門式剛架柱底錨栓的抗剪分析

鋼結(jié)構(gòu)門式剛架是廠房倉庫中常用結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)具有混凝土結(jié)構(gòu)不可比擬的優(yōu)勢，例如造價低施工周期短，可拆卸重復(fù)使用等，成了投資方最歡迎的結(jié)構(gòu)形式。有關(guān)研究隨國家基礎(chǔ)建設(shè)一直在進行。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定柱底部水平剪力單獨計算，設(shè)抗剪鍵來處理問題，這種做法趨于保守。下面通過計算和實驗來論證。

柱腳內(nèi)力計算

la為錨固長度，得出柱腳底板反力及錨栓拔力，根據(jù)柱腳底板水平力計算底部摩擦力，進而計算抗剪鍵設(shè)計值。柱腳底板與基礎(chǔ)的摩擦力F=u*D（D為柱腳豎向壓力，u為柱腳與混凝土柱之間摩擦系數(shù)），當(dāng)不滿足V

設(shè)計柱腳抗剪試驗

試驗構(gòu)件按華南某剛架結(jié)構(gòu)廠房柱下端尺寸設(shè)計，基礎(chǔ)用鋼筋混凝土地梁代替，尺寸1.5米長，橫截面0.6x0.4m（兩端預(yù)埋設(shè)錨栓）和0.4x0.4m（兩端為化學(xué)漿錨固錨栓），實驗混凝土柱強度C30，錨栓強度Q235B。

當(dāng)柱腳為剛接時，右邊彎矩M=42.58kN.m，參考《柱腳嵌固度對山形門式剛架結(jié)構(gòu)分析的影響》提出β=0.55-0.75的范圍，本計算比值在允許范圍內(nèi)，符合工程實際要求。即摩擦力大于剪力，不設(shè)抗剪鍵。本文擬通過實驗驗證柱腳底部的摩擦力能否承載水平荷載。加載方式為：首先豎向加載至20kN，再在距離梁底1.5m范圍處逐漸加載水平力的水平荷載，以實驗其抗剪能力。測得柱腳水平位移與水平荷載的關(guān)系：當(dāng)達(dá)到水平推力設(shè)計值20.7KN時，柱腳水平位移小于0.2mm，30 kN時為0.3mm。螺孔與錨栓間隙3mm，因此柱子底板與螺栓沒有接觸，水平荷載達(dá)到45 kN和 50 kN時，水平位移為0.6mm和 0.7mm，沒有接觸。說明錨栓沒有參與抗剪，通過底板與基礎(chǔ)的摩擦力滿足水平荷載。因為剪力設(shè)計值為20.1kN，實驗中當(dāng)水平力達(dá)到30kN時柱腳沒有滑動，錨栓沒有因水平力作用而受力，故實際中可不設(shè)抗剪鍵。因為壓力與摩擦力成正比，水平推力增加了軸向的壓力，因此增加柱底板摩擦力而提高抗剪承載力。

進入第二階段，柱底錨栓承受剪力時，計算模型為：錨栓間距0.2m，錨栓材料為Q235B，直徑d=30mm，設(shè)計極限拉力取值5%、10%、15、20%。先加載預(yù)緊力，后加軸向力，分析柱腳抗剪承載力。結(jié)果：預(yù)緊力為5—29 kN，軸力為20 kN，底板壓應(yīng)力和摩擦力與柱腳錨栓的預(yù)緊力成正向關(guān)系。當(dāng)柱腳錨栓預(yù)緊力在15、20 kN時，錨栓應(yīng)力隨著預(yù)緊力的加大而加大，范圍集中在柱底和混凝土頂附近。

當(dāng)錨栓預(yù)緊力為15、20 kN時，如圖2錨栓應(yīng)力曲線，從混凝土底部到頂部漸次加大，頂部與柱腳相連接處最大，在柱子底板上表面與混凝土接觸表面后迅速減小。

結(jié)論

通過試驗計算得出結(jié)論：鋼結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)中，柱腳錨栓預(yù)緊力的存在可以參與柱腳抗剪。在實際工程設(shè)計中要計算由彎矩而使摩擦力加大而增加的抗剪承載力，在此基礎(chǔ)上設(shè)計錨栓預(yù)緊力，避免因計算保守而增加投資成本。