鋼柱腳錨栓的設(shè)計(jì)方法三

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

——鋼柱腳錨栓的設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容7.1錨栓的類型7.2國(guó)內(nèi)外對(duì)錨栓研究的概況7.3錨栓抗剪的計(jì)算方法7.4錨栓抗拉和抗剪計(jì)算方法7.5單個(gè)螺栓承載力總結(jié)7.6錨栓內(nèi)力計(jì)算7.7基于極限狀態(tài)的柱腳設(shè)計(jì)方法7.8外包式柱腳設(shè)計(jì)7.9埋入式鋼柱腳的傳力分析與設(shè)計(jì)7.1

錨栓的類型錨栓分為：鉆孔錨栓和灌注錨栓。本章主要介紹灌注錨栓。根據(jù)埋入端形狀的不同分為：L形、J形、帶釘頭以及帶錨板四種。L形及J形錨栓是依靠粘結(jié)錨固的錨栓，但L形錨栓可能從混凝土中拔出，產(chǎn)生不穩(wěn)固的破壞模式。J形錨栓的彎鉤是構(gòu)造要求。帶端承板的錨栓是承壓型錨栓，但是端承板越大，端承板底面高度處基礎(chǔ)混凝土有效抗拉截面越小。這種錨栓在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。7.1錨栓的類型歐美國(guó)家主張避免在錨栓端頭上設(shè)置金屬板來提高抗拔出強(qiáng)度。原因：

（1）端頭鋼板所起的作用僅僅是從錨栓中心線向外延展被拔出的圓錐體，這對(duì)增強(qiáng)錨栓抗拉承載力所起的作用與增加埋深是一樣的；（2）后者的制作成本更低。7.1錨栓的類型英國(guó)廣泛采用基礎(chǔ)上帶預(yù)留孔的灌注錨栓。錨栓直徑較?。ā堞?6）的情況：如下圖（a）錨栓直徑較?。ā堞?6）的情況：如下圖（b）7.2國(guó)內(nèi)外對(duì)錨栓研究的概況國(guó)內(nèi)研究情況（1）李德滋靜力性能

目前的柱腳設(shè)計(jì)方法以文獻(xiàn)[1]（李德滋.鋼柱柱腳錨栓的應(yīng)力分析和設(shè)計(jì)）為基礎(chǔ)。（2）于安麟抗震性能

文獻(xiàn)[6-8]是在柱腳滯回曲線試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上提出了確定整個(gè)柱腳節(jié)點(diǎn)抗彎和抗剪承載力的方法。7.2國(guó)內(nèi)外對(duì)錨栓研究的概況國(guó)外研究情況

國(guó)外更加關(guān)注單個(gè)錨栓的承載力，破壞方式等，對(duì)第二方面的研究卻很少。

美國(guó)ACI349-85《核能結(jié)構(gòu)規(guī)范》附錄B對(duì)錨栓的計(jì)算和設(shè)置有詳細(xì)的要求，還專門編制了錨栓的設(shè)計(jì)導(dǎo)則。7.2.1錨栓僅受拉力情況1.錨栓桿達(dá)到抗拉承載力極限。（希望的破壞形式）

錨栓拉斷承載力為：

為錨栓有效抗拉面積，為錨栓的屈服強(qiáng)度。2.基礎(chǔ)混凝土與錨桿的粘結(jié)破壞。

取粘結(jié)應(yīng)力與混凝土抗拉強(qiáng)度相同，為錨栓桿直徑，為埋入深度。由于粘結(jié)強(qiáng)度低，為防止粘結(jié)破壞，要求采用較大的埋入深度。

7.2.1錨栓僅受拉力情況3.圓錐形混凝土達(dá)到抗拉承載極限。

單個(gè)錨栓：采用水平投影面進(jìn)行計(jì)算，混凝土抗拉力計(jì)算簡(jiǎn)化為,為錨栓釘頭直徑

錨栓群：考慮各錨栓破壞錐體相互重疊的情況。

，為從屬于該錨栓的錐體水平投影面積。

7.2.1錨栓僅受拉力情況由和可以確定錐體破壞決定的埋入長(zhǎng)度，有兩者確定的埋入長(zhǎng)度比較見下表7-1。7.2.2錨栓僅受剪力情況剪力由錨栓通過承壓傳給周圍混凝土，剪力使錨栓受彎，錨栓彎曲使混凝土壓碎。試驗(yàn)表明，若不存在底板，高度約為螺栓直徑1/4的楔形混凝土塊能自由形成并完全破碎，此時(shí)錨栓節(jié)點(diǎn)的抗剪剛度急劇減小。上部無約束的楔體在受力作用下，將向上翻轉(zhuǎn)。7.2.2錨栓僅受剪力情況當(dāng)距離增大時(shí)，錨栓彎曲變形很明顯，抗剪剛度減小。這種節(jié)點(diǎn)的一個(gè)例子是當(dāng)?shù)装迮c基礎(chǔ)混凝土之間有一層較弱的灰漿層隔開或高位錨栓，灰漿的存在使得在剪力作用下錨栓能較自由地彎曲變形。當(dāng)錨栓在剪力作用下向一側(cè)傾斜時(shí)，錨栓中形成斜拉力，錨栓依靠混凝土的錨固作用來抗剪。7.2.2錨栓僅受剪力情況若錨栓群組通過一塊底板承受剪力，且底板埋置在混凝土中(如右圖c)，荷載將以更加有效的方式傳遞開，因此此時(shí)底板下的混凝土受到更大的約束，而且底板邊緣混凝土通過承壓形成抗剪能力。7.2.3錨栓既受拉力又受剪力的情況受拉側(cè)的錨栓屈服，柱腳在有或沒有微小滑移的情況下，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)不斷發(fā)展?；A(chǔ)外伸邊緣尺寸過小，致使在底板壓力作用下的混凝土基礎(chǔ)邊緣外被壓裂（劈裂）?；炷量箟簭?qiáng)度不足，在壓力作用下基礎(chǔ)發(fā)生局部承壓破壞。錨栓端部的錨固力不足，整個(gè)錨栓呈錐體拔出。錨栓粘結(jié)力不足被拔出。基礎(chǔ)混凝土抗剪強(qiáng)度不足，使錨栓周圍的混凝土沿45°斜線剪壞。錨栓受剪彎曲時(shí)，與錨栓接觸的混凝土產(chǎn)生永久變形而破壞。7.3錨栓既受拉力又受剪力的情況1.于安麟等建議的方法

式中，為修正系數(shù)，低位錨栓可以取0.65，高位錨栓可以取0.4。為參與抗剪的錨栓總數(shù)。2.李德滋等建議的方法式中，，為錨栓數(shù)量。7.3錨栓既受拉力又受剪力的情況3.國(guó)外研究結(jié)論a.(配合抗力分項(xiàng)系數(shù)1.111使用)式中，為錨栓毛截面面積，為錨栓抗拉極限強(qiáng)度。b.(配合抗力分項(xiàng)系數(shù)1.5使用)

式中，為錨栓直徑，為圓柱體混凝土抗壓強(qiáng)度。錨栓的抗剪承載能力取上面兩個(gè)中的較小值。7.3錨栓既受拉力又受剪力的情況4.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）預(yù)埋件設(shè)計(jì)方法其中，時(shí)取0.7，為錨栓直徑。該式主要是對(duì)錨栓直徑小于等于25的情況，且只適用于埋板頂面與基礎(chǔ)混凝土面平齊的情況。7.3錨栓既受拉力又受剪力的情況5.英國(guó)的方法英國(guó)對(duì)柱底板上孔徑的要求是：

當(dāng)時(shí)

當(dāng)時(shí)6.美國(guó)核工業(yè)結(jié)構(gòu)預(yù)埋件設(shè)計(jì)規(guī)定（ACI349-85）

7.4錨栓抗拉和抗剪計(jì)算方法1.李德滋教授推薦的計(jì)算方法

式中，為每個(gè)錨栓單純受拉時(shí)的抗拉能力，

，分別為每個(gè)錨栓同時(shí)承受的拉力和剪力。2.美國(guó)ACI349-85計(jì)算方法式中，，C為剪切系數(shù)，等于摩擦系數(shù)和

乘積的倒數(shù)。

7.4錨栓盒抗拉兩和抗階剪計(jì)么算方我法3.于安春麟等鑒建議徒的方稻法上式薦的摩威擦抗傷力考衡慮了好錨栓有拉力古使得肺基礎(chǔ)視混凝嚴(yán)土反棚力增舉加的扶有利賀影響膽。4.按照普蜜通螺栓餡的拉剪謀聯(lián)合作庫(kù)用曲線取抗杰剪和胳抗拉邁強(qiáng)度浪設(shè)計(jì)嗓值與距普通班螺栓崗?fù)耆邢嗤稹?.削5單個(gè)嗎螺栓注承載祝力總瘦結(jié)1.前文膛介紹切的各叔種方飾法都繪有其找合理助的地竭方。2.我國(guó)錨瘦栓的強(qiáng)新度設(shè)計(jì)嘩值僅為啞歐美等伏國(guó)家的2/則3～3/順4。3.我們揭國(guó)家步規(guī)定底不考眠慮錨毒栓抗填剪，奧相反耀，英倉(cāng)國(guó)有著只能性抗剪沫不能幣抗拉扁的錨腦栓。4.在多少仆錨栓參堵與抗剪鄉(xiāng)豐的問題丸上，存種在不同息的做法圈，它與汪錨栓的加構(gòu)造有憐關(guān)。7.5單個(gè)逼螺栓具承載睛力總譯結(jié)5.錨栓醋的抗拐剪強(qiáng)壘度設(shè)墓計(jì)值賺應(yīng)該售取多昂大？更存在氣不同猜的觀癢點(diǎn)。6.錨栓抗駝剪和摩勇擦力抗滔剪是否剃能同時(shí)帝考慮？英國(guó)薄不拜考慮摩弓擦力抗諒剪美國(guó)峽同時(shí)離考慮錨拘栓和摩市擦力抗懼剪李德滋拖超過坑摩擦力宗的部分孟由錨栓招抗剪7.更6錨栓悶內(nèi)力晝計(jì)算各種計(jì)濾算方法然才用不鑒同的混嗽凝土壓燥應(yīng)力分醋布曲線賀。確定滾分布餐曲線彈后，待可以歷建立兩個(gè)平衡方帝程:式中點(diǎn)，R為混踩凝土氣的壓陣應(yīng)力典合力碎，e=M貝/N,省h0為錨栓們至壓力贊最大側(cè)或底板邊旋的距離沫。有三毫個(gè)未甩知量暗（錨侄栓拉急力z，混凝間土最大君壓應(yīng)力σ和混凝位土受壓貴邊長(zhǎng)度x）,必須露建立票第三敬個(gè)方乞程才稍能求道解7.6狹.1各種計(jì)司算方法乒介紹1.德國(guó)狠采用找的方重法。2.我國(guó)鋼嶄結(jié)構(gòu)設(shè)席計(jì)手冊(cè)工的簡(jiǎn)化廢法。3.美國(guó)侄采用擋的方扒法。4.固定混纏凝土應(yīng)椅力，混稼凝土壓脫應(yīng)力分訊布為矩收形的極都限狀態(tài)梯法。5.鋼筋混炊凝土梁剖彈性比匯擬法。6.英國(guó)采篇用的方蠅法。7.李德連滋教孩授建沖議的楚方法斗。8.于安麟黃等建議懂的方法妥。9.蘇聯(lián)米寇洼準(zhǔn)里斯皮基。7.6坑.3對(duì)各危種方踢法的紅評(píng)論1.我國(guó)的怎設(shè)計(jì)方螞法比較甚保守。2.德國(guó)御方法述滿足會(huì)平衡值條件傳，不窩違背矛強(qiáng)度瓜條件設(shè)。3.固定混霜凝土最撇大應(yīng)力萍，應(yīng)力祝分布三妖角形法伙，滿足鋪平衡條她件。4.固定客混凝迎土最疤大應(yīng)允力，佩應(yīng)力介分布棉矩形蠢法，區(qū)滿足餅平衡刊條件榴、屈彈服條融件和壤機(jī)構(gòu)林條件外。5.英國(guó)方度法假定從了混凝崖土壓力耗合力作侮用點(diǎn)的叉位置，良只滿足墓彎矩平掛衡，與摔我國(guó)計(jì)黎算方法豆屬同一兵類，但之更簡(jiǎn)單叼。6.鋼筋混呆凝土彈貌性梁比粱擬法，樣滿足平厭衡條件鄰、不違載背強(qiáng)度設(shè)條件。截（平截盒面假定斑）7.李德店滋教偉授建腎議的稼方法錯(cuò)，是肅將我米國(guó)、臣英國(guó)拴和德可國(guó)的安方法收進(jìn)行辮了精謀致化桐處理賺。（特較好倘的下直限法忘）7.6楊.4柱腳沉底板池厚度源的確段定情況1.柱無南外伸債加勁證肋的奧部分主（圖a），此忌時(shí)只有飼一條塑遍性絞線頓，因此緊柱腳底井板的厚概度為：式中，Nt為一個(gè)蛛錨栓承叼受的拉嚷力。a.懸臂板剖塊7.漁6.京4柱腳底蘋板厚度擔(dān)的確定情況2:兩相小鄰邊首支承肥的板功，7.候6.敬4柱腳歇底板與厚度虹的確趟定情況3：三橫邊支到承的盾板塊圾（如傍圖d）：情況4：四邊竟支承的淺區(qū)塊：7.7基于贏極限膠狀態(tài)騾的柱畜腳設(shè)托計(jì)方傍法下圖鬼給出捎了三做種柱拒腳，熱受壓敗區(qū)分設(shè)成三弓個(gè)區(qū)鍵塊，城平衡快條件渴如下枝：7.虎8外包式揀柱腳設(shè)擁計(jì)外包軋式剛勸接柱局腳是痰：將我鋼柱慘用混斧凝土帆包起拆來形疤成的頌柱腳蘿。7.枕8.票1外包絞式柱投腳及邊其傳威力分爆析外包磁式柱丟腳傳策力分襯析：1.軸力芳的傳需遞（鐵如右積圖所誦示）拌。由于布嚷置了錨五釘，在座向下的合鋼柱軸就力作用懂下，必踐然會(huì)有嫂一部分兇軸力傳孝遞到混陵凝土上慘，因此金鋼柱軸款力向下磁逐漸變獻(xiàn)小，而雞混凝土坑內(nèi)軸力留逐漸變低大。7.悉8.宏1外包式福柱腳及盛其傳力狐分析2.彎矩慘的傳忌遞（栗如右朋圖所桌示）穿。經(jīng)研究水表明：嚷鋼柱外存包混凝革土的柱尾腳，即嘗使在彈趨性階段哲，兩者裁的共同菠作用不滋能采用姐鋼-混凝土啞組合構(gòu)懲件理論站來解決碧，因?yàn)樯魍獍旃S凝土頂蹦部，由羨混凝土絲式承受的爹彎矩等猴于0，但選是組躲合構(gòu)芳件理扒論要客求鋼瘦和混太凝土鏡兩者豈曲率島相同尊，導(dǎo)某致混茄凝土錘頂部加理論察上有除彎矩恢而實(shí)喜際上估沒彎馬矩。7.雹8.氣1外包踐式柱在腳及狗其傳瓣力分能析3.剪力返的分限布。柱承受閑的總剪展力是Q,按照董常理僵，鋼慈柱和盛外包峽混凝俊土各李承擔(dān)善一部海分，敗但通階過右殲圖d所示發(fā)背現(xiàn)，外佛包混凝手土承擔(dān)塌的剪力要要比鋼睛柱承擔(dān)滲的剪力仍還要大,其值掃為:從彎矩臭和剪力周的傳遞投看，外特包混凝寸土應(yīng)看興成是鋼主柱的支踐座，而頌不應(yīng)被村看成與狀鋼柱共拿同工作道的一部吐分。7.吃8.考2外包式洽柱腳中猾軸力的悅傳遞微元蘇平衡近方程:單位押高度鬧上的寸界面鏡抗滑江移力蹄為：以拉為韻正以拉為避正邊界條侍件：7.屢8.止2外包式氧柱腳中叼軸力的飼傳遞混凝漆土和奪鋼截主面上穿的界薪面剪球力：底部段截面摧鋼柱皆軸力:式中，理，釋為栓撕釘?shù)目箘?shì)滑移剛跑度底部煙混凝港土承散受的讓壓力軟：7.叉8.允3外包式糞柱腳的者設(shè)計(jì)方由法1.包腳剛宮度：H形截面哪柱，以2.叨5倍柱高易為宜，顛上下允漠許浮動(dòng)10%；箱冷型截料面柱舉和矩接形鋼綿管混讓凝土筆截面鄰柱，遺以3倍柱高面為宜，斥上下允沉許浮動(dòng)10篇%，向下簡(jiǎn)浮動(dòng)時(shí)都，構(gòu)造替措施要止加強(qiáng)。2.在包跡腳高邪度范倡圍內(nèi)雁應(yīng)按次照構(gòu)孩造要盾求，系盡量勿多地慌布置么栓釘雙，栓傲釘直排徑為19或22，不暢宜更閱小。3.鋼柱早底板蜜厚度氏的確灰定。選擇睡，直縱到上式詞滿足為嫁止。7.8贈(zèng).3外包式誦柱腳的道設(shè)計(jì)方事法4.如果級(jí)底板瞇厚度圾太大挽，則攏允許版分配舌一部矮分鋼守柱壓算力到那混凝蹲土，短分配警的比般例按柔照式猜（7-4癢4）計(jì)悲算，箱或者娛直接葬分配侵混凝磚土承刊擔(dān)的惕比例艙為,但是分里配比例宋不得超急過抗壓飲強(qiáng)度比煮，即：戶。5.栓釘霸數(shù)量局的驗(yàn)誓算。6.鋼柱楊底板尸伸出描柱邊牌長(zhǎng)度師以及襪開孔驚布置劇。7.計(jì)算厚外包鑼混凝什土中素的配執(zhí)筋。8.如果已現(xiàn)經(jīng)分配贈(zèng)一部分鳴柱壓力揉到外包金的混凝橫土，則惰還要驗(yàn)塊算外包煎混凝土膏中的壓碑應(yīng)力。9.柱腳房誠(chéng)抗剪險(xiǎn)計(jì)算10創(chuàng).對(duì)于抗添剪設(shè)計(jì)轎的結(jié)構(gòu)續(xù)，按照噴強(qiáng)剪弱淹彎的原雹則，即測(cè)按照式般（7-3陶7）計(jì)陰算出壁外包刺混凝壁土承票擔(dān)的擠剪力份，與積式（7-量51）的優(yōu)右邊凳進(jìn)行峽比較對(duì)。7.浴9埋入式劈燕鋼柱腳鈔的傳力會(huì)分析與屢設(shè)計(jì)7.猾9.磚1中柱的尸埋入式友柱腳7.打9.羨1中柱的架埋入式宵柱腳1.軸力的映傳遞。埋入桐式柱揮腳軸渴力的洲傳遞爸與外姻包式爐柱腳炸沒有滴本質(zhì)賴的區(qū)伏別，缸只是貫此時(shí)緒參與類傳力傻的混押凝土值面積顫有所服增加瞞。由錫于栓總