細說(shuō)建筑幕墻用機械錨栓的受拉和抗剪承載力

在做幕墻項目時(shí)，有客戶(hù)會(huì )關(guān)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(xué)知識和簡(jiǎn)單的計算方法，不過(guò)此方法***于幕墻工程。非幕墻工程，如加固工程、安裝工程，關(guān)于錨栓的設計、計算則不能按照此方法進(jìn)行。

縱坐標為鋼材應力，橫坐標為隨著(zhù)應力的改變，鋼材發(fā)生的應變（變形量）

1.彈性階段

曲線(xiàn)中OA段是一條直線(xiàn)，應力與應變成正比。如卸去外力，試件能恢復原來(lái)的形狀，這種性質(zhì)即為彈性，此階段的變形為彈性變形。與A點(diǎn)對應的應力稱(chēng)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(guò)A點(diǎn)后，應力、應變不再成正比關(guān)系，開(kāi)始出現塑性變形。應力的增長(cháng)滯后于應變的增長(cháng)，當應力達B上點(diǎn)后（上屈服點(diǎn)），瞬時(shí)下降至B下點(diǎn)（下屈服點(diǎn)），變形迅速增加，而此時(shí)外力則大致在恒定的位置上波動(dòng)，直到B點(diǎn)，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(chēng)為屈服階段。與B下點(diǎn)（此點(diǎn)較穩定、易測定）對應的應力稱(chēng)為屈服點(diǎn)（屈服強度），用σs表示。

鋼材受力大于屈服點(diǎn)后，會(huì )出現較大的塑性變形，已不能滿(mǎn)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(gè)參數。

3.強化階段

當應力超過(guò)屈服強度后，由于鋼材內部組織中的晶格發(fā)生了畸變，阻止了晶格進(jìn)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，B一C呈上升曲線(xiàn)，稱(chēng)為強化階段。對應于最高點(diǎn)C的應力值（σb）稱(chēng)為極限抗拉強度，簡(jiǎn)稱(chēng)抗拉強度。

顯然，σb是鋼材受拉時(shí)所能承受的***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(guò)小，又說(shuō)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0.60～0.75。

4.頸縮階段

試件受力達到最高點(diǎn)C點(diǎn)后，其抵抗變形的能力明顯降低，變形迅速發(fā)展，應力逐漸下降，試件被拉長(cháng)，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小，直到斷裂。故CD段稱(chēng)為頸縮階段。

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

鋼材承載時(shí)，如承載力突破屈服強度，則非常危險，因此，無(wú)論怎樣設計，都***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(guān)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 

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(huà)說(shuō)，錨栓螺桿受剪時(shí)，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(guān)系，***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(shí)，破壞總發(fā)生在***薄弱的，就是***小的截面上。螺栓因為有螺紋的存在，所以，破壞***發(fā)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?yōu)槁輻U受剪、不考慮開(kāi)裂混凝土因素，且錨栓處于被拉斷狀態(tài)，我們可以進(jìn)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(wú)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，***于螺桿受剪切，即：預置式安裝。穿透式安裝時(shí)錨栓的抗剪切設計值是無(wú)法計算的，只能通過(guò)若干次抗剪切實(shí)驗，獲得足夠數量的數據后，進(jìn)行歸納整理，再考慮置信水平、變異系數后來(lái)獲得。

編輯者：南京曼卡特，如需轉載，請注明出處

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