锚栓拉拔试验系统及试验方法与流程

本发明涉及建筑工程检验技术领域，具体涉及一种锚栓拉拔试验系统及在该系统下的试验方法。

背景技术：

常规的锚栓拉拔试验，首先是将锚栓植入墙体内，然后将拉拔仪的穿心千斤顶直接穿过锚栓放置在墙体上，对锚栓施加拉拔力的同时，将墙体作为支撑提供反力，完成试验。这种拉拔试验方式存在很大的弊端，就是试验时力的施加与传递与实际锚栓受力有很大的区别，这主要表现在两个方面：一是锚栓实际受力方向不一定是水平的，可能根据用途不同，会出现水平拉力，斜向上拉力，斜向下的拉力等多种情况，而常规试验只能提供水平向的拉力；二是试验时力的传递路径与实际受力不同，进而导致破坏模式及承载力测试的不准确，实际受力时，首先是外荷载传递给锚栓，然后由锚栓传递给墙体，进而墙体和锚栓出现破坏。但是，常规试验时墙体是在拉拔仪穿心千斤顶的限制作用下变形破坏的，所以只会出现很少部分的楔形破坏、界面滑脱破坏等，属于破坏面很小的破坏，而不会出现墙体的整体大面积破坏，这种破坏与实际墙体的破坏有很大的不同，而且承载力会偏高，使实际墙体处于一种不安全的状态。因此常规的锚栓拉拔试验急需改进。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种锚栓拉拔试验系统及试验方法，能够使拉拔试验过程中的受力情况与实际受力相一致、传力明确、试验数据更加准确。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种锚栓拉拔试验系统，包括拉拔仪、钢绞线以及支撑架；所述拉拔仪包括穿心千斤顶、液压缸和手动泵；

所述支撑架包括两组呈直角梯形形状的架体，所述直角梯形的上底边为架体的上部横梁、下底边为架体的下部横梁，与底边呈直角的腰为架体的侧边立柱、另一个腰为架体的斜杆，上底边的钝角一端到下底边的高为架体的中部立柱；侧边立柱与中部立柱中点之间的连线为架体的中部横梁，在所述中部横梁与下部横梁之间、中部横梁与上部横梁之间分别设有人字形支杆；所述中部立柱的下端与斜杆中点处之间连接有斜向支杆；

两个架体平行设置，一个架体上任意两条线的交点处与另一架体的对应位置通过连杆相连接；两个侧边立柱下端的连杆为前固定梁，两个斜杆下端的连杆为后固定梁，所述前、后固定梁的两端分别向两侧延伸出1/4～1/3的长度；

在两个上部横梁之上设有支撑垫板，在所述支撑垫板的中心位置设有拉线穿孔，在所述支撑垫板的下部、拉线穿孔与侧边立柱之间的位置设有转向滑轮；所述穿心千斤顶设置于所述支撑垫板之上，并与外部的手动泵和液压缸对应连接，所述穿心千斤顶的穿心孔与所述支撑垫板上的拉线穿孔位置相对应；

所述钢绞线的一端与固定在试验墙体上的锚固组件对应连接，另一端先绕过所述转向滑轮，再竖直穿过所述拉线穿孔和穿心千斤顶上的穿心孔后，用锚具固定在穿心千斤顶的上端。

优选的，所述锚固组件包括采用后钻孔方式穿入待测墙体的穿墙螺栓，以及套在所述穿墙螺栓上的拉线垫板；所述拉线垫板在墙体内外两侧各设置一个，在其中一侧的拉线垫板上设有拉线环，所述钢绞线的一端通过UT型线夹连接在所述拉线环上。

优选的，所述架体中的所有边、以及两架体之间的连杆均是由角钢通过焊接连接而成。

优选的，所述转向滑轮通过一个倒置的U型钢槽固定在所述支撑垫板下部，所述转向滑轮通过高强螺栓固定在所述U型钢槽的两侧边之间。

优选的，在所述下部横梁和前、后固定梁上分别设有用于将所述支撑架固定于地面上的膨胀螺栓孔。可通过膨胀螺栓将支撑架与地面牢固固定在一起。

优选的，组成所述架体的角钢为50×50×5mm的等边角钢；所述支撑垫板为300×300×20mm的钢板；所述拉线穿孔的直径为20～25mm。

在本发明的技术方案中，采用支撑架作为拉拔试验的支撑系统，将穿心千斤顶设置于支撑架的顶部，支撑垫板能够对拉拔仪的穿心千斤顶起到支撑作用。转向滑轮的主要作用是将斜向受力的拉线转换成竖直向上的拉线，有利于拉拔仪施加拉力。钢绞线一端与墙体上的锚栓固定后，另一端先绕过转向滑轮竖直向上走，再穿过支撑垫板上的拉线穿孔和穿心千斤顶的穿心孔，固定在穿心千斤顶的顶部。安装完毕后，按压手动泵控制穿心千斤顶对钢绞线施加向上的拉力。常规锚栓拉拔试验中将穿心千斤顶直接穿过锚栓放置在墙体上，因而只能提供与墙体垂直的、水平向的拉力，而本发明中，可通过调整支撑架与墙体的距离，来改变钢绞线与墙体之间的角度，即墙体的受力角度，而不再局限于穿心千斤顶只能施加垂直于墙体的拉力，能够在拉拔试验中模拟出墙体受到的各种不同角度、不同方向的力，使得试验检测结果更加全面。

常规试验时是使用墙体作为支撑、提供反力，墙体是在拉拔仪穿心千斤顶的限制作用下变形破坏的，其产生的破坏通常是楔形破坏、界面滑脱破坏等破坏面很小的破坏；而墙体实际受力时，首先是外荷载传递给锚栓，然后由锚栓传递给墙体，进而墙体和锚栓出现破坏。可见，常规试验中的受力路径与实际受力时是不同的，其产生的破坏类型与墙体实际受力时容易产生的大面积破坏也是不同的，这就容易造成常规试验中检测出的墙面承载力数据偏高，与墙体实际承载力不符，容易出现安全隐患。本发明避免了穿心千斤顶将墙体作为支撑提供反力，使得拉拔试验施加的荷载与墙体实际受力时产生的荷载相同，试验时力的传递路径与实际受力相同，检测结果更加准确，误差更小。

两组架体组成整个支撑架的骨架，是主要的受力构件，支撑架的结构按照工程力学原理来设置，两个架体中的上部横梁、中部横梁和下部横梁以及两架体之间的连杆提供了横向支撑力；两个架体的侧边立柱和中部立柱提供了竖向支撑力；两个架体的斜杆、斜向支杆和人字形支杆提供了斜向支撑力并能够分散支撑架的顶部受力，这样的结构使得支撑架的承载力更大，受力更加均匀、结构更加稳定。

本发明还涉及一种上述系统下的拉拔试验方法，包括下列步骤：

（1）墙体钻孔及拉线垫板安装：试验墙体采用后钻孔方式，在墙体上钻出四个钻孔位置，并分别穿入穿墙螺栓；在螺栓上套有拉线垫板，墙体内外两侧各一块；在墙体内侧的垫板上设有拉线环；

（2）支撑架定位及锚固：确定支撑架前固定梁距离墙体内侧的位置，并通过调整前固定梁与墙体内侧的距离来确定钢绞线的施力角度，将支撑架固定于地面上；

（3）拉拔仪安装：将穿心千斤顶安装在所述支撑垫板上的对应位置，钢绞线的一端固定于所述拉线环上，另一端绕过所述转向滑轮，再竖直穿过所述拉线穿孔和穿心千斤顶的穿心孔，用锚具固定在穿心千斤顶的上端；将所述穿心千斤顶与外部的手动泵、液压缸对应连接；

（4）位移计安装：位移计分别在拉线垫板周围30cm处均匀布置，并沿着拉线垫板竖向轴线布置到墙顶；

（5）施加荷载：按压拉拔仪的手动泵，控制所述穿心千斤顶对钢绞线施加荷载。

优选的，步骤（2）中，通过膨胀螺栓将所述支撑架固定于地面上；或通过在前、后固定梁上覆加压重和打固定木桩的方式将所述支撑架固定于地面上。

优选的，步骤（3）中采用UT型线夹将钢绞线连接在拉线环上；

优选的，步骤（4）中所述位移计为北京天瑞达生产的MFX-50式数显式位移计，测量精度为0.01mm。

利用上述试验系统进行锚栓拉拔试验时，避免了常规的锚栓拉拔试验中必须依靠墙体作为反力支撑，从而对试验结果造成重大影响的问题；另一方面，该支撑架自带的受力转换轮，可改变拉线受力角度，试验过程中可根据待测墙体上锚栓固定点的位置、拉线角度来确定前固定梁与墙体的距离，因为支撑体系中转向滑轮的位置高度是确定的，所以调整前固定梁与墙体的距离即可改变拉线的施力角度，以便对不同角度的拉线进行试验。

本发明的有益效果在于：

在充分考虑了常规锚栓拉拔试验中存在的不足之处和锚栓及墙体实际受力情况，设计了本发明锚栓拉拔试验系统，将穿心千斤顶放置在支撑垫板上，可以避免对墙体施加反力，通过使用转向滑轮能够将垂直于墙体的钢绞线转向竖直向上，将斜向受力的拉线转换成竖直向上的拉线，有利于穿心千斤顶向上施加拉力；同时，调节支撑架与墙体的距离，可以改变钢绞线与墙体的角度即拉线受力角度，有利于实现对锚栓施加不同方向的荷载。通过该拉拔仪支撑体系而做的拉拔试验，其受力情况与实际受力相一致、传力明确，试验数据更加准确。

附图说明

图1是本发明中支撑架结构示意图；

图2是两组架体拆去连杆后的结构示意图；

图3是支撑架的俯视结构示意图；

图4是拉拔试验时的钢绞线安装示意图；

图5是转向滑轮的侧视方向示意图；

图6是试验1中的钢绞线安装方式示意图；

图7是试验2中的钢绞线安装方式示意图；

图8是试验3中的钢绞线安装方式示意图；

图9是试验2、3中支撑架压重固定的示意图；

其中，1为上部横梁，2为下部横梁，3为侧边立柱，4为斜杆，5为中部立柱，6为中部横梁，7为人字形支杆，8为斜向支杆，9为连杆，10为前固定梁，11为后固定梁；12为支撑垫板，13为拉线穿孔，14为转向滑轮，15为穿心千斤顶，16为钢绞线，17为穿墙螺栓，18为U型钢槽，19为膨胀螺栓孔；20为墙体；21为压重范围；22为拉线垫板；23为拉线环；24为位移计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备。

实施例1：一种锚栓拉拔试验系统，参见图1-图5，拉拔仪、钢绞线以及支撑架。拉拔仪包括穿心千斤顶、液压缸和手动泵。支撑架包括两组呈直角梯形形状的架体；直角梯形的上底边为架体的上部横梁1、下底边为架体的下部横梁2，与底边呈直角的腰为架体的侧边立柱3、另一个腰为架体的斜杆4，上底边的钝角一端到下底边的高为架体的中部立柱5；侧边立柱3与中部立柱5中点之间的连线为架体的中部横梁6，在中部横梁6与下部横梁2之间、中部横梁6与上部横梁1之间分别设有人字形支杆7；中部立柱5的下端与斜杆4中点处之间连接有斜向支杆8；两个架体平行设置，一个架体上任意两条线的交点处与另一架体的对应位置通过连杆9相连接；两个侧边立柱下端的连杆为前固定梁10，两个斜杆下端的连杆为后固定梁11，前、后固定梁的两端分别向两侧延伸出1/3的长度；在下部横梁2和前、后固定梁上分别设有用于将支撑架固定于地面上的膨胀螺栓孔19，可通过膨胀螺栓将支撑架固定在地面上。架体中的所有边、以及两架体之间的连杆均是由50×50×5mm的等边角钢通过焊接连接而成。支撑垫板为300×300×20mm的钢板。

在两个上部横梁之上设有支撑垫板12，在支撑垫板12的中心位置设有拉线穿孔13，拉线穿孔13的直径为20mm。在支撑垫板12的下部、拉线穿孔13与侧边立柱3之间的位置设有转向滑轮14，转向滑轮14通过一个倒置的U型钢槽18固定在支撑垫板12下部，转向滑轮14通过高强螺栓固定在U型钢槽18的两侧边之间。穿心千斤顶15设置于支撑垫板12之上，并与外部的手动泵和液压缸对应连接，穿心千斤顶15的穿心孔与支撑垫板12上的拉线穿孔13位置相对应。钢绞线16的一端与固定在试验墙体20上的锚固组件对应连接，另一端先绕过转向滑轮14，再竖直穿过拉线穿孔13和穿心千斤顶15上的穿心孔，用锚具固定在穿心千斤顶15的上端。

锚固组件包括采用后钻孔方式穿入待测墙体的穿墙螺栓17，以及套在穿墙螺栓上的拉线垫板22；拉线垫板22在墙体内外两侧各设置一个，在其中一侧的拉线垫板22上设有拉线环23，钢绞线16的一端通过UT型线夹连接在拉线环23上。

实施例2：采用实施例1中锚栓拉拔试验系统的拉拔试验方法，包括下列步骤：

（1）墙体钻孔及拉线垫板安装：试验墙体20采用后钻孔方式，先在墙体上钻出四个钻孔位置，并分别穿入型号为M16的穿墙螺栓17；在螺栓上套有拉线垫板22，墙体20内外两侧各一块，拉线垫板22的尺寸为200*200*12mm；在墙体内侧的拉线垫板上设有拉线环23，并采用UT型线夹将钢绞线16连接在拉线环23上，有利于硬度大的钢绞线锚固，同时UT型线夹的可调性，有效弥补了拉拔仪最大拉伸距离不足的缺点。

（2）支撑架定位及锚固：确定支撑架前固定梁10距离墙体内侧的位置，并通过调整前固定梁10与墙体20内侧的距离来确定钢绞线16的施力角度；按照所需的距离将支撑架固定于地面上；支撑架的固定方式为膨胀螺栓固定：先确定地面钻孔位置并钻孔，再通过支撑架的下部横梁和前、后固定梁上的膨胀螺栓孔安装膨胀螺栓，将支撑架固定在地面上。如果地面是非硬化的或是强度不足，则可以在前后固定梁上采用上覆压重，打固定木桩的方式，同样可以达到固定的目的。

（3）拉拔仪安装：将穿心千斤顶15安装在支撑垫板12上的对应位置，钢绞线16的一端固定于拉线环23上，另一端绕过转向滑轮14，再竖直穿过拉线穿孔13和穿心千斤顶15的穿心孔，用锚具固定在穿心千斤顶15的上端；将穿心千斤顶15与外部的手动泵和液压缸对应连接，即完成安装。

（4）位移计安装：位移计24分别在拉线垫板周围30cm处均匀布置，并沿着拉线垫板竖向轴线布置到墙顶；位移计24为北京天瑞达生产的MFX-50式数显式位移计，测量精度为0.01mm。

（5）施加荷载：按压拉拔仪的手动泵，控制穿心千斤顶对钢绞线施加荷载。

采用实施例2中的方法进行锚栓拉拔试验如下：

试验1：待测墙体高度为1.0m，锚栓在墙体上的固定点距墙体底部0.3m，前固定梁与墙体内侧的间距为1330mm，拉线角度为30度，参见图6。采用地锚螺栓将支撑架固定在地面上，该方法适用于地面硬化较厚，硬化强度较高，能稳定膨胀螺栓的情况下。

试验2：待测墙体高度为0.6m，锚栓在墙体上的固定点距墙体底部0.3m，前固定梁与墙体内侧的间距为600mm，拉线角度为45度，参见图7。采用压重和打固定桩法将支撑架固定在地面上，在支撑架标定位置打入钢钎或是木桩，并在压重部位进行袋装砂石压重，压重固定的示意图见图9。该方法适用于地面无硬化，一般的压实地面。

试验3：待测墙体高度为1.0m，锚栓在墙体上的固定点距墙体底部0.3m，前固定梁与墙体内侧的间距为120mm，拉线角度为60度，参见图8。采用地锚螺栓和压重进行固定支撑体系，压重固定的示意图见图9。该方法适用于地面有一定的硬化层，但不足以稳定膨胀螺栓，需要上覆压重才能稳定，膨胀螺栓一方面起传力作用，另一方面起固定作用。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。