钢结构钢柱脚锚栓设计方法
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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. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
3.国外研究结论
a.
Vbs As((配0.合75抗fu力t )分项系数1.111使用)
式中， A为s 锚栓毛截面面积， 为fut锚栓抗拉极限强度。
b.
Vbc
0.5
1 4
(配de2合抗Ec力fc分项系数1.5使用)
式中， d为e 锚栓直径， 为fc圆柱体混凝土抗压强度。
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(如 右图c)，荷载将以更 加有效的方式传递开， 因此此时底板下的混 凝土受到更大的约束， 而且底板边缘混凝土 通过承压形成抗剪能 力。
7.2.3 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。
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。
7.2.1 锚栓仅受拉力情况
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：
Tu1 f y Ae 为Ae锚栓有效抗拉面积， 为A锚e 栓的屈服强度。
7.2 国内外对锚栓研究的概况
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 国内外对锚栓研究的概况
当距离增大时，锚栓弯曲变 形很明显，抗剪刚度减小。 这种节点的一个例子是当底 板与基础混凝土之间有一层 较弱的灰浆层隔开或高位锚 栓，灰浆的存在使得在剪力 作用下锚栓能较自由地弯曲 变形。当锚栓在剪力作用下 向一侧倾斜时，锚栓中形成 斜拉力，锚栓依靠混凝土的 锚固作用来抗剪。
7.2.2 锚栓仅受剪力情况
7.2.2 锚栓仅受剪力情况
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，此时锚栓节点的抗剪刚度急剧减 小。上部无约束的楔体在受力作用下，将向 上翻转。
7.2.2 锚栓仅受剪力情况
1.李德滋教授推荐的计算方法
且
只适用于埋板顶面与基础混凝土面平齐的情况。
7. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
5.英国的方法 英国对柱底板上孔径的要求是： d0 当d 5 时d 20mm d0 当d 8 时d 24mm
6.美国核工业结构预埋件设计规定（ACI34985）
7.4 锚栓抗拉和抗剪计算方法
7. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
1.于安麟等建议的方法
Vb n0
f y Ae 3
式中，为修正系数，低位锚栓可以取0.65，
高位锚栓可以取0.4。 n0为参与抗剪的锚栓总数。
2.李德滋等建议的方法
式中，
，Vb 为nfvm锚Ae 栓数量。
fvm 130N / mm2 n
Tu3 0.66 ft, 为(ld锚栓d0钉/ 2头)l直d 径d0
锚栓群：考虑各锚栓破坏锥体相互重叠的情况。
面积。
Tu3， 0为.66从f属t Ac于e 该A锚ce 栓的锥体水平投影
7.2.1 锚栓仅受拉力情况
由 和
Tu1 Tu2
T可u1 以Tu3确定锥体破坏决定的埋入长
度，有两者确定的埋入长度比较见下表7-1。
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f同t ，
Tu2 ld dft
为d锚栓杆直径， 为l埋d 入深度。 由于粘结强度低，为防止粘结破坏，要求采用较 大的埋入深度。
7.2.1 锚栓仅受拉力情况
3.圆锥形混凝土达到抗拉承载极限。
单个锚栓：采用水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ投影面进行计算，混凝土抗拉力 计算简化为
锚栓的抗剪承载能力取上面两个中的较小值。
7. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
4.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）预
埋件设计方法
Vb (4 0.08d )
fc fy
f y As
其中，
(4 0.08d )
f时c 0.取7 0.7， 为锚d 栓直径。
fy
该式主要是对锚栓直径小于等于25的情况，
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） 锚栓直径较小（≤Φ36）的情况：如下图（b）
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。
7.1 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. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
3.国外研究结论
a.
Vbs As((配0.合75抗fu力t )分项系数1.111使用)
式中， A为s 锚栓毛截面面积， 为fut锚栓抗拉极限强度。
b.
Vbc
0.5
1 4
(配de2合抗Ec力fc分项系数1.5使用)
式中， d为e 锚栓直径， 为fc圆柱体混凝土抗压强度。
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(如 右图c)，荷载将以更 加有效的方式传递开， 因此此时底板下的混 凝土受到更大的约束， 而且底板边缘混凝土 通过承压形成抗剪能 力。
7.2.3 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。
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。
7.2.1 锚栓仅受拉力情况
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：
Tu1 f y Ae 为Ae锚栓有效抗拉面积， 为A锚e 栓的屈服强度。
7.2 国内外对锚栓研究的概况
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 国内外对锚栓研究的概况
当距离增大时，锚栓弯曲变 形很明显，抗剪刚度减小。 这种节点的一个例子是当底 板与基础混凝土之间有一层 较弱的灰浆层隔开或高位锚 栓，灰浆的存在使得在剪力 作用下锚栓能较自由地弯曲 变形。当锚栓在剪力作用下 向一侧倾斜时，锚栓中形成 斜拉力，锚栓依靠混凝土的 锚固作用来抗剪。
7.2.2 锚栓仅受剪力情况
7.2.2 锚栓仅受剪力情况
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，此时锚栓节点的抗剪刚度急剧减 小。上部无约束的楔体在受力作用下，将向 上翻转。
7.2.2 锚栓仅受剪力情况
1.李德滋教授推荐的计算方法
且
只适用于埋板顶面与基础混凝土面平齐的情况。
7. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
5.英国的方法 英国对柱底板上孔径的要求是： d0 当d 5 时d 20mm d0 当d 8 时d 24mm
6.美国核工业结构预埋件设计规定（ACI34985）
7.4 锚栓抗拉和抗剪计算方法
7. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
1.于安麟等建议的方法
Vb n0
f y Ae 3
式中，为修正系数，低位锚栓可以取0.65，
高位锚栓可以取0.4。 n0为参与抗剪的锚栓总数。
2.李德滋等建议的方法
式中，
，Vb 为nfvm锚Ae 栓数量。
fvm 130N / mm2 n
Tu3 0.66 ft, 为(ld锚栓d0钉/ 2头)l直d 径d0
锚栓群：考虑各锚栓破坏锥体相互重叠的情况。
面积。
Tu3， 0为.66从f属t Ac于e 该A锚ce 栓的锥体水平投影
7.2.1 锚栓仅受拉力情况
由 和
Tu1 Tu2
T可u1 以Tu3确定锥体破坏决定的埋入长
度，有两者确定的埋入长度比较见下表7-1。
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f同t ，
Tu2 ld dft
为d锚栓杆直径， 为l埋d 入深度。 由于粘结强度低，为防止粘结破坏，要求采用较 大的埋入深度。
7.2.1 锚栓仅受拉力情况
3.圆锥形混凝土达到抗拉承载极限。
单个锚栓：采用水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ投影面进行计算，混凝土抗拉力 计算简化为
锚栓的抗剪承载能力取上面两个中的较小值。
7. 3 锚栓既受拉力又受剪力的情况
4.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）预
埋件设计方法
Vb (4 0.08d )
fc fy
f y As
其中，
(4 0.08d )
f时c 0.取7 0.7， 为锚d 栓直径。
fy
该式主要是对锚栓直径小于等于25的情况，
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） 锚栓直径较小（≤Φ36）的情况：如下图（b）
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。