钢柱脚锚栓连接受剪性能试验研究_艾文超

建筑结构学报
Journal of Building Structures
第 33 卷 第 3 期 2012 年 3 月 Vol. 33 No. 3 Mar． 2012
011
文章编号： 1000-6869 （ 2012 ） 03-0080-09
钢柱脚锚栓连接受剪性能试验研究
1 1 艾文超 ，童根树 ，张 1 磊 ，干 2 钢 ，沈
尽管提供了锚栓连接受剪性能的计
算方法， 但是大多建立在对孤立锚栓（ 无柱底板， 无
81
1. 2
材性试验 试件混凝土的强度等级 为 C30 ， 采用商品混凝
按照规范要求制作了混凝 土。在试件浇筑的同时， 土轴心受压标准试件， 在相同的养护条件下， 标准试 件 28 d 的强度平均值为 32. 56 MPa。 试验中锚栓选用 Q235 钢和 Q345 钢， 直径分别
Experimental study of shear behavior of anchor bolt connections at steel column bases
AI Wenchao1 ，TONG Genshu1 ，ZHANG Lei1 ，GAN Gang2 ，SHEN Jin2 （ 1． Department of Civil Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310058 ，China； 2． Architecture Design ＆ Research Institute of Zhejiang University，Hangzhou 310027 ，China）
［26 ］
允许
因此利用锚栓连接的受剪能力 锚栓连接参与受剪， 是完全有可能的 。 需要说明的是， 本文中“锚栓 ” 是指锚栓或者锚 “锚栓连接 ” 杆本身， 而 特指由锚栓 、 混凝土 、 柱脚底 板、 垫板以及螺母组成的整个连接系统 。 剪力作用 下锚栓连接的破坏可分为基础混凝土破坏和锚栓自 ［7 ］ 身破坏 。基础混凝土的破坏应在基础设计时通过 构造措施或配筋予以避免
［1217 ］
设计试件如图 2 所示， 每个试件包括 1 个混凝土 4 根相同的锚栓 、 2 个焊接槽型钢底座， 块、 下部有 1 根圆钢拉杆， 用于阻止两个槽型钢之间的相对分离 。 混凝土块两侧各有 2 根锚栓与各自的槽型钢底座连 接， 槽型钢腹板模拟钢柱底板 。 混凝土块的尺寸为 600 mm（ 宽） × 900 mm（ 高） × 300 mm（ 厚） ， 钢筋笼的 钢筋为 HPB235 ， 直径为 10 mm， 混凝土块配筋详图见 图 3。
金
2
（ 1． 浙江大学 土木工程系，浙江杭州 310058 ； 2． 浙江大学建筑设计研究院，浙江杭州 310027 ）
摘要： 对锚栓连接受剪性能进行试验研究， 制作了 5 组共 15 个试件， 考虑了锚栓的直径、 柱底板厚度和底板锚栓孔径与锚栓 位移曲线呈现 2 个转折点， 可近似分为 3 个阶段： 弹性阶段、 滑移阶段和强化 直径之差的影响。锚栓连接受剪试验的荷载阶段， 以锚栓基本形成塑性铰与锚栓孔壁和锚栓顶紧两个状态作为分界点 。 试验结果表明， 柱底板厚度越大， 锚栓连接受 对承载力影响较小。 剪承载力设计值和界面抗滑移刚度越小； 锚栓孔径和锚栓直径之差对滑移阶段的长度有显著的影响， 以试验荷载位移曲线的第一转折点对应的荷载作为锚栓连接的受剪承载力设计值， 提出了计算式， 同时提出锚栓连接极限 承载力的计算公式。 关键词： 锚栓连接； 柱脚； 静力试验； 受剪承载力； 滑移 中图分类号： TU391. 02 TU317. 1 文献标志码： A
－2
Fig． 3
图 3 混凝土块配筋图 Reinforcements details of concrete block
E / （ N·mm 209. 8 213. 9 215. 8
如 M20D32T20 表示锚栓的直径为 20 mm （ M20 ） ， 底 板孔的直径为 32 mm （ D32 ） ， 底板的厚度为 20 mm （ T20 ） 。 焊接槽型钢选用 Q345B 钢， 采用 20 mm 和30 mm 两种底板厚度（ 图 4 ） ， 其中 30 mm 底板是在20 mm 底 板上焊接一块孔径相同的 10 mm 钢板实现的 。 底板 上锚栓孔比锚栓直径大 12 mm 和 18 mm， 以模拟柱脚 底板的 大 孔 。 各 试 件 的 垫 板 中 锚 栓 孔 的 直 径 均 为 d + 2 mm， 垫板的厚度均为 20 mm。 在试验中， 为减 少现场安装工作量， 垫板与底板之的焊接在工厂 加工时就已经完成 。
（ a） 俯视图
24 mm（ Q345 ） 和 30 mm （ Q235 ） ， 为 20 mm（ Q235 ） ， 总 其中螺纹段长度 120 mm。 分别选取 长均为 520 mm， 用机械加工成标准试件尺寸 。在标 同批锚栓各 3 根， 准加载条件下， 锚栓各直径材性试验结果平均值如 表 2 所示 。
［26 ］
图2 Fig． 2
试件示意图 Test specimen
试件共 15 个， 分为 5 组， 每组 3 个， 各组试件具 d 为锚栓直径， d0 为底板的开 体尺寸见表 1 。其中， t p 为底板厚度 。表 1 中， 孔直径， 试件组的名称由锚 栓直径 、 底板孔直径和槽型钢底座厚度共同决定， 例
Abstract： This paper reports an experimental study on shear behavior of anchor bolt connection at column bases． Totally 15 specimens in 5 groups were tested where the bolt diameter，the thickness of base plates and difference between diameters of the bolt hole at base plate and bolt were varied． The loadslip curves typically show two characteristic loads，respectively corresponding to the states of the formation of plastic hinges in the bolts and the contact between the bolt holes and bolts． Considering the two characteristic loads，the loading history may be divided into 3 stages： the elastic，slipping and hardening stages． The results indicate that the shear strength and slipping stiffness of the connections are significantly reduced with the increase of the thickness of base plate． The size of the bolt hole has significant effect on the stiffness and duration of the slipping stage while slight effect on the shear strength． A solution is then presented for the calculation of the shear strength of the anchor bolt connections considered slip curves． The method for estimating the ultimate in this paper，based on the first characteristic load on the test loadload of these connections is also proposed． Keywords： anchor bolt connection； column base； static test ； shear strength ； slip
80
0
引言
GB 50017 —2003《钢结构设计 对外露式钢柱脚，
［1 ］
螺母） 的试验数据之上， 并未考虑钢柱脚锚栓连接的 实际情况（ 图 1 ） 。因此， 为了能准确了解钢柱脚锚栓 本文考虑锚栓的直径大小 、 柱 连接的实际受剪性能， 脚底板锚栓孔的直径大小以及柱脚底板的厚度对锚 栓连接受剪承载能力的影响， 设计 5 组共 15 个试件， 对其进行试验研究 。
已有 文 献 对 锚 栓 连 接 受 剪 性 能 进 行 的 研 ［12 ］ ， 大多针对脆性破坏的锚栓连接 ， 或是孤立
锚栓（ 即仅为预埋于混凝土的锚栓， 没有底板的约束 作用） 的受力性能， 目前仅有少量研究考虑了柱脚底 ［7 ， 16 ］ ， 板的约束作用 但由于其研究对象主要为预埋件 节点而非钢柱脚节点， 所以采用的锚筋较小 、 锚栓的 ［910 ， 19 ］ 螺母下面仅有普通垫圈而无垫板 。 于安麟等 曾对柱脚的整体受剪承载力进行过初步分析， 但研 究没有考虑底板厚度和底板大锚栓孔的影响 。 国际 上许多规范
规范 》 规定柱脚锚栓不宜承受柱底的水平力， 此水 平力应由底板和混凝土基础之间的摩擦力或设置的 抗剪键 承 担 。 抗 剪 键 的 设 置 需 要 在 基 础 上 设 预 留 待柱安装就位后进行二次灌浆和养护， 抗剪键部 槽， 位二次灌 浆 混 凝 土 存 在 不 易 捣 实 且 不 易 检 查 等 问 题 。因此， 如果能够利用锚栓连接的受剪能力， 从而 能够在许多钢结构（ 特别是轻钢厂房） 的外露式柱脚 中避免设置抗剪键， 可以大大方便柱脚的安装和基 础的施工， 加快施工进度 。 国际上许多规范