钢柱脚锚栓的设计方法

第卷第期年月建筑钢结构进展钢柱脚锚栓的设计方法童根树浙江大学土木系浙江杭州,吴光美东华工程公司安徽合肥摘要对国内外柱脚锚栓设计方法进行了回顾和比较对单个锚栓的破坏模式和承载力进行了总结比较发现与我国不允许锚栓参与抗剪的规定相反欧美国家都允许锚栓参与抗剪在锚栓抗拉强度设计值的取值方面欧美等国将锚栓的强度设计值取与普通螺栓或与制作螺栓的材料相应的强度设计值而我国规范取值则在普通螺栓已经较低的基础上再打关键词折本文还对已知柱脚截面内力计算锚栓拉力的方法进行了总结和比较并依据塑性力学的上下限定理进行了评论在总结的基础上建议了单个锚栓的设计准则和锚栓拉力的计算方法文章编号一一一锚栓钢柱柱脚文献标识码中图分类号丁一二一跳玩一叮印粉饰朋士士”。闭。象灌注锚栓的承载力来自锚栓杆身与混凝土的粘结和引言锚栓式钢柱脚虽然应用广泛但国内对锚栓式柱脚工作性能的研究却非常稀少弯钩或扩大的端部对混凝土的承压根据埋人端形状的型带钉头螺栓的六角头或栓钉的不同锚栓有五型钉头以及带锚板的四种锚固的锚栓但固的破坏模式型及型锚栓是依靠粘结本文就柱脚的工作性能型锚栓可能从混凝土中拔出产生不稳破坏形式进行描述对各国柱脚锚栓设计方法进行总结对比形锚栓的弯钩是构造要求带端承板论述分两个方面进行一是单个锚栓的承载性能的锚栓是承压型锚栓但是端承板越大端承板底面高度二是已知柱脚截面内力如何确定锚栓的拉力和剪力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但欧美国家主张避免在锚栓端头上设置金属锚栓的类型锚栓分钻孔锚栓和灌注锚栓后者是本文论述的对收稿日期一一板来提高抗拔出强度因为埋人长度足够的锚栓受拉力时将使锚栓从端承板四周起以放射状朝外的圆锥体混作者简介重根树吴光美一一男博士教授博士生导师男学士主要从事钢结构稳定性研究主要从事工程结构的设计建筑钢结构进展第卷凝土拔出至混凝土表面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图锚栓直径更大时采用图有直径为所示构造这种锚栓的外侧这对增强锚的套筒套筒底部为直径比套筒外径大的底锚栓埋深锚栓强度栓抗拉承载力所起的作用并不大反而由于离混凝土基础或柱外边线的边距和锚栓净间距过小引起基础混凝土截面严重削弱板以确保不会发生套筒外表面的粘结破坏抗拉承载力以保证混凝土沿虚线所示剪切面破坏的荷载大于锚栓的套筒内灌注高标号细石混凝土等级均为时抗拉和抗剪套筒周围配竖向钢筋竖向钢筋的面积的锚栓拉力要保证能够承受后一种锚栓允许同锚栓也可以象高强螺栓那样施加预拉力预拉力使柱底板紧紧地连接于混凝土上使柱脚转动刚度明显变大锚栓通常被预载到锚栓承载能力的某个预定的程度如外弯矩作用后受拉侧底板下压力减小而锚栓拉力增加很少与高强螺栓的受力机理相同国内外对锚栓研究的概况图大的端承板可以通过增大埋入长度来避免国内研究钢柱脚的文献只有李德滋,一口和于安麟等,一〕前者研究静力性能后者研究抗震性能」为基础目前的柱脚设计方法以文献文献研究锚栓拉力计算方法对单个锚栓的承载力没有研究文献一则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对单个锚栓的承载力也没有给予关注钢结构设计规范。。一第条规定柱脚锚栓不得参与抵抗水平力水平力应由底板和混凝土之间的摩擦力或设置抗剪键承担在排列方面套用普通螺栓排列的术语锚栓的线距栓距端距图抗剪锚栓和线距规范没有规定锚栓的埋设仅提出了埋深要求对防止下部基础混凝土的破坏提出验算基础的压力不要超过混凝土的抗压强度式等等例如文献少卿〕美国国外的研究则更加关注单个锚栓的承载力破坏方一一对第二方面的研究却很」《核能结构规范》附录砰,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叫本文参考国内外可以查阅到的锚栓研究资料对锚栓的受力性能进行描述总结柱脚的破坏形式从而得到较为合理的锚栓设计方法及构造要求图既抗剪又抗拉锚栓锚栓仅受拉的情况在拉力荷载作用下其破坏形式有三种锚栓杆达到抗拉承载力极限锚栓破坏形式式中英国广泛采用基础上带预留孔的灌注锚栓其构造见图这是一种所希望的图用于锚栓直径较小镇势的情况是锚栓拉断承载力为在基础施工时预留一个下大上小的孔安装时放人锚栓然后浇灌高标号细石混凝土几九八锚栓底部为。又。只是锚栓有效抗拉面积九是锚栓的屈服强度转的端承板板底为六角头螺帽这是一种抗剪锚」换为设计公式时要改为抗拉强度设计值君一锚栓为栓埋人长度仅须长度达到国外的试验表明埋人比普通螺栓的抗拉强度设计值还要低的受剪锚栓必定是锚栓净截面剪坏当基础混凝土与锚杆的粘结破坏取粘结应力与混第期钢柱脚锚栓的设计方法凝土抗拉强度关相同则有一冠、应力破坏角就偏不安全以抵消受拉的影响此时必须对结构设置加强箍筋相反混凝土柱双向受压时会增强这里是锚栓杆直径、是锚固长度由于粘结强度低锚栓的抗拉能力防止粘结破坏要求较大的埋人深度可以通过构造措施一防止这种破坏在埋人端端头设置螺母大小的六角头就可以防止粘结破坏这种措施节省用钢量因此美欧等国家都采用有钉头的锚栓很少采用板的锚栓因使基础混凝土削弱太多也很少使用圆锥形混凝土达到抗拉承载极限图形带锚锚栓埋深不够且混凝土强度等级较低时会发生这种破坏定这时锚栓抗拉承载力由垂直于圆锥体表面的名义受拉应力决假设破坏面以角从锚栓端头开始向外拓展混凝拉应力沿破坏锥体面的分布是变土的抗拉强度值为关化的在埋设的最底端最大在混凝土表面为明破坏面上混凝土平均抗拉应力为试验表图式并视整个破受拉锚栓边距不足时锥体侧鼓破坏表坏面的应力相同拉力计算简化为采用水平投影面进行计算混凝土抗锚栓埋入长度比较混凝土强度等级一去己兀一工注取锚检杭拉设计强度一计算一“取锚检杭拉设计强度为计算当为锚检群时理入长度要增大上面描述的是锚栓锚固在未配筋混凝土中的情况如果混凝土内配了钢筋则锥体破坏面与钢筋相交钢筋图受拉锚栓的锥体拔出参与了抗拉这时要求所有拉力传给钢筋由此决定受拉锚栓附近应该具有的配筋量而锚栓的埋人深度理论上二式中是锚栓钉头直径二、。、可以有所减小实际则不减位于混凝土柱边缘的锚栓只能产生部分的锥形混凝土破坏面受拉抗力也会减少取讥锚栓仅受剪的情况我国不允许锚栓参与抗剪这种规定并无试验依据当为锚栓群时应考虑各锚栓破坏锥体相互重叠的情况了相反欧美等国充分依赖锚栓抗剪并且有专门的不能用于抗拉的抗剪锚栓剪力由锚栓通过承压传给周围是从属于锚栓的锥体水平投影面积卿〕如果锚栓边混凝土剪力使锚栓受弯锚栓弯曲使混凝土压碎表明若不存在底板高度约为螺栓直径实验距很小就会发生图为和所示的劈裂破坏它是由锚栓端头文〕的楔形混凝附近较大的局部挤压应力引起的建议取最小边距土块能自由形成并完全破碎此时锚栓节点的抗剪刚度急剧减小图上翻转的较大值以防止侧面的劈裂破坏在基一上部无约束的楔体在受力作用下将向础内配置竖向钢筋和箍筋也能够避免这种破坏由实际上柱子底板或基础顶部盖板能限制混凝和工一二可以确定由锥体破坏决定的土楔体的移动楔体就不能上移在底板下产生向上的挤埋人长度由两者确定的埋人长度比较见表由表可进压力增加了由底板施加的压力锚栓内也随之产生拉力见即使两者对锚栓设计强度取不同值两者对锚栓的埋人要求也差别很大锚栓节点的抗剪刚度也与剪力的作用线和混凝土表如果基础除了承受锚栓传来的力以外还有其它荷载作用即锚固锚栓的混凝土可能额外受拉压对混凝土的抗拉力也有影响面之间的距离有关显抗剪刚度减少当距离增大时锚栓弯曲变形很明这种节点的一个例子是当底板与基如混凝土柱明显双向受拉采用础混凝土之间有一层较弱的灰浆层隔开或高位锚栓灰建筑钢结构进展第卷浆的存在使得在剪力作用下锚栓能较自由地弯曲变形锚栓既受拉又受剪的情况这种情况下的研究很少和受剪时的破坏形式当锚栓在剪力作用下向一侧倾斜时锚栓中形成拉力锚栓依然依靠混凝土的锚固作用来抗剪先分析柱脚节点同时受拉当柱脚各板件强度和稳定得到保证底板和整个柱脚的刚度都较大柱脚的破坏形式可能有以下种受拉侧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一、锚栓端部的锚固力不足整个锚栓呈锥体拔出锚栓粘结力不足被拔出图锚栓受剪时混凝土的楔形破坏沿基础混凝土抗剪强度不足使锚栓周围的混凝土斜线剪坏因此抗剪能力取决于钢材强度和剪力线剪力作用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第一种锚栓屈服破坏时混凝土部分是完好的此种受力作用能保证锚栓柱脚与基础的共同工作只要锚栓钢材的延伸率比较大锚栓变形就可以保证柱脚有稳定的变形能力符合抗震对节点变形能力的要求点与混凝土表面的间距指锚栓有足够锚固深度锚栓到混凝土基础边缘距离足够大基础混凝土有较高强度的情况下若锚栓群组通过一块底板承受剪力且底板埋置在混凝土中图荷载将以更加有效的方式传递开因为此时底板下的混凝土受到更大的约束而且底板边缘通过承压形成抗剪能力除第一剪力作用线靠近边界时种外其余六种都与基础混凝土的破坏有关这些破坏不能保证柱脚与基础共同工作而在破坏前也没有较大的变形能力抗剪能力受到边距有限的限制破坏形式将是一个半锥体被劈开图压面处半锥体的顶点处在混凝土表面的锚栓承只有锚栓屈服的第一种破坏才是合理的破若锚栓边距不足可通过设置加强箍筋来防止此类剪切破坏如形箍筋补强坏模式其它六种破坏模式应在基础设计中使之有足够的尺寸或配足够的加强筋保证这些破坏不出现骂只止破坏面争竺锚栓抗剪的计算方法对一个柱脚来说其抗剪能力可分为两个部分一部分是柱脚与基础间的摩擦力其大小一般可取。火夕一另一部分是锚栓与混凝土基础组成的系统的抗剪能力从这里所说的就是从的计算由于对锚栓抗认剪承载能力极限状态的认识不同而使人们在确定从时图边距不足锚栓受剪时基础的破坏有不同的结果一一介一一立柱底板在后浇层之上柱底板直接在坚硬的基础上柱底板上表面与基础表面齐平图柱底板和基础相对位置第期钢柱脚锚栓的设计方法于安麟,一时等建议的方法我国钢筋混凝土结构设计规范的预埋件的设计中于安麟等困认为锚栓有良好的塑性变形能力设计时应构造保证混凝土不破坏使锚栓一混凝土系统的破配置直锚筋的预埋件采用的破坏形式为锚筋弯曲达到塑性弯矩锚筋底下的混凝土达到局部承压强度经推导坏集中于锚栓此时以锚栓剪切破坏为基础的从为为及试验验证得到以下公式一“”丸元、一一扮、式中邓为修正系数用于考虑锚栓受力不均匀影响低位锚栓可以取参与抗剪式中一。“高位锚栓取。。、为参与抗剪的锚栓总数当承受弯矩时为受压区锚栓数受拉侧锚栓不挤时取为锚栓直径式主要是对锚筋直径小于等于笋的情况试验总结上式表述的破坏模式为锚栓弯剪破坏考虑出来的而且只适用于埋板顶面与基础混凝土面齐平的了锚栓受剪后附近混凝土承压破坏导致的力臂增加和弯情况在这里介绍这个公式主要考虑到混凝土内预埋矩增加使抗剪能力降低的因素的锚栓不能参与抗剪同时他们认为受拉侧件受剪时的受力情况与锚栓受剪时基本相同不同之处由于没有专门对单个锚栓的抗剪在于钢柱底板锚栓孔径较大可能会影响抗剪能力锚栓抗剪承载力估计是在上式基础上乘以适当的折减系数承载力进行研究他们提出的式子以柱脚整体抗剪承载力的形式表示英国的方法英国完全将锚栓看作普通螺栓李德滋建议的方法川李德滋虽然没有对单个锚栓的抗剪承载力进行过研究但他在建议目前为钢结构设计规范采纳的方法的同时还建议了另一种同时考虑锚栓抗拉和抗剪的方法抗剪承载力的取值与普通螺栓相同假定柱脚底板与混凝土接触面上的摩擦系数为设计指标取与普通螺栓相同但是在柱脚抗剪计算时完全忽略摩擦力的作用英国对柱底板上孔径的要求是一一当当毛时。时大于这摩擦力的柱脚水平。剪力由锚栓承受在满足构造要求的情况下锚栓承载力不由混凝土破坏控制锚栓提供的抗剪能力为式一了一、是锚栓数量等卿〕等对栓钉锚固美国核工业结构预埋件设计规定一认国外研究的结论试验研究表明下部混凝土弹性模量小且可能压碎在剪力作受剪时锚栓内会产生拉力这是锚栓受剪和普通螺栓受剪不同的地方起计算不足和锚栓锚固足的抗剪公式做了总结用下破坏可能发生在锚栓中锚栓剪坏美国核工业结构设计规范一也可能发生在下面将剪力换算成等效的拉力与锚栓实际的拉力叠加后一因此在下面一节介绍混凝土中锚栓受剪承载力取两者中的较小值一式是根据对埋在混凝土中的单个锚栓进行的不同研究人员的大量试验结果经过比较分析得到的比较好的统计回归公式记为锚栓毛面积几为锚栓抗拉极限强度锚栓锚栓抗拉和抗剪计算方法李德滋教授推荐计算方法规范一一自身的极限抗剪承载力规定锚栓的抗拉强度设计值六一呱一似几使用小于普通螺栓抗拉设计值一约己酉合抗力分项系数这样处理估计有二个理由一是由于柱脚靴梁底当锚固长度足够锚栓周围混凝土局部压坏的承载力与边距有关板很难同混凝土基础完全对称地接触很容易导致柱脚左右侧锚栓在弹性阶段受力不均匀但在塑性阶段又逐渐趋于一致二是在计算时未考虑锚栓同时承受剪力呱一二磷梦配合抗力分项系数为混凝土抗压设计强度取上面两个中的较小值使用但这个剪力是实际存在的并且对锚栓抗拉承载力有影为锚栓中心到混凝土基础边缘的距离工响他也建议可采用第二种方法设计锚栓认为锚栓的从为锚栓的抗剪承载力设计强度与粗制螺栓相等面上的摩擦系数为假定柱脚底板与混凝土接触大于这摩擦力的水平荷载由锚栓一「衅〕上述研究结果是对单个锚栓研究的结论没有考虑钢底板对混凝土有约束以及钢底板及锚栓垫板的存在对承受这时锚栓按拉一剪的公式计算镇镇匡衅口风锚栓变形的限制作用等有利因素的影响这里进行介绍主要是为了使读者有一个对比《混凝土结构规范》式中〔为每个锚栓单纯受拉时的抗拉能力从衅〕一为预埋件设计方法每个锚栓同时承受的拉力和剪力式实际上取纯剪建筑钢结构进展第卷时的抗力为毕囚一。口匕囚一〔二州与普通螺栓的上面介绍了国内外单个锚栓承载力的各种计算方法下面介绍柱脚在剪力个锚栓受到的剪力轴力和弯矩作用下单抗剪能力相同和拉力的计算各种方法采用。美国一计算方法‘巨〕不同的基础混凝土压应力分布曲线按照弹性设计倾向一锚栓设计由锚栓屈服破坏控制下的等效拉力一势按照设计采用三角形分布考虑弹塑性性能采用抛物线图形法锚栓承载能力设计值大于等于拉力和剪力共同作用万极限状态下也可以采用矩形分布按半无限空间弹一二性理论计算时可以近似地认为是二次抛物线《叼二从毛似我国抗力分项系数的倒数各种分布示于图混凝土压应力分布曲线一经确定压‘为剪切系数等于应力图形重心固定的关系距边端的距离与受压区长度即具有百摩擦系数和丫乘积的倒数其值为对给定的外荷载有三个未知量锚栓拉力和受压区长度二。。当柱底板的顶面与基础混凝土表面齐平时取一一混凝土最大压应力从。但只能建立二摩擦系数为一个平衡方程式一入当柱底板的底面与基础混凝土表面齐平时取一摩擦系数为一一或从。当柱底板下面有水泥砂浆垫层时取摩擦系数为一一一‘一美国根据柱底板与混凝土表面的相对关系对摩擦系数取不同的值无疑是一个合理的因素式中离图建立第为混凝土压应力合力。一。为锚栓至压力文献网认为柱最大侧底板边的距离从为锚栓至压应力图形重心的距。脚承受较大剪力的同时还承受拉力则要求设置专门的抗剪连接键为底板长度必须建立第三个方程式各国当彝受剪力时柱脚没有拉力则锚栓可以个方程所采用的假定不同造成了目前丰富多同时承受拉力和剪力文章给出了锚栓拉剪的算例于安麟议的方法彩的锚栓内力计算方法简单介绍如下巍于安麟等建议受压区锚栓不承受拉力可以参与抗下一剪抗剪能力由式计算受拉侧锚栓屈服时柱脚底板下的弯矩即为柱脚的抗弯承载力—一耳从式中一兀减己勺和分别是受拉锚栓和基础反力为受拉锚栓屈服拉力至柱轴线的,距离戈一毯数为受拉锚栓是柱脚轴力压为正从上式得到外力作用下所需以的柱脚锚栓抗拉力从一减具有合理破坏模式的钢柱脚受拉侧锚栓先屈服屈服时的水平荷载即为柱脚抗剪的承载力…一‘二十专”。括“图混凝土压应力分布和柱脚计算简图上式的摩擦抗力考虑了锚栓拉力使得基础混凝土反力增加的有利影响是合理的各种计算方法介绍德国采用的方法混凝土压应力为矩形假设受压区““为固定值一‘“按照普通螺栓的拉剪联合作用曲线。而为一阶、,、一十而气‘普一、设一。“一去渝一“并且抗剪和抗拉强度设计值取与普通螺栓完全相同对一锚栓距底板受拉侧边端的距离则几恒等于和一剪力在所有锚得一固定几后即由式确定锚拉力取,栓中平均分配丁云瓦一锚栓拉力的计算认‘“。第期耘才会出现拉力。钢柱脚锚栓的设计方法可见德国对锚栓是否参与抗剪。式中八乙。分别为锚栓的拉伸量和混凝土在受压最大不详这种方法是否仍在使用不详端端高点的下沉量。。分别为锚栓点和混凝土边我国钢结构设计手册的简化法根据底板最大压力氏。点的单位长度上的应变这种设计方法也为美国来确定靴梁长度。和宽度的允许应力设计规范采用但不考虑混凝土局部强度提幼式实际应用了梁的平截面假定而我们知道钢一岩黔郊可用式氏筋混凝土梁在受拉裂缝开展后只有在平均意义上平截面假定才成立对钢柱脚的锚栓由于只有一条构造裂缝受拉端的最小应力表达一一且锚栓较短没有配筋意义上的平截面假定可言由此从—六式是否真的成立值得怀疑二关确为基础混凝土的轴心抗压强度设计值和局部承压时的提高系数英国方法川已知柱底板高度高度宽度钢柱截面根据式计算出的距离确定柱脚轴心一一布置好锚栓。至混凝土压应力图形重心一手册但。。①一八刃②如果人和。到第步如果。又进一步假定拉力由锚栓承担但忽略锚栓位置与受拉即偏心位于柱内或即偏心位于柱应力三角形图形重心不一致的影响因此到一值不变得组底板核心区内则到第步③假设混凝土压力合力的作用线位置通常取受压一凤之从翼缘中心线作为合力作用线这种假设也为美国的一些设计者采用美国还有的设计人员假设混凝土反力合力中心位于受压区锚栓的中心④受拉锚栓的拉力为这种方法确定的久以固定关系值不满足竖向平衡条件这种方法给。一一式中一得设、人则。一代人式鲁一,‘乙为受拉锚栓到受压翼缘中心的距离⑤混凝土压力的合力为几十一。⑥由当一二时瓜一至。一。二求。毛关月式中二一为受压当二一。时由式得到几。一。。翼缘中心到底板边距离结束计算即按本方法保证了几变化于。的开区域规定凡二簇‘即规定了混凝土压应力图形二叨小偏心柱脚编一口万十万簇渭计算结来儿几英国方法假设柱脚剪力由各锚栓均匀分担李德滋教授建议方法李德滋教授建议在重心至底板右端的距离最小为。二当压应力图火二时形为三角形时则混凝土受压长度一。。最小为凡实际情况是否能够保证受压区高度这么大式中直接规定。几的值是值得怀疑的形当妻固定混凝土最大应力为设计值关应力分布三角几一十镇由于混凝土最大压应力已知式已经可以求二当分界时按构造要求配置锚栓。解下面不再写出公式会小于。这种方法在求得的过大时是假设混凝土压力图形为二次抛物线并得到的假设锚栓中心到板边的距离为年版当。当得到,固定混凝土应力氏一关混凝土压应力分布为矩形的极限状态法苏联斯列律斯基钢结构时底板下混凝土反力假定为三角形分布由、时则由柱底板全截面接触由工式计算混中建议氏为混凝土设计强度并采用极限状态为长方凝土的强度形压应力图形规范所采用方法到这种计算方法也为美国的极限状态设计于安麟等建议的方法在抖式给出其中还是存在混凝土反力合力的作用点问题文献巨的试验是钢筋混凝土梁弹性比拟法这是比较常用的一种有关它的计算依据和使用条件在文献中很少看假设反力作用点在底板边缘进行数据处理而得到的必须得到更多的试验支持才能应用尤其是对高位锚栓柱脚这个方法除了仍采用公式外另行建立了锚栓同混凝土的变形协调方程式乙二拐△苏联寇洼利斯基建议的方法假定混凝土压应力一了了图形为抛物线图因而。一二当荷载偏心较小时一卫一—这种方法计算出的锚栓拉力较小这种压应力分布在基建筑钢结构进展第卷础顶面较大时的纯弹性阶段更符合实际但用得不多以几种常用方法计算柱脚锚栓受到的拉力设对它取矩确定锚栓拉力一如果按照目前手册上的步骤第一步计算出混凝土最大压力并与混凝土设计强度比较由于在求得锚栓拉力后这个拉力并不能保证柱脚的竖向平衡混凝土内的压力势必发生变化理论上不能判断这种方法是上限解还是下限解虽然经验表明它可能是一种下限解一寻一一一一、一取两组内力计算计算结果见表由表可见在弯矩较小时各种方法计算结果差别很大我国设计手册允许的两种计算方法差别也非常大简化方法求得的锚栓拉力最大如果对于弯矩很大的例根据满足式求得锚栓拉力后要求竖向也平衡即要求式题各种方法求得的锚栓最大和最小拉力的比值为一并从而得到新的混凝土最大压力如果这各种方法差别仍很大我国手册的简化方法个新的混凝土最大压应力不违背强度条件则可以从理论上直接判断这种方法是下限法最为保守结合我国对锚栓设计强度取值偏低的因素我国设计的锚栓普遍偏大表德国方法满足平衡条件不违背强度条件因此是下限法不同方法下的锚栓拉力和基础表面受压区高度例题一一英国方法与我国的简化方法一样假定了混凝土压力合力作用点的位置满足弯矩平衡假定混凝土压力例题一三角形分布根据竖向平衡确定混凝土最大应力是一种下限法但是比我国计算方法要简单一李德滋教授建议的方法它把我国手册的简化法锚检拉受压区高锚检拉拉受压区高力德国方法和英国方法进行了精致化处理提出了一个随柱脚截面弯矩和轴力及底板截面高度变化的混凝土合力作用点位置的确定方法它满足平衡条件不违背强度条件因此是一种较好的下限法度划“飞力度我国设计手册方法德国方法固定应力法三角形固定应力法矩形法英国方法一一第二类是极限状态法这一类方法通过假设混凝土最大压力为其强度设计值从而使是一种下限法式的未知量减少一个固定混凝土最大应力应力分布为三角形的方法李德滋方法弹性梁比拟法固定混凝土最大应力应力分布为矩形的方法它满足平衡条件屈服条件和机构条件是一种真解求得的锚栓拉力符合当前的极限状态设计法的要求也与试对各种方法的评论对柱脚截面上锚栓拉力的分配李德滋圈的研究限于弹性阶段验结果符合于等困的方法美国做过极限承载力试验研究叫试验表第三类方法是应变协调法钢筋混凝土弹性梁比拟法这种方法属于满足平衡条件变形协调条件和强度明按照根据混凝土梁截面配筋计算公式与试验结果吻合很好不管采用什么方法根据塑性分析的下限定理只要符合平衡条件且不违背材料的屈服条件得到的极限承载力是下限解求得的锚栓拉力偏大条件的弹性设计方法理论上讲应该比较精确不管变形协调条件是否反映实际情况按照塑性力学判断它满足平衡条件不违背强度条件因而是下限法而如果符合平衡条件屈服条件和机构条件得到的是真解求得的锚栓拉力较合理类和评价下面对各种计算方法可以作一个简单的分大类结语本文总结了国内外钢柱脚单个锚栓的承载力的计算方法各个不同来源的资料都有其合理的方面例如美国根据柱底板与基础的相对位置采用不同的摩上述方法可以划分为第一类方法是假设混凝土压力合力作用点位置的方法我国设计手册中的简化方法这种方法比较保守且不符合竖向力平衡条件擦系数以考虑柱底板侧面混凝土承压以及底板下混凝土受到的约束不同的影响于安麟等的建议式中柱由于不符合竖向平衡条件脚抗剪能力依据混凝土反力而不仅仅是柱底截面的轴力本方法开始一步计算底板两边缘的拉压应力无非是给定一个固定的步骤确定混凝土压应力合力的作用位置我国对锚栓的强度设计值是在普通螺栓强第期一钢柱脚锚栓的设计方法度设计值抗拉设计强度取在巧上乘以一得到的而普通螺栓是因为考虑撬力的影响栓是长度为。十。。一的两端固定梁假定锚栓偏向一边底板上孔径与锚栓直径之差部分一的混凝一上乘以。的折减系数得到欧美等国土厚度破碎对锚栓没有起承压作用,是柱底板厚则都取与普通螺栓完全相同的数值而欧美等国如果要求锚栓杆形成塑性铰时的剪力为,设计螺栓时单独计算螺栓的撬力则普通螺栓的设计强度与钢材本身的设计强度相同英国计与不计撬力的设计强度分别为名风一一八一‘。一州么一和一钢柱脚下对常用的尺寸取一一一一,一部混凝土弹性模量小柱底板较厚等锚栓内的撬力是很小甚至是没有的折减系数在一之间见表偏于安这样一比较发现我国锚栓的强度设一全可以取钢材抗剪设计强度的系数接近与于等圈建议的计值仅仅是欧美等国的根据目前国内应用现状对锚栓强度设计值按照李德滋教授的另一个建议受力不均匀乘以系数等乘以系数取与普通螺栓的相同并作如下解释比较合理柱脚锚栓。表锚栓抗剪承载力折减系数考虑锚栓工作条件和预埋质量只。火。这样。一取。朴军一虽然国外也有文献介绍为避免锚栓与混凝土接触处产生永久性应变不考虑锚栓抗剪团〕锚栓不能参与抗剪的规定却是没有试验依据的剪而不能抗拉的锚栓和美国有学者哪」英国卿〕均认为锚栓的抗剪强度相反英国有只能抗可以不降低而式则直接依赖于锚栓的极限强度而的抗剪承即使最早提出当前采用的设计方非屈服强度表载力比较法的李德滋教授也同时提出了一个考虑锚栓抗剪的设是各个公式计算的一个锚栓直径计方法一目前锚栓的强度设计值仅取根据李德滋教授的解释部分原因是考虑锚栓实表式际参与抗剪的缘故因此当前的设计方法中包含了不一一个式式锚栓的抗剪承载力式英国式一致的因素考虑了抗剪使得锚栓抗拉承载力降低的因素而设计时锚栓又不得参与抗剪。二百式要使锚栓抗拉强度降低和。根据第四强度理论锚栓受到的剪力必须达、注取必一关一到铭了和。矛这是一个相当大的剪力如果能够利用这部分抗剪能力则当前轻钢厂房柱脚的设计可以不需设置抗剪键极大地方便了钢结构的制作和基锚栓抗剪和摩擦力抗剪能否同时考虑英国采用了不考虑摩擦力抗剪的设计方法美国的式似乎同时考虑了锚栓和摩擦力抗剪础施工李德滋川建在多少锚栓参与抗剪的间题上存在不同的做法它与锚栓的构造有关柱子安装就位后螺母下的垫板与柱底板不焊接议超过摩擦力的部分由锚栓抗剪回忆摩擦型和承压型高强螺栓连接依靠栓杆承压抗剪就不考虑摩擦力抗剪高强螺栓前者必比后者大考虑需要试验研究而钢筋混凝土柱的抗剪强这时由于柱底板上开了大孔锚栓与底板可能没有相互接触此时美国学者哪」建议最多取两个锚栓参与抗剪因为预埋锚栓的位置可能不准导致不是所有锚栓同时与柱底板接触承压锚栓群可能发生解扣式剪坏两个他们试验孔径比栓径大度是与混凝土柱内的轴压力成正比的对柱脚应该如何在锚栓拉力的计算上目前的方法基本上为下限法只有混凝土压应力分布为矩形的方法是真解于等困则建议取受压区锚栓参与抗剪他们的试验中实际上也是笔者普遍采用了垫板和柱底板在柱子安装就位后满焊焊接的方法这样锚栓和柱底板之间不能产生滑总结本文的论述在单个锚栓的设计上我们发现难以提出有充分依据的设计方法虽然如此我们仍对此作如下建议根据欧美国家的实践及我国当前工程实际锚栓的设计可采用弹性设计法在柱子就位后螺母下的垫板与钢柱底板满焊焊牢以保证所有锚栓参与抗剪且锚栓孔径应小于等于锚移所有锚栓都可以参与抗剪题存在不同的观点锚栓的抗剪强度设计值应该取多大对于这个问栓直径本文认为由于柱底板开大孔在底板高度范围内是空的这一段在剪力作用下会产生弯曲设这一段锚的应允许锚栓在柱脚摩擦力被克服的情况下参与抗剪建筑钢结构进展第卷锚栓的抗拉强度设计值对螺栓相同锚栓的抗剪强度设计值对栓抗剪强度设计值的锚栓取与普通士锚栓取普通螺,门厂冬〕。忍、士钢柱底板与混凝土基础的摩擦系数柱底板下有砂浆垫层时取柱底板在混凝土表面外露的情况下取雌一日吕柱底板顶面与坚硬混凝土表面齐平时取锚栓在拉力和剪力作用下的联合作用曲线采用由。、明普通螺栓的联合作用曲线高位锚栓以及安装完毕后锚栓和柱底板在摩擦力被克服后可能产生滑移的柱脚不得考虑锚栓参与抗剪沁叮厂习王馆锚栓直径和底板孔径相差太大时即使锚栓和底板,邑、不能产生相对滑移也不考虑抗剪在锚栓拉力的计算上本文建议采用李德滋教授提出的方法这种方法比我国当前手册中的方法要好且简仁己邑脚、、。。盯飞一单得多计算结果更接近于考虑变形协调的梁比拟法另一种是假设混凝土最大应力压力分布为三角形或矩巨」士一形的方法也值得推广采用矩形分布时不宜考虑混凝土局部承压强度提高因子一一盯参考文献、一刁一厂李德滋钢柱柱脚锚栓的应力分析和设计钢结构研究论文选集第二册全国钢结构标准技术委员会出版一一凡李德滋缩小钢柱脚柱轮廓尺寸刘上部钢框架性能的影响钢结构规范组资料一日厂门李德滋钢柱柱脚靴梁和底板的应力分析和设讨钢结构规范组资料一仁盯李德滋在柔性钢柱柱脚底板作用下的混凝土基础承载力的试验研究钢结构规范组资料刁李德滋钢柱柱脚底板的弹性有限元分析和试验研究钢结构规范组资料「口士于安麟等钢柱脚在不同弯剪比时的抗剪性能研究工业建筑厂一厅刁于安麟等露出型钢柱脚抗剪性能研究工业建筑巨己服、雌、、工一于安麟等露出型钢柱脚抗剪性能研究〔工业建筑争石、一一习中华人民共和国匡家标准钢结构设计规范侧国建筑工业出版社中《士中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》中国建筑工业出版社厂一训﹂厅乃刁》仆。一《金属建筑系统》余洲亮泽清华大学出日版社厂刁罗邦富魏明钟等《钢结构设计手册》中国建筑工业出版社赵熙元《钢结构设计手册》冶金工业出版社朋一中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》川沙中国建筑工业出版社”明、壬二