钢柱脚锚栓的设计方法

钢柱脚锚栓的设计方法

主要内容7.1

锚栓的类型7.2

国内外对锚栓研究的概况7.3

锚栓抗剪的计算方法7.4

锚栓抗拉和抗剪计算方法7.5

单个螺栓承载力总结7.6

锚栓内力计算7.7

基于极限状态的柱脚设计方法7.8

外包式柱脚设计7.9

埋入式钢柱脚的传力分析与设计7.1锚栓的类型锚栓分为：钻孔锚栓和灌注锚栓。本章主要介绍灌注锚栓。根据埋入端形状的不同分为：L形、J形、带钉头以及带锚板四种。L形及J形锚栓是依靠粘结锚固的锚栓，但L形锚栓可能从混凝土中拔出，产生不稳固的破坏模式。J形锚栓的弯钩是构造要求。带端承板的锚栓是承压型锚栓，但是端承板越大，端承板底面高度处基础混凝土有效抗拉截面越小。这种锚栓在我国得到广泛应用。7.1锚栓的类型欧美国家主张避免在锚栓端头上设置金属板来提高抗拔出强度。原因：（1）端头钢板所起的作用仅仅是从锚栓中心线向外延展被拔出的圆锥体，这对增强锚栓抗拉承载力所起的作用与增加埋深是一样的；（2）后者的制作成本更低。7.1锚栓的类型英国广泛采用基础上带预留孔的灌注锚栓。锚栓直径较小（≤Φ36）的情况：如下图（a）锚栓直径较大（≥Φ36）的情况：如下图（b）7.2国内外对锚栓的研究概况国内研究情况（1）李德滋静力性能

目前的柱脚设计方法以文献[1]（李德滋.钢柱柱脚锚栓的应力分析和设计）为基础。（2）于安麟抗震性能

文献[6-8]是在柱脚滞回曲线试验研究基础上提出了确定整个柱脚节点抗弯和抗剪承载力的方法。7.2国内外对锚栓的研究概况国外研究情况

国外更加关注单个锚栓的承载力，破坏方式等，对第二方面的研究却很少。

美国ACI349-85《核能结构规范》附录B对锚栓的计算和设置有详细的要求，还专门编制了锚栓的设计导则。

1.锚栓杆达到抗拉承载力极限。（希望的破坏形式）锚栓拉断承载力为：

2.基础混凝土与锚杆的粘结破坏。取粘结应力与混凝土抗拉强度

相同，则有：

7.2.1锚栓仅受拉力的情况7.2.1锚栓仅受拉力的情况3.

圆锥形混凝土达到抗拉承载极限

单个锚栓：采用水平投影面进行计算，混凝土抗拉力计算简化为

锚栓群：考虑各锚栓破坏锥体相互重叠的情况

7.2.2锚栓仅剪力的情况

剪力由锚栓通过承压传给周围混凝土，剪力使锚栓受弯，锚栓弯曲使混凝土压碎。试验表明，若不存在底板，高度约为螺栓直径1/4的楔形混凝土块能自由形成并完全破碎。7.2.2锚栓既受拉力又受剪力的情况1.受拉侧的锚栓屈服，柱脚在有或没有微小滑移的情况下，刚体转动不断发展。2.基础外伸边缘尺寸过小，致使在底板压力作用下的混凝土基础边缘外被压裂（劈裂）。3.混凝土抗压强度不足，在压力作用下基础发生局部承压破坏。4.锚栓端部的锚固力不足，整个锚栓呈锥体拔出。5.锚栓粘结力不足被拔出。6.基础混凝土抗剪强度不足，使锚栓周围的混凝土沿45°斜线剪坏。7.锚栓受剪弯曲时，与锚栓接触的混凝土产生永久变形而破坏。7.3锚栓抗剪的计算方法1.

于安麟等建议的方法2.

李德滋建议的方法7.3锚栓抗剪的计算方法3.

混凝土结构设计规范（GB50010-2010）预埋件设计方法4.国外研究的结论5.英国的方法6.美国的核工业结构预埋件设计规定7.4锚栓抗拉和抗剪计算方法1.李德滋教授推荐的计算方法2.美国ACI349-85计算方法7.4锚栓抗拉和抗剪计算方法3.于安麟等建议的方法4.按照普通螺栓的拉剪联合作用曲线取抗剪和抗拉强度设计值与普通螺栓完全相同。7.5单个螺栓承载力总结1.前文介绍的各种方法都有其合理的地方。2.我国锚栓的强度设计值仅为欧美等国家的2/3～3/4。3.我们国家规定不考虑锚栓抗剪，相反，英国有只能抗剪不能抗拉的锚栓。4.在多少锚栓参与抗剪的问题上，存在不同的做法，它与锚栓的构造有关。7.5单个螺栓承载力总结5.锚栓的抗剪强度设计值应该取多大？存在不同的观点。6.锚栓抗剪和摩擦力抗剪是否能同时考虑？英国不考虑摩擦力抗剪美国

同时考虑锚栓抗剪和摩擦力李德滋超过摩擦力的部分由锚栓抗剪7.6锚栓内力的计算各种计算方法采用不同的混凝土压应力分布曲线。确定分布曲线后，可以建立两个平衡方程:式中，R为混凝土的压应力合力，e=M/N，h0为锚栓至压力最大侧底板边的距离。有三个未知量（锚栓拉力z，混凝土最大压应力σ和混凝土受压边长度x，必须建立第三个方程才能求解。或7.6.1柱脚底板厚度的确定情况1.

柱无外伸加劲肋的部分（图a），此时只有一条塑性绞线，因此柱脚底板的厚度为：式中，Nt为一个锚栓承受的拉力7.6欠.1柱脚持底板绿厚度桂的确叫定情况2:两相粒邻边五支承押的板7.6秋.1柱脚底正板厚度厦的确定情况3：三边咱支承的壤板块（码如图d）：情况4：四边渡支承的室区块：7.7基于柳极限切状态摸的柱挽脚设六计方绿法下图届给出盖了三载种柱贯脚，壤受压敬区分死成三凉个区兄块，盟平衡没条件矿如下看：7.8外包式锋柱脚设仁计外包闹式刚炼接柱充脚将钢零柱用术混凝侨土包于起来化形成吩的柱级脚。7.8心.1外包式丝式柱脚及逃其传力跟分析外包颜式柱病脚传逢力分柱析：1.轴力毙的传舱递（为如右阅图所吵示）庄。由于准布置至了锚惨钉，纹在向举下的哲钢柱插轴力蛮作用地下，风必然桐会有旺一部块分轴蓄力传东递到握混凝欢土上歼，因胁此钢烈柱轴赖力向篇下逐缩慧渐变臣小，坑而混汇凝土么内轴狂力逐普渐变森大。2.弯矩的候传递（哗如右图倍所示）研究就表明绢：钢订柱外辣包混予凝土炭的柱赢脚，妖即使柜在弹院性阶辩段，忌两者逗的共伪同作傍用不忧能采摇用钢-混凝镜土组皂合构掉件理闷论来殖解决离，因耗为外闹包混辽凝土扰顶部毛，由以混凝梢土承法受的娘弯矩她等于0，但点是组已合构卧件理傍论要驱求钢散和混顺凝土尝两者李曲率底相同真，导还致混麦凝土斧顶部榨理论臂上有筛弯矩搁而实迟际上渠没弯斥矩。7.宽8.侮1外包作式柱抖脚及俊其传若力分分析7.顺8.帐1外包位式柱让脚及俭其传索力分剖析3.剪力兼的分土布柱承遗受的幻玉总剪免力是Q,按照喘常理眯，钢为柱和先外包裂混凝严土各迟承担柔一部痕分，状但通服过右层图d所示哑发现普，外仙包混夸凝土回承担切的剪营力要税比钢谨柱承醋担的忆剪力抗还要法大,其值为:从弯描矩和肥剪力屡的传淘递看杜，外庸包混跳凝土祸应看蝴成是芦钢柱答的支咐座，务而不璃应被公看成纤与钢弃柱共罩同工若作的赚一部鄙分。7.8完.2外包式承柱脚中贞轴力的际传递微元革平衡皇方程:单位主高度毯上的盆界面蛇抗滑逝移力部为：边界励条件诉：7.8渗.2外包愈式柱纠脚中隙轴力取的传侵递混凝土青和钢截航面上的黄界面剪漆力：底部谈截面湿钢柱半轴力:底部维混凝袍土承肚受的征压力丢：7.串8.浑3外包围式柱岁脚的下设计技方法1.包脚刚泥度：H形截面拳柱，以2.符5倍柱高失为宜，裳上下允涨许浮动10符%；箱变型截碎面柱淹和矩粱形钢臂管混亏凝土自截面尿柱，毫以3倍柱高晶为宜，绒上下允付许浮动10%，向额下浮吃动时阴，构誉造措歌施要专加强购。2.在包脚遥高度范石围内应滥按照构被造要求胖，尽量极多地布围置栓钉态，栓钉牛直径为19或22，不宜卫更小。3.钢柱底抛板厚度旋的确定碑。选择tp，直腿到上巷式满素足为层止7.8径.3外包式田柱脚的笨设计方扁法4.如果底毙板厚度连太大，征则允许庭分配一腔部分钢库柱压力览到混凝颜土，分粗配的比解例按照爱式（7-4税4）计算。5.栓钉数共量的验慰算。6.钢柱真底板卷伸出法柱边饥长度卖以及描开孔做布置醉。7.计算外早包混凝缠土中的币配筋。8.如果已拿经分配珍一部分吐柱压力旱到外包师的混凝顾土，则川还要验按算外包涂混凝土脆中的压狗应力。9.柱脚矩抗剪昏计算10.对于抗比剪设计抖的结构悠，按照助强剪弱天弯的原令则，即车按照式秃（7-幸37）计碰算出现外包讯混凝昆土承录担的标剪力。7.9埋入式椒钢柱脚摘的传力落分析与敌设计埋入泼式钢柱脚的构蜘造7.岂9.郊1中柱套的埋内入式疯柱脚1.轴力的诊传递埋入式你柱脚轴味力的传踪蝶递与外积包式柱橡脚没有钢本质的脸区别，谎只是此鬼时参与每传力的软混凝土仔面积有惨所增加架。由于最栓钉属眉于柔性苹连接件堵，达到绘其极限少抗滑移君承载能删力之前计要经受妹较大的逐变形，仪而与组吨合梁不葵同的是授，这里膝钢柱脚甲底部下赴面也是很钢筋混知凝土，英它不能份与栓钉蠢破坏时半的变形独协调，娇因此栓蜓钉的承垄载力很饮可能不拿能得到武很好的旦发挥。因此团设计半时，寇如果泊不采序取其夹他措词施，灭钢柱登柱底榴的混呼凝土隐仍然御起到碰主要字的传锈递轴宜力给号混凝云土的邀作用签。7.溜9.雅1中柱馆的埋袋入式乔柱脚2.弯矩和兽水平剪揉力的传秤递7.奴9.严1中柱都的埋蛛入式女柱脚中柱猫柱脚兔的设求计步滔骤:(1)埋深吴。(2)混凝土声外皮离晕开柱的弓最小距泥离应大闻于等于25逐0m胀m.(3搜)包脚高匪度内栓傻钉的布稠置