1、龍?jiān)雌诳W(wǎng) 中美規(guī)范地腳錨栓抗拉設(shè)計(jì)對(duì)比作者：趙媛媛 倪南來(lái)源：裝飾裝修天地2016年第09期摘要：結(jié)合中美相關(guān)規(guī)范，對(duì)地腳錨栓在承受拉力時(shí)可能發(fā)生的五種破壞模式進(jìn)行論述，結(jié)合規(guī)范中給定的計(jì)算公式，討論影響錨栓抗拉承載力的因素；并對(duì)核電廠預(yù)埋地腳錨栓設(shè)計(jì)方法的選用給出建議。關(guān)鍵詞：預(yù)埋地腳錨栓；抗拉強(qiáng)度；破壞模式前言預(yù)埋地腳錨栓是設(shè)備和結(jié)構(gòu)鋼柱與混凝土基礎(chǔ)連接的常見(jiàn)方式，其有效性直接影響連接設(shè)備和結(jié)構(gòu)的安全性，重要性不容小覷。現(xiàn)行中國(guó)規(guī)范明確給出預(yù)埋地腳錨栓錨固設(shè)計(jì)方法的有針對(duì)冶金行業(yè)的GB 50696-2011鋼鐵企業(yè)冶金設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，目前我國(guó)尚未出臺(tái)核安全相關(guān)地腳錨栓的設(shè)計(jì)規(guī)范，而美國(guó)

2、ACI 349 規(guī)范是目前首選的相關(guān)規(guī)范。本文將結(jié)合中美規(guī)范的對(duì)比對(duì)核電廠預(yù)埋地腳錨栓的抗拉設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。一、預(yù)埋地腳錨栓的抗拉設(shè)計(jì)方法國(guó)內(nèi)外對(duì)錨栓的抗拉性能研究成果表明，地腳錨栓受拉時(shí)，根據(jù)不同邊界條件和自身情況，破壞模式有以下五種：錨栓破壞（鋼材破壞）、錨栓拔出破壞、混凝土崩裂破壞、混凝土側(cè)面爆裂破壞和混凝土劈裂破壞。各種破壞模式下錨栓抗拉承載力的最小值即為該錨栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值。1.錨栓破壞錨栓破壞，即錨栓達(dá)到抗拉承載力極限被拉斷，屬于延性破壞，如圖2.1（）所示。中美規(guī)范中關(guān)于錨栓的抗拉承載力的計(jì)算公式的形式是相同的，為錨栓面積和錨栓抗拉強(qiáng)度乘積。2.錨栓拔出破壞混凝土與錨桿的粘

3、結(jié)破壞是不帶端頭錨栓受拉破壞的常見(jiàn)模式，混凝土與錨桿的粘結(jié)強(qiáng)度較小，核電廠預(yù)埋地腳錨栓一般選用大頭或帶端板的錨栓避免發(fā)生粘結(jié)破壞。拔出破壞既指大頭錨栓或帶端板錨栓端部承壓面上的混凝土發(fā)生局部壓碎破壞進(jìn)而拔出，屬于脆性破壞，如圖2.1（）所示。可通過(guò)配置約束鋼筋（如螺栓末端區(qū)域的螺旋鋼筋）增大錨栓拔出強(qiáng)度。ACI 349-2006給出大頭錨栓名義抗拔強(qiáng)度的計(jì)算公式為：其中，為開(kāi)裂混凝土中單個(gè)受拉錨栓的抗拔強(qiáng)度，對(duì)于大頭錨栓，為錨栓端頭的承壓面積（單位為in2），為混凝土的名義抗壓強(qiáng)度，既圓柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；為錨栓抗拔強(qiáng)度修正系數(shù)，混凝土開(kāi)裂時(shí)取1.0，混凝土不開(kāi)裂時(shí)取1.4。由公式（2.2.1

4、）可知錨栓的拔出破壞強(qiáng)度與錨栓的埋深無(wú)關(guān)，由錨栓端頭承壓面積、混凝土抗壓強(qiáng)度及混凝土的開(kāi)裂狀況決定。3.混凝土崩裂破壞混凝土崩裂破壞，即錨栓受拉時(shí)混凝土基材形成以錨栓為中心的倒錐體破壞形式，錨栓埋深不夠時(shí)會(huì)發(fā)生這種破壞，如圖2.1（）所示。混凝土錐體破壞時(shí)地腳錨栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值為：其中，為地腳錨栓端部有效直徑；為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；為地腳錨栓有效錨固長(zhǎng)度；和為混凝土錐體實(shí)際投影面積；和為混凝土錐體理想投影面積；為受邊距影響的錨栓抗拉強(qiáng)度修正系數(shù)， 為受裂縫影響的修正系數(shù)，為單個(gè)受拉預(yù)埋錨栓的混凝土基本抗崩裂強(qiáng)度。對(duì)比中美公式可知：1）中美標(biāo)混凝土破壞錐體取法不同，國(guó)標(biāo)假定破壞面以45角的

5、圓錐面從錨栓端頭開(kāi)始向外延伸；美標(biāo)采用更接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的CCD法的破壞模型，即破壞錐體類似于四棱錐（傾斜面為35），投影面積通過(guò)螺栓中心向外擴(kuò)展得到。2）國(guó)標(biāo)假設(shè)破壞面上混凝土平均抗拉應(yīng)力約為0.7，采用水平投影面進(jìn)行計(jì)算，并視整個(gè)破壞面的應(yīng)力相同；美標(biāo)單個(gè)錨栓的基本抗崩裂強(qiáng)度計(jì)算公式為經(jīng)驗(yàn)公式。3）中美標(biāo)都表明混凝土錐體破壞時(shí)錨栓的抗拉承載力隨錨固深度和混凝土強(qiáng)度的增加而增大；4）美標(biāo)考慮了邊距、間距及混凝土開(kāi)裂對(duì)錨栓抗拉承載力的影響，國(guó)標(biāo)未體現(xiàn)。4.混凝土側(cè)面爆裂破壞如果錨栓邊距很小，錨栓端頭附近較大的局部擠壓應(yīng)力會(huì)造成混凝土側(cè)面爆裂破壞，如圖2.1（）所示。ACI-349-2006給出名義

6、抗側(cè)面爆裂強(qiáng)度如下：對(duì)于預(yù)埋深度較深且距離混凝土一個(gè)自由邊較近（）的單個(gè)大頭錨栓，其名義抗側(cè)面爆裂強(qiáng)度為其中，為錨栓中心到混凝土邊緣的最小距離，為錨栓中心沿垂直方向到混凝土邊緣的距離。由公式可知影響錨栓抗側(cè)面爆裂強(qiáng)度的因素主要有混凝土強(qiáng)度、錨栓端頭承壓面積和錨栓邊距。5.混凝土劈裂破壞混凝土劈裂破壞多是因?yàn)榛炷翗?gòu)件厚度較小，錨栓問(wèn)距較小以及錨栓離混凝土邊緣距離很近造成的，如圖2.1（）所示。主要通過(guò)控制錨栓的邊距、間距及厚度等構(gòu)造要求避免出現(xiàn)劈裂破壞，中美規(guī)范都給出了相關(guān)規(guī)定。二、結(jié)語(yǔ)地腳錨栓受拉有錨栓破壞、錨栓拔出破壞、混凝土崩裂破壞、混凝土側(cè)面爆裂破壞和混凝土劈裂破壞五種破壞模式。影響錨

7、栓抗拉承載力的因素有錨栓直徑、錨栓抗拉強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度、錨固深度、錨栓端頭承壓面積、錨栓間距、錨栓邊距、混凝土開(kāi)裂情況等。在最常見(jiàn)的混凝土崩裂破壞模式中，GB 50696和ACI 349采用了不同的破壞面模型，其中ACI 349采用的計(jì)算公式更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在目前的核電廠設(shè)計(jì)工作中建議按照ACI 349進(jìn)行地腳錨栓的設(shè)計(jì)，并輔以必要的試驗(yàn)驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)：1童根樹(shù)，等.鋼柱腳錨栓的設(shè)計(jì)方法J.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2005（1）：27-36.2ACI 349-2006 Code Requirements for Nuclear Safety-Related Concrete Structures （ACI