抗震型双切面锚栓实验研究

1、  抗震型双切面锚栓实验研究   提  要 本文研究了双切面锚栓连结的石材幕墙抗震能力。用足尺模型石材幕墙试件，在振动台上模拟地震作用，对石材幕墙及其连接件进行了抗震实验，并对试件进行了实验前后拉拔极限承载力对比，实验结果表明该类型的锚栓是抗震型的锚栓。    我国金属与石材幕墙工程技术规范（JGJ133）规定，石材幕墙建筑高度不大于100米，设防烈度不大于8度，而实际工程中有的石材幕墙远超过了100米的建筑高度。我国是一个多地震的国家，建筑物及其围护结构的抗震要求越来越受到重视，石材幕墙的安装技术和连接构件都必须

2、满足抗震要求。尤其是对新技术新产品的应用，必须进行抗震实验研究。受杭州斯泰（STAN）幕墙机械有限公司的委托，中国建筑科学研究院对斯泰公司研制开发的STAN双切面技术及其配套的锚栓系列产品在石材幕墙中的连接应用进行了足尺模型模拟地震振动台实验，检验其抗震能力。    一、实验概况    STAN双切面锚栓连接的石材幕墙技术构成，是在石材板背面用特殊工具通过无损高速切削出四个可控制板厚的双切面扩底孔腔，孔腔内安装带有柔性套管和垫片的锚栓，然后再把锚栓通过连接件与幕墙龙骨连接。双切面钻头及其配套的锚栓如图1所示。双切面的其一切面是钻头，用

3、于钻孔 ；另一切面是钻头后部的切削圆盘，用于切削板材多余厚度以确保孔深一致，达到紧密接触以抵抗反复荷载作用。可见，不仅锚栓上的柔性套管和垫片避免了锚栓与石材直接接触，起到了隔振减振作用，而且双切面的作用沿孔深方向形成紧密连结，避免了锚栓在反复荷载作用下顶撞孔底石板的可能性，从而形成三向抗震设防。    中国建筑科学研究院对斯泰公司的STAN双切面后切背栓式锚栓石材幕墙和千思板幕墙结构进行了振动台模拟地震动力实验。实验的目的是测试石材板幕墙、千思板幕墙背栓式连接形式在振动台模拟地震作用时的抗震性能及其可能的破坏情况。实验是在5m×5m的大型振动台上进行，模

4、型主体结构为钢框架，尺寸为3m×3m×5m。龙骨与主体结构的连接全部采用螺栓连接，实验用龙骨采用广东南海华亚铝材厂生产的STAN石材幕墙专用铝型材，花岗岩石材板是广东 “西丽红” 花岗石材板，其面板抗弯强度为8.39MPa，容重为26.8KN/m3。所用锚栓置入石板深度分别为11mm、12mm、15mm、18mm，置入千思板深度分别为4.5mm、6.5mm、8.5mm。锚栓规格直径为M6mm，采用斯泰A、B、C、D、H、I型多种不同规格的双切面抗震锚栓。实验用板块面积大小各异，板厚也不相同，而且受力连接有置入四颗锚栓，也有少量的板置入两颗锚栓的。其目的就是测试不同板厚、不同

5、板块大小、不同置入深度和不同锚栓数目的板块在振动时的动力反应有何区别。    二、实验模型及方案    为了检验背栓式连接石材幕墙的抗震性能，我们选用了变形能力较大的钢框架作为干挂这种石材幕墙的主体结构。根据实验室条件，主体钢框架的外形尺寸设计为3×3×5m,试验模型主要部件如图2、3、4、5所示。其中，钢框架的设计要合理，既不能太柔，更不能太刚。因为幕墙抗震实验是检验其随钢框架变形而变形的能力。若太柔会出现震级水平未达到而位移超限，太刚则相反且为假象。实验的过程是：首先输入白噪声波，测试实验模型面内和面外两个方向

6、的动力特性；然后按8度抗震设防要求，在两个方向分别输入加速度为70gal的人工波和EL-Centro地震波作用（图6，7），测试小震下幕墙实验模型的动力反应；接着再输入加速度最大峰值为100gal、200gal的人工波和EL-Centro地震波作用，测试设防烈度（中震）下的实验模型的动力反应；最后采用的EL-Centro波，加速度最大峰值分别为300gal、400gal、900gal、960gal进行振动破坏性实验。抗震实验后又对该石材板做了锚栓拉拔测试对比，检验经振动实验后石材板抗拉拔强度有何变化。振动台的主要参数如下：     台面尺寸： 5

7、5;5 m； 最大载重量：20 T；     工作频段：0.1120Hz     振动方向： 两个水平向和竖向的平动以及绕三个轴的     转动，共三向六自由度。     振动波形： 各种地震波、随机波；     最大加速度：水平向1.0g，竖向0.7g     最大速度： 水平向±400 mm/s，竖向±300 mm/s &#

8、160;   最大位移： 水平向±40 mm，竖向±30 mm     最大倾覆力矩： 35 T·m； 试件最大重心高度：1 m；试件最大偏心矩： 1 m实验中使用的传感器、放大器的主要特性见下表。     传 感 器    名 称 型号 类型 额定值 灵敏度系数    应变计 3×5 电阻式 120 2    加速度计 PCB M352C 压电晶体式 ±1

9、00 g 约100 mV/g     放 大 器     名称型号  主 要    特 性     输入阻抗: 100M 共抑比: 100Db     输入电压: 0±100mV 输出电压: 0± 10V     应变放大器 增益: 100、200、500、1000 各档间×14连续可调    YF

10、3817 清零平衡: 自动±5000、手动±100     频响范围:010 kHz -3 dB ± 1dB     滤波器: 10、100、1k Hz    主放大器 输入电压: ± 10.24V 增益调节: 11000    K3238A-41     三、实验数据    （1） 白噪声激振实验工况下试件自振特性表    方

11、 向 第一阶 第二阶     频率(Hz) 阻尼比(%) 频率(Hz) 阻尼比(%)    X 4.614 4.83 14.857 2.81    Y 3.530 7.76 13.072 3.78    由于实验用钢框架的四个立面干挂石材板的幕墙结构不同，一组对面是小单元式，另一组对面是大单元式，它们的刚度不同，形成整体试件后的两个方向自振频率也就不同，位移反应值也不相近。可见，维护结构对框架主体结构的动力特性有明显的影响，这在模型设计时应考虑到的。 &#

12、160;  这里给出的层间瞬时位移反应最大值是通过检测到的加速度瞬时曲线进行积分所得，积分函数和积分过程都是由计算机按特定的程序自动完成。限于篇幅，不在此列出中间数据，有实验报告可查。    四、结论    （1） 在较高地震加速度作用下，幕墙的下部连接件在龙骨上可滑动，从而能有效地减小一部分地震作用.实验表明,该连接件的可滑动幅度较合理,在大震时没有发生明显的幕墙板块间相互碰撞现象.    （2） 由于锚栓安装了柔性抗震套管和垫片，避免了不锈钢锚栓与石材孔直接接触，在经历了多次振动实验后，孔周石材损伤较小，从振动实验后的石材锚栓拉拔对比测试数据可见（略），石材板栓孔处抗拔极限承载力几乎没有变化。证明斯泰双切面锚栓是抗震型锚栓。    （3）实验设计为8度抗震设防，类场地土，主体结构为3×3×5m的钢框架，从各级地震加速度作用下的层间最大动态位移值可见，石材幕墙模型最大层间位移角约为1/55，石材幕墙结构完好无损，证明该幕墙结构能够抵抗较