[实用新型]一种预应力锚栓柱脚节点连接结构

说明书

技术领域

本实用新型属于建筑结构的技术领域，具体为一种预应力锚栓柱脚节点连接结构。

背景技术

普通锚栓被大量应用于钢柱脚与混凝土基础的连接，这种连接对施工精度的要求相对较为宽容，因而有施工便利的优点，但普通锚栓的连接有以下显著缺点：

（1）设计强度低，不仅导致锚栓用钢量的增加，还使整个柱脚节点体积增大，特别是柱脚底板面积增大，进而引起弯矩加大，设计板厚增加，使钢材用量显著增多；

（2）受力不明确，这是因为主体结构计算中选用的节点形式与真实节点的差异造成的，比如在轻钢门架设计中，由于柱脚抗弯刚度不连续的原因，通常将柱脚视为铰接，这一假定在总体上是正确的，也是偏于安全的，但如果将这样计算得到的柱脚内力用到锚栓设计中，就造成锚栓的受力不明确，而实际上，锚栓柱脚是有一定抗弯刚度的，只是其底板与混凝土面局部脱离接触后的抗弯刚度突然减小，不能与钢柱的抗弯刚度相当。

由于普通锚栓柱脚抗弯刚度的不连续，不能作为刚接柱脚，所以目前相关规范都将埋入式柱脚或外包式柱脚作为刚接柱脚的主要形式。虽然埋入式柱脚或外包式柱脚的抗弯刚度及刚度都达到刚接标准，但仍有以下主要缺点：

（1）在埋入段或外包段高度范围内，材料重复使用，钢柱的强度不能代替柱筋的强度，柱筋的强度也不能代替钢柱的强度，因此这种柱脚用钢量大且不经济；

（2）外包式柱脚使得建筑有效使用面积减少；

（3）埋入式柱脚的钢柱埋入段遭遇基础水平连梁钢筋或地下室墙梁、墙板钢筋的穿越，造成施工难度很大，进度受影响，且费用高昂。

由于现有的普通锚栓柱脚和两种刚接柱脚有上述缺点，所以应该在适当的条件下对设计和施工方法做改进，以达到既安全适用又经济的结构设计目标。

预应力锚栓和普通锚栓的区别在于要对锚栓施加预拉力，预拉力的大小相当于高强度螺栓的预拉力值。其受力机理为：锚栓的预拉力对柱墩混凝土产生预压力，柱墩在工作阶段受弯时，受压区压应力略增大而锚栓预拉力松弛，所以压应力增大很少，受拉区锚栓预拉应力有增大趋势，但因混凝土压应力松弛，拉应力增大很少，锚栓预拉力导致的锚栓顶板对混凝土柱墩顶的压力产生的摩擦力可以抵抗剪力，由于锚栓所受拉力设计值仅为预应力锚栓预拉力值的80%，所以混凝土在结构使用期内始终保持受压状态，结构受力状态恒定。

预应力锚栓的设计强度应按高强螺栓的设计强度取值，也可按预应力混凝土中的预应力钢筋强度取值，因为这几种受力状态都是相当的。因此预应力锚栓设计强度比同样材质的普通锚栓强度提高1.53倍，对节约锚栓用钢量和柱脚节点用钢量都有很大优越性。

预应力锚栓在设计中应有构造措施保证其受力的准确性。主要构造措施即锚栓与混凝土之间应用PVC套管分离，使锚栓张拉时在套管高度范围内可以摆脱混凝土的粘结力而自由伸长，并使此段混凝土受到均匀的压力，也使锚栓拉伸时吸取较多的变形能而达到防松防振效果。套管与锚栓之间的间隙可使柱脚套入锚栓时还有较小的调整余地，且锚栓由此弯曲所引起的次应力足够微小可忽略不计。

在以往的工程实践中或在国外设计的项目中也有预应力锚栓，但由于没有专门设备，加之锚栓较粗所以用扭矩法对锚栓施加预拉力很难达到标准。许多情况下，用大力扳手扳不动则算达到标准，但是有时锚栓因受巨大的拉扭复合应力而断裂。锚栓断裂后很难补救，所以这种方法受到极大限制。为了解决这个问题可用直接张拉法即液压张拉器对锚栓施加预拉力。直接张拉法可精确施加预拉力，又不产生扭矩，使螺杆处于纯受拉的简单应力状态，以提高结构的强度和韧性。

预应力锚栓的优点：

（1）适用于锚栓受力大的节点，特别是采用高强螺栓的节点；

（2）可明确锚栓受力，使得锚栓处于简单应力状态，锚栓预拉力引起的压力以及摩擦力可抗剪，锚栓受拉但节点达到刚接。提高了锚栓的强度，节约锚栓和节点其他部分的用钢量；

（3）高强螺栓可用于锚栓连接，由于采用直接张拉法施工，其强度比现在高强螺栓强度还高1.2倍，比现有锚栓强度增加更多。采用直接张拉法施工时，预应力锚栓强度比传统锚栓强度提高了1.53倍；

改变目前普遍认为只有钢柱埋入混凝土基础才算刚接的观点，避免钢柱和混凝土中钢筋复杂交叉，节约材料，简化施工。

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