服強度),用σs表示。

鋼材受力大于屈服點后,會出現較大的塑性變形,已不能滿足使用要求,因此屈服強度是設計上鋼材強度取值的依據,是工程結構計算中非常重要的一個參數。

3.強化階段

當應力超過屈服強度后,由于鋼材內部組織中的晶格發生了畸變,阻止了晶格進一步滑移,鋼材得到強化,所以鋼材抵抗塑性變形的能力又重新提高,BC呈上升曲線,稱為強化階段。對應于最高點C的應力值(σb)稱為極限抗拉強度,簡稱抗拉強度。

顯然,σb是鋼材受拉時所能承受的最大應力值。屈服強度和抗拉強度之比(即屈強比=σs/σb)能反映鋼材的利用率和結構安全可靠程度。屈強比越小,其結構的安全可靠程度越高,但屈強比過小,又說明鋼材強度的利用率偏低,造成鋼材浪費。建筑結構鋼合理的屈強比一般為0.600.75

4.頸縮階段

試件受力達到最高點C點后,其抵抗變形的能力明顯降低,變形迅速發展,應力逐漸下降,試件被拉長,在有雜質或缺陷處,斷面急劇縮小,直到斷裂。故CD段稱為頸縮階段。

中碳鋼與高碳鋼(硬鋼)的拉伸曲線與低碳鋼不同,屈服現象不明顯,難以定屈服點,則規定產生殘余變形為原標距長度的0.2%時所對應的應力值,作為硬鋼的屈服強度,也稱條件屈服點,用σ0.2表示。

 細2.jpg

 

 

鋼材承載時,如承載力突破屈服強度,則非常危險,因此,無論怎樣設計,都必須保證鋼材的受拉在屈服強度之下。此外,還需要考慮相應的分項系數、安全系數。

按相關規范,機械錨栓的基礎數據如下:

碳鋼及合金鋼錨栓鋼材強度設計指標 

 

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從表格中可以看出,錨栓鋼材的抗拉強度設計值為抗拉強度標準值的0.60倍,抗剪切設計值為抗拉設計值的0.60倍。換句話說,錨栓螺桿受剪時,螺桿的受剪切設計值為螺桿鋼材受拉標準值的0.36倍。

這里,需要強調的是:上述倍率關系,僅限于標準的螺桿鋼材!

機械錨栓螺桿有效截面積:

   M10螺桿有效截面積:58mm2 

   M12螺桿有效截面積:84.3mm2 

   M16螺桿有效截面積:157mm2

有效截面積的意思是:螺栓在破壞時,破壞總發生在最薄弱的,就是最小的截面上。螺栓因為有螺紋的存在,所以,破壞必須發生在螺紋谷處。而并非3.14×R2,此處R為螺桿(圓鋼部分)的半徑。

單純為螺桿受剪、不考慮開裂混凝土因素,且錨栓處于被拉斷狀態,我們可以進行一下計算:

   受拉承載力設計值Nat=fud,t×As 

   Nat------錨栓剛才受拉承載力設計值

   fud,t-----錨栓鋼材用于抗拉計算的強度設計值

   AS-----錨栓有效截面積

例如,機械錨栓螺桿為5.8級,M12直徑,則該錨栓在足夠埋深下(可以拉斷的埋深),其抗拉設計值為84.3×310/1000=26.13(KN)

錨栓抗剪承載力公式(無杠桿臂受剪)Va=fud,v×As

例如,機械錨栓螺桿為5.8級,M12直徑,則單純螺桿抗剪設計值計為84.3×180/1000=15.17(KN )

上述對于抗剪切的計算,僅限于螺桿受剪切,即:預置式安裝。穿透式安裝時錨栓的抗剪切設計值是無法計算的,只能通過若干次抗剪切實驗,獲得足夠數量的數據后,進行歸納整理,再考慮置信水平、變異系數后來獲得。

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編輯者:南京曼卡特,如需轉載,請注明出處

原文鏈接:https://www.njmkt.net/Article/xsjzmqyjxm.html

 

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