鋼柱腳錨栓的設(shè)計(jì)方法PPT

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)方法法——鋼柱腳錨錨栓的設(shè)設(shè)計(jì)方法法主要內(nèi)容容7.1錨栓的類類型7.2國內(nèi)外對(duì)對(duì)錨栓研研究的概概況7.3錨栓抗剪剪的計(jì)算算方法7.4錨栓抗拉拉和抗剪剪計(jì)算方方法7.5單個(gè)螺栓栓承載力力總結(jié)7.6錨栓內(nèi)力力計(jì)算7.7基于極限限狀態(tài)的的柱腳設(shè)設(shè)計(jì)方法法7.8外包式柱柱腳設(shè)計(jì)計(jì)7.9埋入式鋼鋼柱腳的的傳力分分析與設(shè)設(shè)計(jì)7.1錨栓的類類型錨栓分為為：鉆孔孔錨栓和和灌注錨錨栓。本本章主要要介紹灌灌注錨栓栓。根據(jù)埋入入端形狀狀的不同同分為：：L形、J形、帶釘釘頭以及及帶錨板板四種。。L形及J形錨栓是是依靠粘粘結(jié)錨固固的錨栓栓，但L形錨栓可可能從混混凝土中中拔出，，產(chǎn)生不不穩(wěn)固的的破壞模模式。J形錨栓的的彎鉤是是構(gòu)造要要求。帶端承板板的錨栓栓是承壓型型錨栓，，但是端端承板越越大，端端承板底底面高度度處基礎(chǔ)礎(chǔ)混凝土土有效抗抗拉截面面越小。。這種錨錨栓在我我國得到到廣泛應(yīng)應(yīng)用。7.1錨栓的類類型歐美國家家主張避避免在錨錨栓端頭頭上設(shè)置置金屬板板來提高高抗拔出出強(qiáng)度。。原因：（1）端頭鋼板板所起的的作用僅僅僅是從從錨栓中中心線向向外延展展被拔出出的圓錐錐體，這這對(duì)增強(qiáng)強(qiáng)錨栓抗抗拉承載載力所起起的作用用與增加加埋深是是一樣的的；（2）后者的的制作成成本更低低。7.1錨栓的類類型英國廣廣泛采采用基基礎(chǔ)上上帶預(yù)預(yù)留孔孔的灌灌注錨錨栓。。錨栓直直徑較較?。ǎā堞?6）的情情況：：如下下圖（（a）錨栓直直徑較較?。ǎā堞?6）的情情況：：如下下圖（（b）7.2國內(nèi)外外對(duì)錨錨栓研研究的的概況況國內(nèi)研研究情情況（1）李德德滋靜靜力性性能目前的的柱腳腳設(shè)計(jì)計(jì)方法法以文文獻(xiàn)[1]（李德德滋.鋼柱柱柱腳錨錨栓的的應(yīng)力力分析析和設(shè)設(shè)計(jì)））為基基礎(chǔ)。。（2）于安安麟抗抗震性性能文獻(xiàn)[6-8]是在柱柱腳滯滯回曲曲線試試驗(yàn)研研究基基礎(chǔ)上上提出出了確確定整整個(gè)柱柱腳節(jié)節(jié)點(diǎn)抗抗彎和和抗剪剪承載載力的的方法法。7.2國內(nèi)外外對(duì)錨錨栓研研究的的概況況國外研研究情情況國外更更加關(guān)關(guān)注單單個(gè)錨錨栓的的承載載力，，破壞壞方式式等，，對(duì)第第二方方面的的研究究卻很很少。。美國ACI349-85《核能結(jié)結(jié)構(gòu)規(guī)規(guī)范》附錄B對(duì)錨栓栓的計(jì)計(jì)算和和設(shè)置置有詳詳細(xì)的的要求求，還還專門門編制制了錨錨栓的的設(shè)計(jì)計(jì)導(dǎo)則則。7.2.1錨栓僅僅受拉拉力情情況1.錨栓桿桿達(dá)到到抗拉拉承載載力極極限。。（希希望的的破壞壞形式式）錨栓拉拉斷承承載力力為：：為錨栓栓有效效抗拉拉面積積，為為錨栓栓的屈屈服強(qiáng)強(qiáng)度。。2.基礎(chǔ)混混凝土土與錨錨桿的的粘結(jié)結(jié)破壞壞。取粘結(jié)結(jié)應(yīng)力力與混混凝土土抗拉拉強(qiáng)度度相相同同，為錨栓栓桿直直徑，，為為埋埋入深深度。。由于粘粘結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度低低，為為防止止粘結(jié)結(jié)破壞壞，要要求采采用較較大大的的埋入入深度度。7.2.1錨栓僅僅受拉拉力情情況3.圓錐形形混凝凝土達(dá)達(dá)到抗抗拉承承載極極限。。單個(gè)錨錨栓：：采用水水平投投影面面進(jìn)行行計(jì)算算，混混凝土土抗拉拉力計(jì)計(jì)算簡簡化為為,為錨栓栓釘頭頭直徑徑錨栓群群：考慮各各錨栓栓破壞壞錐體體相互互重疊疊的情情況。。，為為從從屬于于該錨錨栓的的錐體體水平平投影影面積積。7.2.1錨栓僅僅受拉拉力情情況由和和可可以確確定錐錐體破破壞決決定的的埋入入長度度，有有兩者者確定定的埋埋入長長度比比較見見下表表7-1。7.2.2錨栓僅僅受剪剪力情情況剪力由由錨栓栓通過過承壓壓傳給給周圍圍混凝凝土，，剪力力使錨錨栓受受彎，，錨栓栓彎曲曲使混混凝土土壓碎碎。試試驗(yàn)表表明，，若不不存在在底板板，高高度約約為螺螺栓直直徑1/4的楔形形混凝凝土塊塊能自自由形形成并并完全破破碎，，此時(shí)時(shí)錨栓栓節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的抗抗剪剛剛度急急劇減減小。上部無無約束束的楔楔體在在受力力作用用下，，將向向上翻翻轉(zhuǎn)。。7.2.2錨栓僅僅受剪剪力情情況當(dāng)距離離增大大時(shí)，，錨栓栓彎曲曲變形形很明明顯，，抗剪剪剛度度減小小。這這種節(jié)節(jié)點(diǎn)的的一個(gè)個(gè)例子子是當(dāng)當(dāng)?shù)装灏迮c基基礎(chǔ)混混凝土土之間間有一一層較較弱的的灰漿漿層隔隔開或或高位位錨栓栓，灰灰漿的的存在在使得得在剪剪力作作用下下錨栓栓能較較自由由地彎彎曲變變形。。當(dāng)錨錨栓在在剪力力作用用下向向一側(cè)側(cè)傾斜斜時(shí)，，錨栓栓中形形成斜斜拉力力，錨錨栓依依靠混混凝土土的錨錨固作作用來來抗剪剪。7.2.2錨栓僅受剪剪力情況若錨栓群組組通過一塊塊底板承受受剪力，且且底板埋置置在混凝土土中(如右圖c)，荷載將以以更加有效效的方式傳傳遞開，因因此此時(shí)底底板下的混混凝土受到到更大的約約束，而且且底板邊緣緣混凝土通通過承壓形形成抗剪能能力。7.2.3錨栓既受拉拉力又受剪剪力的情況況受拉側(cè)的錨錨栓屈服，，柱腳在有有或沒有微微小滑移的的情況下，，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)不斷發(fā)展展?；A(chǔ)外伸邊邊緣尺寸過過小，致使使在底板壓壓力作用下下的混凝土土基礎(chǔ)邊緣緣外被壓裂裂（劈裂））?；炷量箟簤簭?qiáng)度不足足，在壓力力作用下基基礎(chǔ)發(fā)生局局部承壓破破壞。錨栓端部的的錨固力不不足，整個(gè)個(gè)錨栓呈錐錐體拔出。。錨栓粘結(jié)力力不足被拔拔出?；A(chǔ)混凝土土抗剪強(qiáng)度度不足，使使錨栓周圍圍的混凝土土沿45°斜線剪壞。。錨栓受剪彎彎曲時(shí)，與與錨栓接觸觸的混凝土土產(chǎn)生永久久變形而破破壞。7.3錨栓既受拉拉力又受剪剪力的情況況1.于安麟等建建議的方法法式中，為為修正系數(shù)數(shù)，低位錨錨栓可以取取0.65，高位錨栓栓可以取0.4。為參參與抗剪的的錨栓總數(shù)數(shù)。2.李德滋等建建議的方法法式中，，，為錨錨栓數(shù)量。。7.3錨栓既受拉拉力又受剪剪力的情況況3.國外研究結(jié)結(jié)論a.(配合抗力分分項(xiàng)系數(shù)1.111使用)式中，為為錨栓栓毛截面面面積，為為錨栓抗抗拉極限強(qiáng)強(qiáng)度。b.(配合抗力分分項(xiàng)系數(shù)1.5使用)式中，為為錨栓栓直徑，為為圓圓柱體混凝凝土抗壓強(qiáng)強(qiáng)度。錨栓的抗剪剪承載能力力取上面兩兩個(gè)中的較較小值。7.3錨栓既受拉拉力又受剪剪力的情況況4.混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范范（GB50010-2002）預(yù)埋件設(shè)設(shè)計(jì)方法其中，時(shí)時(shí)取0.7，為錨栓栓直徑。該式主要是是對(duì)錨栓直直徑小于等等于25的情況，且且只適用于埋埋板頂面與與基礎(chǔ)混凝凝土面平齊齊的情況。。7.3錨栓既受拉拉力又受剪剪力的情況況5.英國的方法法英國對(duì)柱底底板上孔徑徑的要求是是：當(dāng)時(shí)時(shí)當(dāng)時(shí)時(shí)6.美國核工業(yè)業(yè)結(jié)構(gòu)預(yù)埋埋件設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)定（ACI349-85）7.4錨栓抗拉和和抗剪計(jì)算算方法1.李德滋教授授推薦的計(jì)計(jì)算方法式中，為為每個(gè)個(gè)錨栓單純純受拉時(shí)的的抗拉能力力，，分別為為每個(gè)錨栓栓同時(shí)承受受的拉力和和剪力。2.美國ACI349-85計(jì)算方法式中，，，C為剪切系數(shù)數(shù)，等于摩摩擦系數(shù)和和乘積的倒數(shù)數(shù)。7.4錨栓抗拉和和抗剪計(jì)算算方法3.于安麟等建建議的方法法上式的摩擦擦抗力考慮慮了錨栓拉拉力使得基基礎(chǔ)混凝土土反力增加加的有利影影響。4.按照普通螺螺栓的拉剪剪聯(lián)合作用用曲線取抗剪和抗抗拉強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值與普普通螺栓完完全相同。。7.5單個(gè)螺栓承承載力總結(jié)結(jié)1.前文介紹的的各種方法法都有其合合理的地方方。2.我國錨栓的的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值僅為歐歐美等國家家的2/3～3/4。3.我們國家規(guī)規(guī)定不考慮慮錨栓抗剪剪，相反，，英國有只只能抗剪不不能抗拉的的錨栓。4.在多少錨栓栓參與抗剪剪的問題上上，存在不不同的做法法，它與錨錨栓的構(gòu)造造有關(guān)。7.5單個(gè)螺栓承承載力總結(jié)結(jié)5.錨栓的抗剪剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值應(yīng)該取取多大？存存在不同的的觀點(diǎn)。6.錨栓抗剪和和摩擦力抗抗剪是否能能同時(shí)考慮慮？英國不不考考慮摩擦力力抗剪美國同同時(shí)考考慮錨栓和和摩擦力抗抗剪李德滋超超過摩摩擦力的部部分由錨栓栓抗剪7.6錨栓內(nèi)力計(jì)計(jì)算各種計(jì)算方方法才用不不同的混凝凝土壓應(yīng)力力分布曲線線。確定分布曲曲線后，可可以建立兩個(gè)平衡方程:式中，R為混凝土的的壓應(yīng)力合合力，e=M/N,h0為錨栓至壓壓力最大側(cè)側(cè)底板邊的的距離。有三個(gè)未知知量（錨栓栓拉力z，混凝土最最大壓應(yīng)力力σ和混凝土受受壓邊長度度x）,必須建立第第三個(gè)方程程才能求解解7.6.1各種計(jì)算方方法介紹1.德國采用的的方法。2.我國鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊冊的簡化法法。3.美國采用的的方法。4.固定混凝土土應(yīng)力，混混凝土壓應(yīng)應(yīng)力分布為為矩形的極極限狀態(tài)法法。5.鋼筋混凝土土梁彈性比比擬法。6.英國采用的的方法。7.李德滋教授授建議的方方法。8.于安麟等建建議的方法法。9.蘇聯(lián)寇洼里里斯基。7.6.3對(duì)各種方法法的評(píng)論1.我國的設(shè)計(jì)計(jì)方法比較較保守。2.德國方法滿滿足平衡條條件，不違違背強(qiáng)度條條件。3.固定混凝土土最大應(yīng)力力，應(yīng)力分分布三角形形法，滿足足平衡條件件。4.固定混凝土土最大應(yīng)力力，應(yīng)力分分布矩形法法，滿足平平衡條件、、屈服條件件和機(jī)構(gòu)條條件。5.英國方法假假定了混凝凝土壓力合合力作用點(diǎn)點(diǎn)的位置，，只滿足彎彎矩平衡，，與我國計(jì)計(jì)算方法屬屬同一類，，但更簡單單。6.鋼筋混凝土土彈性梁比比擬法，滿滿足平衡條條件、不違違背強(qiáng)度條條件。（平平截面假定定）7.李德滋教授授建議的方方法，是將將我國、英英國和德國國的方法進(jìn)進(jìn)行了精致致化處理。。（較好的的下限法））7.6.4柱腳底板厚厚度的確定定情況1.柱無外伸加加勁肋的部部分（圖a），此時(shí)只只有一條塑塑性絞線，，因此柱腳腳底板的厚厚度為：式中，Nt為一個(gè)錨栓栓承受的拉拉力。a.懸臂板塊7.6.4柱腳底板厚厚度的確定定情況2:兩相鄰邊支支承的板，，7.6.4柱腳底板厚厚度的確定定情況3：三邊支承承的板塊（（如圖d）：情況4：四邊支承承的區(qū)塊：：7.7基于極限狀狀態(tài)的柱腳腳設(shè)計(jì)方法法下圖給出了了三種柱腳腳，受壓區(qū)區(qū)分成三個(gè)個(gè)區(qū)塊，平平衡條件如如下：7.8外包式柱腳腳設(shè)計(jì)外包式剛接接柱腳是：：將鋼柱用用混凝土包包起來形成成的柱腳。。7.8.1外包式柱腳腳及其傳力力分析外包式柱腳腳傳力分析析：1.軸力的傳遞遞（如右圖圖所示）。。由于布置了了錨釘，在在向下的鋼鋼柱軸力作作用下，必必然會(huì)有一一部分軸力力傳遞到混混凝土上，，因此鋼柱柱軸力向下下逐漸變小小，而混凝凝土內(nèi)軸力力逐漸變大大。7.8.1外包式柱腳腳及其傳力力分析2.彎矩的傳遞遞（如右圖圖所示）。。經(jīng)研究表明明：鋼柱外外包混凝土土的柱腳，，即使在彈彈性階段，，兩者的共共同作用不不能采用鋼鋼-混凝土組合合構(gòu)件理論論來解決，，因?yàn)橥獍炷另旐敳?，由混混凝土承受受的彎矩等等?，但是組合合構(gòu)件理論論要求鋼和和混凝土兩兩者曲率相相同，導(dǎo)致致混凝土頂頂部理論上上有彎矩而而實(shí)際上沒沒彎矩。7.8.1外包式柱柱腳及其其傳力分分析3.剪力的分分布。柱承受的的總剪力力是Q,按照常理理，鋼柱柱和外包包混凝土土各承擔(dān)擔(dān)一部分分，但通通過右圖圖d所示發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，外包包混凝土土承擔(dān)的的剪力要要比鋼柱柱承擔(dān)的的剪力還還要大,其值為:從彎矩和和剪力的的傳遞看看，外包包混凝土土應(yīng)看成成是鋼柱柱的支座座，而不不應(yīng)被看看成與鋼鋼柱共同同工作的的一部分分。7.8.2外包式柱柱腳中軸軸力的傳傳遞微元平衡衡方程:單位高度度上的界界面抗滑滑移力為為：以拉為正正以拉為正正邊界條件件：7.8.2外包式柱柱腳中軸軸力的傳傳遞混凝土和和鋼截面面上的界界面剪力力：底部截面面鋼柱軸軸力:式中，，，為為栓釘釘?shù)目够苿偠榷鹊撞炕炷脸惺苁艿膲毫αΓ?.8.3外包式柱柱腳的設(shè)設(shè)計(jì)方法法1.包腳剛度度：H形截面柱柱，以2.5倍柱高為為宜，上上下允許許浮動(dòng)10%；箱型截截面柱和和矩形鋼鋼管混凝凝土截面面柱，以以3倍柱高為為宜，上上下允許許浮動(dòng)10%，向下浮浮動(dòng)時(shí)，，構(gòu)造措措施要加加強(qiáng)。2.在包腳高高度范圍圍內(nèi)應(yīng)按按照構(gòu)造造要求，，盡量多多地布置置栓釘，，栓釘直直徑為19或22，不宜更更小。3.鋼柱底板板厚度的的確定。。選擇，，直到到上式滿滿足為止止。7.8.3外包式柱柱腳的設(shè)設(shè)計(jì)方法法4.如果底板板厚度太太大，則則允許分分配一部部分鋼柱柱壓力到到混凝土土，分配配的比例例按照式式（7-44）計(jì)算，，或者直直接分配配混凝土土承擔(dān)的的比例為為,但是分配配比例不不得超過過抗壓強(qiáng)強(qiáng)度比，，即：。。5.栓釘數(shù)量量的驗(yàn)算算。6.鋼柱底板板伸出柱柱邊長度度以及開開孔布置置。7.計(jì)算外包包混凝土土中的配配筋。8.如果已經(jīng)經(jīng)分配一一部分柱柱壓力到到外包的的混凝土土，則還還要驗(yàn)算算外包混混凝土中中的壓應(yīng)應(yīng)力。9.柱腳抗剪剪計(jì)算10.對(duì)于抗剪剪設(shè)計(jì)的的結(jié)構(gòu)，，按照強(qiáng)強(qiáng)剪弱彎彎的原則則，即按按照式（（7-37）計(jì)算出出外包混混凝土承承擔(dān)的剪剪力，與與式（7-51）的右邊邊進(jìn)行比比較。7.9埋入式鋼鋼柱腳的的傳力分分析與設(shè)設(shè)計(jì)7.9.1中柱的埋埋入式柱柱腳7.9.1中