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?!督ㄖ拐鹪O(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。