钢柱脚锚栓的设计方法

钢柱脚脚锚栓栓的设设计方方法主要内内容7.1锚栓的的类型型7.2国内外外对锚锚栓研研究的的概况况7.3锚栓抗抗剪的的计算算方法法7.4锚栓抗抗拉和和抗剪剪计算算方法法7.5单个螺螺栓承承载力力总结结7.6锚栓内内力计计算7.7基于极极限状状态的的柱脚脚设计计方法法7.8外包式式柱脚脚设计计7.9埋入式式钢柱柱脚的的传力力分析析与设设计7.1锚栓的的类型型锚栓分分为：：钻孔孔锚栓栓和灌灌注锚锚栓。。本章章主要要介绍绍灌注注锚栓栓。根据埋埋入端端形状状的不不同分分为：：L形、J形、带带钉头头以及及带锚锚板四四种。。L形及J形锚栓栓是依依靠粘粘结锚锚固的的锚栓栓，但但L形锚栓栓可能能从混混凝土土中拔拔出，，产生生不稳稳固的的破坏坏模式式。J形锚栓栓的弯弯钩是是构造造要求求。带端承承板的的锚栓栓是承承压型型锚栓栓，但但是端端承板板越大大，端端承板板底面面高度度处基基础混混凝土土有效效抗拉拉截面面越小小。这这种锚锚栓在在我国国得到到广泛泛应用用。7.1锚栓的的类型型欧美国国家主主张避避免在在锚栓栓端头头上设设置金金属板板来提提高抗抗拔出出强度度。原因：（1）端头钢钢板所所起的的作用用仅仅仅是从从锚栓栓中心心线向向外延延展被被拔出出的圆圆锥体体，这这对增增强锚锚栓抗抗拉承承载力力所起起的作作用与与增加加埋深深是一一样的的；（2）后者者的制制作成成本更更低。。7.1锚栓的的类型型英国广广泛采采用基基础上上带预预留孔孔的灌灌注锚锚栓。。锚栓直直径较较小（（≤Φ36）的情情况：：如下下图（（a）锚栓直直径较较大（≥Φ36）的情情况：：如下下图（（b）7.2国内外外对锚锚栓的的研究究概况况国内研研究情情况（1）李德德滋静静力性性能目前的的柱脚脚设计计方法法以文文献[1]（李德德滋.钢柱柱柱脚锚锚栓的的应力力分析析和设设计））为基基础。。（2）于安安麟抗抗震性性能文献[6-8]是在柱柱脚滞滞回曲曲线试试验研研究基基础上上提出出了确确定整整个柱柱脚节节点抗抗弯和和抗剪剪承载载力的的方法法。7.2国内外外对锚锚栓的的研究究概况况国外研研究情情况国外更加关注注单个锚栓的的承载力，破破坏方式等，，对第二方面面的研究却很很少。美国ACI349-85《核能结构规范范》附录B对锚栓的计算算和设置有详详细的要求，，还专门编制制了锚栓的设设计导则。1.锚栓杆达到抗抗拉承载力极极限。（希望望的破坏形式式）锚栓拉断断承载力为：：2.基础混凝土与与锚杆的粘结结破坏。取粘结应力与与混凝土抗拉拉强度相同，则有：7.2.1锚栓仅受拉力力的情况7.2.1锚栓仅受拉力力的情况3.圆锥形混凝土土达到抗拉承承载极限单个锚栓：采用水平投影影面进行计算算，混凝土抗抗拉力计算简简化为锚栓群：考虑各锚栓破破坏锥体相互互重叠的情况况7.2.2锚栓仅剪力的的情况剪力由锚栓通通过承压传给给周围混凝土土，剪力使锚锚栓受弯，锚锚栓弯曲使混混凝土压碎。。试验表明，，若不存在底底板，高度约约为螺栓直径径1/4的楔形混凝土土块能自由形成并完全破破碎。7.2.2锚栓既受拉力力又受剪力的的情况1.受拉侧的锚栓栓屈服，柱脚脚在有或没有有微小滑移的的情况下，刚刚体转动不断断发展。2.基础外伸边缘缘尺寸过小，，致使在底板板压力作用下下的混凝土基基础边缘外被被压裂（劈裂）。3.混凝土抗压强强度不足，在在压力作用下下基础发生局局部承压破坏坏。4.锚栓端部的锚锚固力不足，，整个锚栓呈呈锥体拔出。。5.锚栓粘结力不不足被拔出。。6.基础混凝土抗抗剪强度不足足，使锚栓周周围的混凝土土沿45°斜线剪坏。7.锚栓受剪弯曲曲时，与锚栓栓接触的混凝凝土产生永久久变形而破坏坏。7.3锚栓抗剪的计计算方法1.于安麟等建议议的方法2.李德滋建议的的方法7.3锚栓抗剪的计计算方法3.混凝土结构设设计规范（GB50010-2010）预埋件设计计方法4.国外研究的结结论5.英国的的方法6.美国的的核工业结构构预埋件设计计规定7.4锚栓抗拉和抗抗剪计算方法法1.李德滋教授推推荐的计算方方法2.美国ACI349-85计算方法7.4锚栓抗抗拉和和抗剪剪计算算方法法3.于安麟麟等建建议的的方法法4.按照普普通螺螺栓的的拉剪剪联合合作用用曲线线取抗剪剪和抗抗拉强强度设设计值值与普普通螺螺栓完完全相相同。7.5单个螺螺栓承承载力力总结结1.前文介介绍的的各种种方法法都有有其合合理的的地方方。2.我国锚锚栓的的强度度设计计值仅仅为欧欧美等等国家家的2/3～3/4。3.我们国国家规规定不不考虑虑锚栓栓抗剪剪，相相反，，英国国有只只能抗抗剪不不能抗抗拉的锚锚栓。。4.在多少少锚栓栓参与与抗剪剪的问问题上上，存存在不不同的的做法法，它它与锚锚栓的的构造有有关。。7.5单个螺螺栓承承载力力总结结5.锚栓的的抗剪剪强度度设计计值应应该取取多大大？存存在不不同的的观点点。6.锚栓抗抗剪和和摩擦擦力抗抗剪是是否能能同时时考虑虑？英国不不考虑虑摩擦擦力抗抗剪美国同时考考虑锚锚栓抗抗剪和和摩擦擦力李德滋滋超超过摩摩擦力力的部部分由由锚栓栓抗剪7.6锚栓内内力的的计算算各种计计算方方法采用不同同的混混凝土土压应应力分分布曲曲线。。确定分分布曲曲线后后，可可以建建立两两个平平衡方方程:式中，，R为混凝凝土的的压应应力合合力，，e=M/N，h0为锚栓栓至压压力最最大侧侧底板板边的的距离离。有三个个未知知量（（锚栓栓拉力力z，混凝凝土最最大压压应力力σ和混凝凝土受受压边边长度度x，必须建建立第第三个个方程程才能能求解解。或7.6.1柱脚底底板厚厚度的的确定定情况1.柱无外外伸加加劲肋肋的部部分（（图a），此此时只只有一一条塑塑性绞绞线，，因此此柱脚脚底板板的厚厚度为为：式中，，Nt为一个个锚栓栓承受受的拉拉力7.6.1柱脚底底板厚厚度的的确定定情况2:两相邻邻边支支承的的板7.6.1柱脚底底板厚厚度的的确定定情况3：三边边支承承的板板块（（如图图d）：情况4：四边边支承承的区区块：：7.7基于极极限状状态的的柱脚脚设计计方法法下图给给出了了三种种柱脚脚，受受压区区分成成三个个区块块，平平衡条条件如如下：：7.8外包式式柱脚脚设计计外包式式刚接接柱脚脚将钢柱柱用混混凝土土包起起来形形成的的柱脚脚。7.8.1外包式式柱脚脚及其其传力力分析析外包式式柱脚脚传力力分析析：1.轴力的的传递递（如如右图图所示示）。。由于布布置了了锚钉钉，在在向下下的钢钢柱轴轴力作作用下下，必必然会会有一一部分分轴力力传递递到混混凝土土上，，因此此钢柱柱轴力力向下下逐渐渐变小小，而而混凝凝土内内轴力力逐渐渐变大大。2.弯矩的的传递递（如如右图图所示示）研究表表明：：钢柱柱外包包混凝凝土的的柱脚脚，即即使在在弹性性阶段段，两两者的的共同同作用用不能能采用用钢-混凝土土组合合构件件理论论来解解决，，因为为外包包混凝凝土顶顶部，，由混混凝土土承受受的弯弯矩等等于0，但是是组合合构件件理论论要求求钢和和混凝凝土两两者曲曲率相相同，，导致致混凝凝土顶顶部理理论上上有弯弯矩而而实际际上没没弯矩矩。7.8.1外包式式柱脚脚及其其传力力分析析7.8.1外包式式柱脚脚及其其传力力分析析3.剪力的的分布布柱承受受的总总剪力力是Q,按照常常理，，钢柱柱和外外包混混凝土土各承承担一一部分分，但但通过过右图图d所示发发现，，外包包混凝凝土承承担的的剪力力要比比钢柱柱承担担的剪剪力还还要大大,其值为为:从弯矩矩和剪剪力的的传递递看，，外包包混凝凝土应应看成成是钢钢柱的的支座座，而而不应应被看看成与与钢柱柱共同同工作作的一一部分分。7.8.2外包式式柱脚脚中轴轴力的的传递递微元平平衡方方程:单位高高度上上的界界面抗抗滑移移力为为：边界条条件：：7.8.2外包式式柱脚脚中轴轴力的的传递递混凝土土和钢钢截面面上的的界面面剪力力：底部截截面钢钢柱轴轴力:底部混混凝土土承受受的压压力：：7.8.3外包式式柱脚脚的设设计方方法1.包脚刚刚度：：H形截面面柱，，以2.5倍柱高高为宜宜，上上下允允许浮浮动10%；箱型截截面柱和和矩形钢钢管混凝凝土截面面柱，以以3倍柱高为为宜，上上下允许许浮动10%，向下浮浮动时，，构造措措施要加加强。2.在包脚高高度范围围内应按按照构造造要求，，尽量多多地布置置栓钉，，栓钉直直径为19或22，不宜更更小。3.钢柱底板板厚度的的确定。。选择tp，直到上上式满足足为止7.8.3外包式柱柱脚的设设计方法法4.如果底板板厚度太太大，则则允许分分配一部部分钢柱柱压力到到混凝土土，分配配的比例例按照式式（7-44）计算。5.栓钉数量量的验算算。6.钢柱底板板伸出柱柱边长度度以及开开孔布置置。7.计算外包包混凝土土中的配配筋。8.如果已经经分配一一部分柱柱压力到到外包的的混凝土土，则还还要验算算外包混混凝土中中的压应应力。9.柱脚抗剪剪计算10.对于抗剪剪设计的的结构，，按照强强剪弱弯弯的原则则，即按按照式（（7-37）计算出出外包混混凝土承承担的剪剪力。7.9埋入式钢钢柱脚的的传力分分析与设设计埋入式钢柱脚的构造7.9.1中柱的埋埋入式柱柱脚1.轴力的传传递埋入式柱柱脚轴力力的传递递与外包包式柱脚脚没有本本质的区区别，只只是此时时参与传传力的混混凝土面面积有所所增加。。由于栓