膨胀螺栓选型计算_20141128

机械式膨胀螺栓选型计算

本计算的主要依据为《JGJ 145 - 2004 混凝土结构后锚固技术规程》，所采用的膨胀螺栓尺寸

及规格符应合《GB/T 22795 - 2008 混凝土用膨胀锚栓 型式与尺寸》，本计算中采用膨胀螺栓的称呼主要目的与习惯上的描述一致，在以下计算中可简称为膨胀螺栓或螺栓或锚栓。

本计算中所适用的膨胀螺栓主要结构如下图所示。

一、主要参数

1.1 主要输入条件膨胀螺栓螺杆材质

SS304

膨胀螺栓螺杆力学性能等级

70

膨胀螺栓螺杆名义直径 Dia

M16mm 螺栓计算直径 D 16mm

膨胀螺栓名义长度 L 175mm 螺栓计算面积 As 150.3mm 2混凝土强度等级C30螺栓特殊长度 L 140.0mm 混凝土的厚度

300

mm

混凝土的厚度300.00

mm

膨胀螺栓连接板在混凝土结构表面上的位置及尺寸参数

单个连接板上膨胀螺栓的数量

单个连接板螺栓数量2连接板类型A

Use English Units

一个螺栓

四个螺栓

1-A

1-B

1-D

2-A 2-B 2-C

2-D

A

B

C

D

两个螺栓

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螺栓特殊长度输入

膨胀螺栓连接板的设计尺寸

B1457.2mm 457.2mm B2203.2mm 203.2mm a1254mm 254mm a2254mm 254

mm a3--mm mm a4--mm mm

S1152.4mm 152.4mm

S2--mm mm

C1406.4mm 406.4mm C2

406.4

mm

406.4mm 地震荷载

恒荷载活荷载风荷载水平地震竖向地震

单个连接板设计荷载 N（见右图）45452309365645公斤力45.43655.945.4公斤力

设计地震设防裂度

8

单个连接板设计荷载组合 N d （见右图）7027公斤力设计拉力与锚固地面的夹角 α (o )

45o

当前设计荷载组合是否已经包含地震荷载组合

Yes

检查数据是否完整YES 最终结果

YES

说明： 以上荷载组合根据《GB 5009-2012 建筑结构荷载规范》及《GB 50011-2010 建筑抗震设计规范》相关条文规定，选取可能的最不利的荷载组合类型，分别按荷载组合数据计算。

根据以上各项荷载组合类别分别计算，产生最大效应时对应的组合是荷载组合五在本计算过程中产生最大荷载效应时，其荷载组合具体类型如下：

1.2 * (恒荷载 + 0.5 * 活荷载) + 1.4 * 风荷载_Factor * 风荷载 + 1.3 * 水平地震荷载说明：

本页面所显示所有数据为荷载计算是荷载组合五的数据及计算结果，荷载组合如下：

1.2 * (恒荷载 + 0.5 * 活荷载) + 1.4 * 风荷载_Factor * 风荷载 + 1.3 * 水平地震荷载

单个螺栓的设计荷载组合值 F SD

3513.5公斤力单个螺栓设计荷载 - 拉力设计值 N SD,024.84KN 单个螺栓设计荷载 - 剪力设计值 V SD,024.84

KN

1.2 主要性能参数

螺栓杆体材料抗拉强度标准值 f stk 800 Mpa 螺栓杆体材料屈服强度标准值 f yk 640 Mpa 螺栓锚固有效长度 L

160

mm

4-A

4-B 4-D

第一种荷载组合

第二种荷载组合

第三种荷载组合

第四种荷载组合

第五种荷载组合第六种荷载组合

第七种荷载组合第八种荷载组合

清除所有计算数据

快速计算所有荷载组合

检查输入数据是否完整

锚固连接的安全等级二级重要性系数γA 1.1

当设计荷载组合包含地震荷载组合时，承载能力调整系数(非地震组合时不考虑)0.85

经安全性系数调整之后单个螺栓设计荷载 - 拉力设计值 N SD27.33KN

经安全性及地震荷载系数系数调整之后单个螺栓设计荷载 - 剪力设计值 V SD27.33KN

二、膨胀螺栓及混凝土结构构造检查

构造检查

2.1 螺栓中心至混凝土结构外边缘最小边距C是否符合标准要求YES

满足要求最小边距406.4mm允许最小边距C min240mm

2.2 混凝土厚度是否满足锚栓所需要的最小厚度的要求YES

满足要求混凝土的厚度300允许最小厚度h min240mm

2.3 同一连接板上两个螺栓间距离是否满足标准最小值要求NO

不满足要求最小间距152.4mm允许最小间距S min160mm

存在螺栓群混凝土锥体整体受拉破坏的可能性，需验算螺栓群整体抗拉能力

详见 3.4 考虑混凝土锥体整体拉出时,整体破坏验算(多螺栓整体拉出)

2.4 抗震设计条件下，螺栓有效锚固长度与直径比值是否满足最小规定YES

满足要求允许有效锚固长度与直径比11.9锚固长度与直径比10.0

三、膨胀螺栓及混凝土受拉承载能力验算（承载能力极限状态计算）

3.1. 锚栓受拉钢材破坏计算

本条计算主要根据《JGJ 145 - 2004 混凝土结构后锚固技术规程》第6.1.1、6.1.2条

锚栓钢材破坏受拉承载力标准值 N Rk,s = As x f stk120.26KN

锚栓钢材破坏受拉承载力设计值 N Rd,s =N Rk,s / r Rs,N74.01KN

抗震设计时，锚栓钢材破坏受拉承载力设计值 N'Rd,s = ηN,s x NRk,s 74.01KN

判断N SD是否小于 N Rd,s ，即锚栓的设计受拉荷载是否小于锚栓钢材破坏受拉承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与材料承载能力的比值0.3693

3.2. 混凝土锥体受拉破坏验算

本条计算主要根据《JGJ 145 混凝土结构后锚固技术规程》6.1.3条

根据螺栓对应参数表可查得理想混凝土锥体破坏承载力标准值N0RK,c (KN)77.6KN

混凝土锥体破坏时理想临界边距0.5s CR,N，(s CR,N = 3h ef)100mm

混凝土锥体破坏时理想临界边长s CR,N，(s CR,N = 3h ef)200mm

理想化破坏锥体投影面面积A0C,N = s CR,N2A0C,N = s CR,N240000mm2

根据螺栓及连接板确定的破坏锥体投影面面积A C,N = (C1 + 1/2 x s CR,N2) x s CR,N270480mm2

螺栓至连接板最小边距C对受拉承载力的降低系数φs,N=0.7+0.3 x C / C CR,N 1.00

φre,N=0.5+h ef / 200 1.00

表层混凝土因密集配筋剥离对受拉承载力的降低系

荷载偏心对受拉承载力的降低系数φce,N= 1 / (1 + 2 e N/S cr,N) 1.00e N

未裂混凝土对受拉承载力的提高系数 φucr,Nφucr,N 1.40

混凝土锥体破坏时受拉承载力标准值N RK,c = N0RK,c x A C,N /A0C,N x φs,N x φre,N x φce,N x φucr,N

N RK,c=191.42KN

混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 N Rd,c =N Rk,c / r RcN63.808KN

52.548KN

抗震设计时，混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 N'Rd,c = ηN,c x NRd,c

判断N SD是否小于 N Rd,c ，即设计受拉荷载是否小于混凝土锥体破坏受拉承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与混凝土锥体破坏破坏承载能力的比值0.5201

3.3 混凝土的劈裂破坏承载力

根据螺栓在混凝土中的位置，检查是否需要进行劈裂破坏承载力计算No

最小边距406.4mm不计算劈裂破坏允许最小边距 C min240mm 混凝土劈裂破坏时理想破坏体临界边长，sCR,sp = 2hef200mm

，0.5s CR,sp100mm

混凝土劈裂破坏时理想临界边距（间距）

劈裂破坏理想化破坏锥体投影面面积A0‘C,N = s CR,sp240000mm2

A C,sp = (C1 + 1/2 x s CR,sp2) x s CR,sp240000mm2

根据连接板确定的劈裂破坏锥体投影面面

混凝土构件厚度h对劈裂破坏承载力影响系数φh,sp = (h/h ef)2/3 <≤ 1.50.958

计算劈裂破坏中，混凝土锥体破坏受拉承载力标准值 N'RK,c = N0RK,c x A C,sp /A0C,sp x φs,N x φre,N x φce,N x φucr,N

N'RK,c=108.64KN Array经修正之后混凝土劈裂破坏破坏时受拉承载力标准值N Rd,sp =N'Rk,c / φh,sp104.06KN

混凝土劈裂破坏时受拉承载力设计值N Rd,sp =N Rk,sp / r Rsp34.688KN

抗震设计时，混凝土劈裂破坏时受拉承载力设计值

NRd,sp =NRk,sp / rRsp28.567KN

判断N SD是否小于 N Rd,sp，即设计受拉荷载是否小于混凝土混凝土劈裂破坏受拉承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与混凝土锥体破坏破坏承载能力比值0.9567

3.4. 考虑混凝土锥体的螺栓群整体拉出时, 整体破坏验算(多螺栓整体拉出)

是否考虑X方向的混凝土锥体整体拉出破坏(多螺栓整体拉出)YES

是否考虑Y方向的混凝土锥体整体拉出破坏(多螺栓整体拉出)NO

混凝土锥体多螺栓整体拉出时，X方向的破坏长度798.8mm

混凝土锥体多螺栓整体拉出时，Y方向的破坏长度--mm

混凝土多螺栓整体拉出破坏时理想破坏体临界边长，X方向632.4mm

混凝土多螺栓整体拉出破坏时理想破坏体临界边长，Y方向480mm

根据螺栓对应参数表可查得理想混凝土锥体破坏承载力标准值N0RK,c (KN)155.2KN

混凝土锥体破坏时理想临界边距100mm

混凝土锥体破坏时理想临界边长--mm

理想化破坏锥体投影面面积A0C,N = sCR,N2303552mm2

根据螺栓及连接板确定的破坏锥体投影面面积383424mm2

螺栓至连接板最小边距C对受拉承载力的降低系数 1.208

表层混凝土因密集配筋剥离对受拉承载力的降低系数1

荷载偏心对受拉承载力的降低系数1

未裂混凝土对受拉承载力的提高系数 φucr,N 1.4

混凝土锥体破坏时受拉承载力标准值

331.54KN

混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 NRd,c =NRk,c / rRcN110.51KN

91.01KN

抗震设计时，混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 N'Rd,c = ηN,c x NRd,c

判断NSD是否小于 NRd,c ，即设计受拉荷载是否小于混凝土锥体破坏受拉承载力设计值Yes

满足要求设计荷载效应与混凝土锥体破坏破坏承载能力的比值0.1501

四、膨胀螺栓及混凝土受剪承载能力验算（承载能力极限状态计算）

4.1 螺栓受剪承载钢材破坏计算

本条计算主要依据为《JGJ 145 混凝土结构后锚固技术规程》6.2.2条

螺栓破坏时受剪承载力标准值 V Rk,s ，计算过程如下螺栓受剪状态1)

根据螺栓与连接件及混凝土表面是否存在杠杆臂，可分为以下两种情况

1). 无杠杆臂的纯剪状态 V Rk,s = 0.5 A s x f stk48.11KN

2). 有杠杆臂的拉弯剪复合状态

螺栓截面抵抗矩 W el(mm3)402.12mm3

单根螺栓抗弯承载力标准值 M0Rk,s = 1.2 W el x f stk386.04N.m

单根螺栓抗弯承载力设计值M Rk,s = M0Rk,s x (1 - N sd / N sd,s)243.49N.m

杠杆臂有有效长度 l0, 详见下图1mm

被连接件系数, 约束类型详见下图αM

有约束αM =2

单根螺栓弯扭剪状态下，受剪承载力标准值 V Rk,s = αM x M rk,s / l o

486.98KN

螺栓破坏时受剪承载力标准值 V Rk,s48.11KN

螺栓破坏时受剪承载力设计值 V Rd,s = V Rk,s / r Rs,V29.60KN

抗震设计时，螺栓破坏时受剪承载力设计值 V'Rd,s = ηV,s x VRd,s29.60KN

判断V SD是否小于 N Rd,s，即设计受剪荷载是否小于螺栓破坏时受剪承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与螺栓破坏时受剪承载力之设计值0.9232

4.2 构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏

4.2.1 本条计算主要依据为《JGJ 145 - 2004 混凝土结构后锚固技术规程》第6.2.3条

判断边缘受剪边的距离是否需要进行构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏验算需要

构件中螺栓中心至混凝土边缘最小距离 C (mm)406.4＜1600mm2

构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏时，受剪承载力标准值 V0Rk,c = 0.45 d.5nom x (l f/d nom)0.2 x f.5cu,k c1.51

V0Rk,c=122.43KN 剪切荷载下锚栓的有效长度( l f≤hef, l f≤8d ) l f128mm

混凝土楔形受剪破坏时,螺栓计算外径 D nom16mm

混凝土立方休抗压强度标准值 f cu,k30N/mm2

理想混凝土楔形受剪破坏时，混凝土楔形体在侧向的投影面积A0c,V = 4.5 C21743224mm2

对于单个螺栓，混凝土楔形体在侧向的投影面积A c,V = 1.5 x C1 x (1.5C1+C2)493532.16mm2

C2200mm

边距比C2/C1对受剪承载力的降低影响系数 φs,V= 0.7 + 0.3 x C2 / (1.5 x C1)≤10.798

剪力与垂直于构件自由边方向轴线夹角α (o)对承载力的影响系数 φα ,V 1.000

剪力与垂直于构件自由边方向轴线夹角α (o)o

边距与厚度比C1/h 对受剪承载力影响系数 φh,V= (1.5 C1/h)1/3≥1 1.267

荷载偏心对受剪承载力的降低系数 φec,V= 1 / (1 + 2 e C/3C1) 1.000

剪力全力点至受剪螺栓重心的偏心距离 e V mm

未裂混凝土对受剪承载力的提高系数 φucr,V 1.4

边缘混凝土的类别3)

1). 边缘为无筋的开裂混凝土

2). 边缘配有ψ ≥ 12mm 直筋的开裂混凝土

3). 未裂混凝土，或边缘配有ψ ≥ 12mm 直筋的开裂混凝土 及 a ≤ 100 mm 箍筋的开裂混凝土

构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏时,受剪承载力标准值 V RK,C

V RK,C = V0RK,c x A C,V /A0C,V x φs,V x φh,V x φα ,V x φec,V x φucr,V

115.10构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏时,受剪承载力设计值 V Rd,C =V Rk,C / r Rd,c46.04KN

32.50KN

抗震设计时，边缘受剪混凝土楔形受剪破坏时,受剪承载力设计值 V'Rd,C = ηV,c x VRd,C

判断V SD是否小于 V Rd,V，即设计受剪荷载是否小于混凝土楔形受剪破坏受剪承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与混凝土锥体破坏破坏承载能力之比值0.8409已经满足要求，不需要再考虑平行于剪力方向的箍筋其纵向抗拉力对结构的有利影响

4.2.2 考虑平行于剪力方向的箍筋其纵向抗拉力对结构的有利影响 (当以上4.2.1满足要求时，可以不

需要本部分计算内容)

是否需要考虑平行于剪力方向的箍筋抗拉力对结构的有利影响NO

柱状基础中，封闭箍筋直径10mm

柱状基础中，封闭箍筋间距150mm

柱状基础中，箍筋钢材等级HRB335

柱状基础中，箍筋抗拉强度设计值300N/mm2

箍筋类型普通封闭箍筋柱状基础混凝土保护层厚度 C30mm

柱状基础中，单个箍筋的截面面积纵向抗拉力标准值 A S178.54mm3

柱状基础，构件边缘受剪混凝土楔形破坏面有效抗剪单个箍筋数量 n4柱状基础中，箍筋纵向抗拉力标准值 N RKD,S1= η * ∑ f yi * S1i141.37KN

柱状基础中，箍筋纵向抗拉力设计值 N RD,S1= N RK,S1/ r Rd,c56.55KN

抗震设计时，柱状基础中，箍筋纵向抗拉力设计值 NRD,S1= ηV,s1 x NRD,S156.55KN

考虑垂直于剪力方向的箍筋作用，其纵向抗拉力对混凝土抗剪的有利影响，构件边缘受剪混凝土

楔形受剪破坏时,已经考虑抗震承载力降低，受剪承载力设计值 V‘Rd,C = V Rd,C + V Rd,S189.05KN

判断在考虑平行于剪力方向的箍筋作用，其纵向抗拉力对混凝土抗剪的有利影响的条件下，V’SD是否小于 V Rd,V，即设计受剪荷载是否小于经调整后的混凝土楔形受剪破坏受剪承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与混凝土锥体破坏破坏承载能力之比值0.3069

4.3 混凝土剪撬破坏

本条计算主要依据为《JGJ 145 - 2004 混凝土结构后锚固技术规程》第6.2.12条

混凝土剪撬破坏时，锚固深度对混凝土剪撬破坏承载力的影响系数k2

混凝土剪撬破坏时，剪撬破坏受拉承载力标准值 V Rk,cp =k x V Rk,c382.85KN

混凝土剪撬破坏时，剪撬破坏受拉承载力设计值 V Rd,cp =V Rk,cp / φRk,c153.14KN

108.10KN 抗震设计时，混凝土剪撬破坏受拉承载力设计值 V'Rd,cp = ηV,c x VRd,cp

判断V SD是否小于 N Rd,s，即设计受剪荷载是否小于螺栓破坏时受剪承载力设计值YES 满足要求设计荷载效应与螺栓破坏时受剪承载力设计值之比值0.2528

五、膨胀螺栓及混凝土结构受拉及受剪复合承载力验算

结构在拉剪复合花卉作用效应作用下的计算，根据上面的计算数据，下面是螺栓及混凝土结构受剪

与受拉的设计荷载和承载能力设计值。

单个螺栓设计荷载 - 拉力设计值 N SD,027.329KN

单个螺栓设计荷载 - 剪力设计值 V SD,027.329KN

考虑平行于剪力方向的箍筋抗拉能力对结构有利影响，按照等强度理论由

混凝土分担的设计值V'SD,0 = V SD,0 * ( V Rd,C / V Rd,C + V Rd,S1)9.974KN 抗震设计时，锚栓钢材破坏受拉承载力设计值 N'Rd,s = ηN,s x N Rk,s74.009KN

抗震设计时，螺栓破坏时受剪承载力设计值 V'Rd,s = ηV,s x V Rd,s29.604KN

混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 N Rd,c =N Rk,c / r RcN52.548KN

抗震设计时，边缘受剪混凝土楔形受剪破坏时,受剪承载力设计值 V'Rd,C = ηV,c x V Rd,C

32.499KN

考虑平行于剪力方向的箍筋，楔形受剪破坏时,受剪承载力设计值 V‘Rd,C = V Rd,C + V Rd,S1

89.048KN

对螺栓栓体结构，拉剪复合受力下承载力按以下公式验算，其复合承载力系数0.989＜1

对螺栓栓体，在拉剪复合受力情况下承载力是否安全YES

对混凝土结构，拉剪复合受力下承载力按以下公式验算，其复合承载力系数0.365＜1

对混凝土结构，在拉剪复合受力情况下承载力是否安全YES

五、膨胀螺栓及混凝土结构验算的最终结果

在不同的荷载组合及受力情况下，各设计荷载与承载力比值如下表所示

设计荷载与承载力比值

组合1组合2组合3组合4组合5组合6组合7组合8螺栓受拉破坏0.00550.10810.17500.25400.36930.25400.25520.1034混凝土锥体受拉破坏0.00640.12540.20300.35780.52010.35780.35940.1456混凝土锥体劈裂破坏0.01180.23060.37350.65810.95670.65810.66110.2678膨胀螺栓钢材受剪破坏0.01380.27020.43760.63510.92320.63510.63790.2584混凝土剪切破坏(未考虑箍筋)0.00890.17380.28140.57850.84090.57850.58110.2354混凝土剪切破坏(考虑箍筋)0.00400.07800.12630.21110.30690.21110.21210.0859螺栓拉剪复合受力破坏0.00020.08470.22210.46780.98860.46780.47210.0775混凝土拉剪复合受力破坏0.00010.02180.05720.17260.36470.17260.17410.0286螺栓群混凝土锥体整体破坏0.00180.03620.05860.10330.15010.10330.10380.0420

0.98860.01380.27020.43760.65810.98860.65810.66110.2678对该膨胀螺栓及锚固，在设计荷载下，不考虑箍筋抗剪时，是否符合标准要求YES

对该膨胀螺栓及锚固，在设计荷载下，考虑箍筋抗剪作用时，是否符合标准要求YES