钢柱柱脚锚栓的应力分析和设计_李德滋
钢结构柱脚锚栓设计公式的分析与改进
形式 ， 因此柱脚锚栓的设计计算是钢结构设计中的重 要一环 。
础顶面的应 力为线￣５ ） － － 布， 如图 １ 所示。
本文对 目前锚栓设 计中常用 的几 种计算方 法进行了总结并提 出笔者的建议计算方法 。 由于《 钢结构设计规 范》 （ Ｇ Ｂ ５ ｏ ０ １ ７ —
２ ０ ０ ３ ） 建议设计中不考虑柱脚锚栓的抗剪能力， 笔者仅就锚栓
（ ４ ）
式 中， ６ 为 柱脚 底板 宽度 ； ｄ 为柱脚 底板的长度 ； 为锚栓 中心 线到受压 区底板边 的最大距 离 ， ｄ ｏ － － － － － ｄ － ｃ ； 为混凝 土基础 受压 区长度 ； Ⅳ 、 分别为柱脚 的轴 力和弯矩 ； Ｏ ＇ ｍ ｉ 为最小压应力或拉应力。 由公式（ ４ ） 可得 锚栓拉 力
ｍｅ ｈｏｄｉ ｔ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄａ ｎ ｄｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄｔ ｏｂ ｅ ｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｈａ ｔ ｎｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｂ ｙｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｎｔ ｉ ｈｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅபைடு நூலகம்．
【 摘 要】 对钢柱脚锚栓计 算方法进行 了总结， 提 出了更符合 实际受力情况的锚栓计算方法， 并通过算例 与其它计 算 方法进行 了比较 ， 证 明所提 出的方法比其 它方法有更好 的计 算结果 。 【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ａ ｃ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｒ ｂ ｏ ｌ ｔ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｃ ｏ ｌ ｕ ｔ ｒ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍ ｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ． Ａ ｎ ｅ ｗ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｃ ｌ ａ ｃ ｕ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ
钢结构柱脚螺栓计算
钢结构柱脚螺栓计算
1.确定载荷：首先需要确定柱脚所承受的垂直荷载和水平荷载。
这些荷载通常由设计师或结构工程师提供。
2.选择螺栓类型：根据设计要求和压力要求，选择适当的螺
栓类型。
常见的螺栓类型有标准螺栓、高强度螺栓和预应力螺栓。
3.计算柱脚尺寸：根据柱脚尺寸和构件结构类型，计算柱脚
的几何参数，如柱脚板的厚度、直径等。
4.确定螺栓数量：根据设计要求和载荷，计算确定所需的螺
栓数量。
通常，需要确保每个柱脚周围均匀分布的螺栓。
5.计算螺栓的阻力：根据柱脚螺栓的受力情况，计算出螺栓
的阻力。
这可以通过使用螺栓的强度参数和载荷来完成。
6.检查螺栓的预紧力：根据螺栓的阻力和实际设计载荷，检
查螺栓的预紧力是否在合理范围内。
确保螺栓的预紧力足够大，以确保柱脚连接的稳定性。
7.检查剪切强度：根据螺栓在剪切方向上受力的情况，检查
螺栓的剪切强度是否符合设计要求。
钢柱脚锚栓的设计方法
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：
tp 6 Nt e f 0.5bf
式中，Nt为一个锚栓承受的拉力
7.6.1 柱脚底板厚度的确定
情况2:两相邻边支承的板
ef ew ef c ew d ef ew ef c ew d
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
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 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。
（1）李德滋
（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。
tp
4ce
3be f Nt
f
b 2 4e2 f f
情况4：四边支承的区块：
tp cNt
f
b2c b2e f f
7.7 基于极限状态的柱脚设计方法
下图给出了三种柱脚，受压区分成三个区块，平衡条 件如下：
C1b1 C2b2 C3b3 N 0.5hs e f M
钢柱脚锚栓连接受剪性能试验研究
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）
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
－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， 垫板与底板之间的焊接在工厂 加工时就已经完成 。
门式刚架柱底锚栓的抗剪分析
门式刚架柱底锚栓的抗剪分析钢结构门式刚架是厂房仓库中常用结构形式。
钢结构门式刚架结构具有混凝土结构不可比拟的优势，例如造价低施工周期短，可拆卸重复使用等，成了投资方最欢迎的结构形式。
有关研究随国家基础建设一直在进行。
《建筑抗震设计规范》规定柱底部水平剪力单独计算，设抗剪键来处理问题，这种做法趋于保守。
下面通过计算和实验来论证。
柱脚内力计算：首先外露式柱脚的k b为：(1)n t为锚栓个数A e为有效截面面积l a为有效锚固长度e t为形心距e c为截面形心到受压翼缘中心的距离锚栓计算长度l如下式：图 1 计算长度示意图l a为锚固长度，得出柱脚底板反力及锚栓拔力，根据柱脚底板水平力计算底部摩擦力，进而计算抗剪键设计值。
柱脚底板与基础的摩擦力F=u*D(D为柱脚竖向压力，u为柱脚与混凝土柱之间摩擦系数),当不满足V＜F(V为柱脚水平压力)时，按现行《抗规》(GB50011-2010)9.2.16条第4款应设抗剪键。
设计柱脚抗剪试验：试验构件按华南某刚架结构厂房柱下端尺寸设计，基础用钢筋混凝土地梁代替，尺寸1.5米长，横截面0.6x0.4m(两端预埋设锚栓)和0.4x0.4m（两端为化学浆锚固锚栓），实验混凝土柱强度C30，锚栓强度Q235B。
计算机对实验构件柱脚弯矩、剪力和轴力进行模拟，荷载为：1.2恒荷载+1.4*0.85（活荷载+风荷载）计算结果：N/kN V/kN M/kNm (M/V)/m T/Kn D/Kn uD/kN 右-0.96 11.42 16.89 1.47 85.39 84.28 33.67左16.69 20.80 24.90 1.20 102.00 120.90 48.23 当柱脚为刚接时，右边弯矩M=42.58kN.m，参考《柱脚嵌固度对山形门式刚架结构分析的影响》提出β=0.55-0.75的范围，本计算比值在允许范围内，符合工程实际要求。
即摩擦力大于剪力，不设抗剪键。
本文拟通过实验验证柱脚底部的摩擦力能否承载水平荷载。
钢结构柱脚计算
引言概述：钢结构柱脚计算是钢结构设计中非常重要的一部分，它涉及到钢柱与基础之间的连接，对结构的稳定性和安全性有着直接的影响。
本文将围绕钢结构柱脚计算展开论述，包括柱脚设计原理、设计参数的确定、计算方法以及实例分析等内容。
正文内容：一、柱脚设计原理1.1柱脚设计基本原理柱脚设计的基本原理是将柱子受力传递到基础上，同时保证连接良好的力和刚度传递，确保结构整体的稳定性和安全性。
1.2柱脚受力特点柱脚在使用过程中会承受来自柱子的垂直荷载、水平荷载和弯矩等受力，这些受力特点需要在设计过程中综合考虑。
二、设计参数的确定2.1柱子的受力情况分析针对具体的结构，通过力学分析和计算，确定柱子的受力情况，包括垂直荷载、水平荷载和弯矩等参数。
2.2基础的承载力计算通过对基础的计算，确定其承载能力，以确保能够承受柱脚传递的力和碰撞力等。
三、计算方法3.1直接修改法直接修改法是一种常用的设计方法，它基于静力学平衡原理，通过对柱脚架构的调整，使其能够承受所需的荷载。
3.2增加附加件法通过增加柱脚附加件的数量和尺寸，来提高柱脚的承载力和稳定性，是一种常用的增强柱脚的设计方法。
四、实例分析4.1柱脚计算实例一以某大型厂房的结构设计为例，通过对柱脚的计算和分析，确保其能够满足结构的承载要求和稳定性要求。
4.2柱脚计算实例二以某高层建筑的结构设计为例，通过对柱脚的计算和分析，考虑到地震荷载等因素，确保柱脚设计的合理性和安全性。
五、总结钢结构柱脚计算是保证钢结构稳定性和安全性的重要一环，通过对柱脚的设计原理、设计参数的确定、计算方法的应用和实例分析的展示，可以为工程设计提供一定的参考依据。
在钢结构设计中，合理的柱脚计算可以提高结构的整体性能，保证施工和使用过程中的安全性，具有重要的实际意义。
钢结构柱脚节点设计
所以：ha lw 2h f 且取10的倍数。
a b1 L
ha
c a1 c t1 B t1
B、靴梁旳截面验算
按支承在柱边旳双悬臂外伸梁受均布反力作用。
M q l l R e 2
V q l R
e
a b1
上式中的q为线荷载，按实际 情况计算。
lL
R
R
q’
M
l
l
抗弯： M 6M f
1～1.5倍。
c a1 c t1 B t1
B a1 2t1 2c
a1— 构件截面高度； t1— 靴梁厚度一般为10～14mm； c— 悬臂宽度，c=3～4倍螺栓直
径d，d=20～24mm，则 L 可求。 注意B、L均应取整。
a b1 L
取定B、L后应验算基础顶面压应力要求：
q N An c fc
隔板
柱 隔板 锚栓
肋板 b1
锚栓用以固定柱脚位置，沿轴线布置2个，直径2024mm。
（二）柱脚计算
靴梁
1.传力途径
底板
N
柱 隔板 锚栓
c a1 c t1 B t1
隔板
隔板（肋板）
a b1 L
柱 靴梁
底板
实际计算不考虑
混凝土基础
焊缝布置原则： 考虑施焊旳以便与可能
柱脚零件间旳焊缝布置
2.柱脚旳计算
a b1 L
b1/a1
β
0.3 0.026
0.4 0.042
0.5 0.056
0.6 0.072
0.7 0.085
0.8 0.092
0.9 0.104
1.0 0.111
1.1 0.120
≥1.2 0.125
钢轨接头螺栓的有限元应力集中分析_薛强
(5)施工第一批锚索时,应首先选择3孔锚索进行检测试验,以确定锚索锚固力与设计锚固力是否相等,每孔8束锚索试验荷载为1400kN ,试验采用的锚具均为工具锚,试验合格后,应按设计初始预应力重新张拉锁定。
(6)锚索施工完成后,应随机抽选3孔锚索进行张拉试验,每孔8束锚索张拉力不小于1200kN 。
(7)锚索张拉完成前,严禁下一分层桩前岩土体开挖。
5 体会(1)压力注浆对锚索的抗拔力起很大的作用,注浆时在锚索孔口安装止浆塞,注浆压力将增大很多,使水泥砂浆渗入到周围岩土层中,增加了锚固段锚固体与岩土层的摩擦力,从而增加了锚索的抗拔力。
(2)锚索的抗拔力又取决于水泥砂浆对锚索的握裹力,这就要求有高强度等级水泥砂浆及确保钢绞线的清洁度。
(3)锚索自由段水泥砂浆也参加了抗拔工作,在进行3号桩1号锚索张拉试验,第一次张拉到1400kN 时(自由段没补注浆)的伸长量比第二次张拉到1400kN 时(自由段已补注浆)大,这说明自由段水泥砂浆与孔壁岩土层摩擦力阻止了锚固体的位移。
(4)锚固段处土层中从锚索测力计上反映出预应力损失比处于岩层中的大得多,从施工实践中证明处于土层中的锚索加大压力注浆,能大大提高锚索的抗拔力,必要时应进行二次压力注浆。
(5)锚索结构轻便美观,造价低。
收稿日期:20030929基金项目:天津市自然科学基金资助项目(编号:023650511)第一作者简介:薛 强(1962—),男,副教授,1993年毕业于天津大学。
钢轨接头螺栓的有限元应力集中分析薛 强,苗德华(天津科技大学机械工程学院 天津 300222) 摘 要:应用有限元接触分析方法,研究钢轨螺栓螺纹根部的应力集中。
通过优化螺栓螺纹根部圆角半径和螺母结构、改变螺纹根部直径的方法,缓解螺纹根部的应力集中,改善应力分布,实现提高螺栓疲劳强度的目的。
关键词:钢轨螺栓;有限元分析;应力集中 中图分类号:TH1313 文献标识码:B 文章编号:10042954(2004)04007003 铁路机车能否安全行驶取决于钢轨的强度和可靠性。