03G102和04SG518-3的疑惑

学习了，很感兴趣

外露式半刚性柱脚抗震设计不得使用L型锚栓，慎用J型锚栓
希望各位就这个话题能展开讨论。以下先介绍一下我所了解到的日本的情况，抛砖引玉吧。

1995年日本阪神地震，外露式半刚性柱脚的破坏，多数是锚栓被拔出和螺纹部被拉断。
几年后，日本建筑学会发布新钢结构节点设计规范，提出外露式半刚性柱脚抗震设计不得使用L型（90°弯钩）锚栓，慎用J型（180°弯钩）锚栓。

试验结果表明：
同一埋深（例如20d，d=锚栓直径）的外露式半刚性柱脚，分别采用L型锚栓，J型锚栓，及螺杆带锚板固定。三者加载同样大小的弯距，进行锚栓受拉试验。当荷载在锚栓的弹性范围内时，3种锚栓锚固均可靠。但是，当荷载增加到锚栓的屈服点时，3种锚栓的螺纹部屈服在先，锚栓杆部屈服在后。杆部的屈服从上部开始，逐渐向下发展，随着锚栓杆部的逐步塑性化，混凝土对锚栓的握裹力也从上到下逐渐消失，塑性化发展到弯钩部时，L型锚栓首先被拔出，继续增加弯矩，J型锚栓也被拔除，螺杆锚板则表现出较大的抗拉力，直到发生混凝土基础锥形破坏，也没有被拔出。

外露式半刚性柱脚抗震设计，多国的资料显示，希望柱脚具有0.03弧度的转动能力。钢柱及底板的刚度一般来说都较大，柱脚的转动主要靠锚栓的塑性伸长来实现。假设锚栓埋深为20d以上，（20d>钢柱宽度），那么需要锚栓的相对伸长约为3%。锚栓及锚固最少应具备以下特性：
1．材质的屈强比。（日本公布了新的锚栓用钢材，除传统的最低屈服点外，还规定了最高屈服点）
2．螺纹部截面积与杆部截面积比>材质的屈强比（新的锚栓用钢材为≤0.8）。
3．锚栓杆部20d以上的长度范围内完全屈服时，下端的锚固仍然可靠。

所以日本钢规给定螺杆加锚板的埋深最少为20d，J型（180°弯钩）锚栓的埋深最少为35d。L型锚栓不得用于抗震设计。

发两张图，
图1．外露式半刚性抗震设计理想的弯矩与转角关系曲线
底板刚性较大，一般可以忽略，柱脚的变形，主要靠锚杆部的塑性伸长。在锚杆部全部塑性化之前，螺纹部不得被拉断。
即： 螺纹部净截面积×抗拉强度 > 锚杆部截面积×屈服强度
移项得：螺纹部净截面积÷锚杆部截面积 > 屈服强度÷抗拉强度
取： 螺纹部净截面积÷锚杆部截面积 = 0.8 （各直径的面积比：M24为0.78，M30为0.794，M36为0.803）
代入得：屈强比 = 屈服强度÷抗拉强度 < 0.8

有人认为：Q235钢的屈强比 = 235 ÷375 = 0.63 < 0.8， OK
其实不然，因为Q235只保证最低屈服点，不保证最高屈服点。特别是Q235A，碳和锰含量不作为交货条件，碳和锰含量直接影响实际强度。其实际屈服点可能很高，以致屈强比大于0.8。

为此，1995年阪神地震后的2001年，日本规定锚栓用SNR400B钢，钢材保证值有：屈服点235～355N/mm2，抗拉强度400～510N/mm2，屈强比≤0.8，及化学成分C，Si，Mn，P，S。另外对轧制精度（直径，椭圆度）要求也较严格。
其中，不但规定了最高屈服点，还直接规定了屈强比。目前日本有4～6家钢铁公司可生产这种锚栓用钢。
用这种钢搓制（挤压）的锚栓的相对延伸率为10%，而车削加工的细牙螺纹锚栓的相对延伸率为3%。二者均为各锚栓加工厂的保证值。

图2．根据锚栓延伸率求柱脚转角
图中涉及柱脚的弹性刚性KBS，及柱脚刚性的计算等，如果大家感兴趣的话，下次再谈。