膨胀螺栓选型计算_20150814

本计算书的主要计算依据为《JGJ 145 - 2004 混凝土结构后锚固技术规程》，所采用的荷载组合根据《GB 5009-2012 建筑结构荷载规范》及《GB 50011-2010 建筑抗震设计规范》，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是为了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。螺栓材料70AHELP ME！一、主要参数

1.1 主要输入条件

螺栓规格M6C20C25SS30470AM16120C40300mmmmmm螺栓特殊材质输入膨胀螺栓螺杆材质

膨胀螺栓螺杆力学性能等级膨胀螺栓螺杆名义直径 Dia膨胀螺栓名义长度 L螺栓特殊长度输入混凝土强度等级混凝土的厚度

Use English UnitsUse Metric Units螺栓计算直径 D16mm

螺栓计算面积 As150.3mm2螺栓特殊长度 L166.0mm混凝土的厚度300.00mm

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检查混凝土厚度单个连接板螺栓数量连接板类型

2A

一个螺栓两个螺栓ABC四个螺栓根据连接板与混凝土的位置不同，连接板的类型（具体见下简图）

D1-A1-B1-D85901001051201251401451501751801902002152202402502-A1 of 9

2-B2-CPrint : 2015/8/14

2-DBy Yehong Cheng

2-A2-B2-C2-D4-A膨胀螺栓连接板的设计尺寸B1B2a1a2a3a4S1S2C1C24-B457.2203.2254254----80--406.4406.4mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm457.2203.2254254

4-Dmmmmmmmmmmmm80mm

mm

406.4mm406.4mm

检查输入数据是否完整载荷数据输入请注意以下载荷的方向，当载荷为压力 时，请不要输入（保留最小值10，以供程序检查数据之用），当为拉力时

地震荷载输入参数按正常数据输入。

水平地震竖向地震恒荷载活荷载风荷载

单个连接板设计荷载 N（见右图）10101500160045公斤力

10.010.01500.01600.045.4公斤力

设计地震设防裂度8YES单个连接板设计荷载组合 Nd（见右图）设计拉力与锚固地面的夹角 α (o)当前设计荷载组合是否已经包含地震荷载组合

209845Yes

公斤力

o

第一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检查数据是否完整最终结果

YESYES

清除所有计算数据第二种荷载组合第三种荷载组合快速计算所有荷载组合第四种荷载组合说明： 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：

当前页面所显示所有数据为荷载计算是荷载组合六的数据及计算结果，其荷载组合方式如下：1.2 * (恒荷载 + 0.5 * 活荷载) + 1.3 * 水平地震荷载

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By Yehong Cheng

2 of 9

单个螺栓的设计荷载组合值 FSD单个螺栓设计荷载 - 拉力设计值 NSD,0单个螺栓设计荷载 - 剪力设计值 VSD,01.2 螺栓主要力学性能参数

螺栓杆体材料抗拉强度标准值 fstk螺栓杆体材料屈服强度标准值 fyk螺栓锚固有效长度 L

10497.427.42

公斤力KNKN

MetricCurrently Input Using English Units700450120

Mpa Mpamm

1.10.858.168.16

KNKN

重要性系数γA锚固连接的安全等级二级

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)经安全性系数调整之后单个螺栓设计荷载 - 拉力设计值 NSD

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 VSD

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

满足要求最小边距406.4mm2.2 混凝土厚度是否满足锚栓所需要的最小厚度的要求满足要求混凝土的厚度300

允许最小边距Cmin

YES

180YES180

mm

允许最小厚度hminmm

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

允许最小间距Smin120不满足要求最小间距80mm

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0.04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7.5

mm

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 NRk,s = As x fstk105.23锚栓钢材破坏受拉承载力设计值 NRd,s =NRk,s / rRs,N

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

52.0452.04

KNKNKN

判断NSD是否小于 NRd,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0.15683.2. 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)

0.5sCR,N，(sCR,N = 3hef)混凝土锥体破坏时理想临界边距

58.2100

KNmm

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混凝土锥体破坏时理想临界边长理想化破坏锥体投影面面积A0C,N = sCR,N2

根据螺栓及连接板确定的破坏锥体投影面面积

sCR,N，(sCR,N = 3hef)A0C,N = sCR,N2

200mm

40000mm2

22

AC,N = (C1 + 1/2 x sCR,N) x sCR,N56000mm2

1.001.001.001.40

eN

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

φre,N=0.5+hef / 200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未裂混凝土对受拉承载力的提高系数 φucr,N混凝土锥体破坏时受拉承载力标准值

φce,N= 1 / (1 + 2 eN/Scr,N)φucr,N

NRK,c = N0RK,c x AC,N /A0C,N x φs,N x φre,N x φce,N x φucr,N

NRK,c=114.07KN

38.024KN

31.314KN

混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 NRd,c =NRk,c / rRcN

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0.26063.3 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

不计算劈裂破坏允许最小边距 Cmin最小边距406.4mm

混凝土劈裂破坏时理想破坏体临界边长，sCR,sp = 2hef200mm

，0.5sCR,sp混凝土劈裂破坏时理想临界边距（间距）100mm劈裂破坏理想化破坏锥体投影面面积

A0‘C,N = sCR,sp2

根据连接板确定的劈裂破坏锥体投影面面积AC,sp = (C1 + 1/2 x sCR,sp2) x sCR,sp2

40000mm2

40000mm2

180mm

混凝土构件厚度h对劈裂破坏承载力影响系数 φh,sp = (h/hef)2/3 <≤ 1.51.160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 AC,sp /A0C,sp x φs,N x φre,N x φce,N x φucr,N

=81.48KNN'RK,c经修正之后混凝土劈裂破坏破坏时受拉承载力标准值

NRd,sp =N'Rk,c / φh,sp94.549KN

31.516KN

25.955KN

混凝土劈裂破坏时受拉承载力设计值NRd,sp =NRk,sp / rRsp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 / rRsp

判断NSD是否小于 NRd,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0.31443.4. 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)

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)混凝土锥体多螺栓整体拉出时，X方向的破坏长度混凝土锥体多螺栓整体拉出时，Y方向的破坏长度

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

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)混凝土锥体破坏时理想临界边距

YESNO

666.4--440360116.4100

mmmmmmmmKNmm

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混凝土锥体破坏时理想临界边长

理想化破坏锥体投影面面积A0C,N = sCR,N2根据螺栓及连接板确定的破坏锥体投影面面积螺栓至连接板最小边距C对受拉承载力的降低系数表层混凝土因密集配筋剥离对受拉承载力的降低系数荷载偏心对受拉承载力的降低系数

未裂混凝土对受拉承载力的提高系数 φucr,N混凝土锥体破坏时受拉承载力标准值

混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 NRd,c =NRk,c / rRcN

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

--1584002399041.3773

111.4

mmmm2mm2

339.94113.3193.317KNKNKN

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

设计荷载效应与混凝土锥体破坏破坏承载能力的比值0.0437满足要求

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 VRk,s ，计算过程如下螺栓受剪状态 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 VRk,s = 0.5 As x fstk2). 有杠杆臂的拉弯剪复合状态

3

螺栓截面抵抗矩 Wel(mm)

单根螺栓抗弯承载力标准值 M

Rk,s = 1.2 Wel x fstk

单根螺栓抗弯承载力设计值MRk,s = M0Rk,s x (1 - Nsd / Nsd,s)

0

1)33.82

KN

402.12mm3337.78N.m284.82N.m10

mm

杠杆臂有有效长度 l0, 详见下图

被连接件系数, 约束类型详见下图αM有约束

αM =

2

12121212单根螺栓弯扭剪状态下，受剪承载力标准值 VRk,s = αM x Mrk,s / lo

螺栓破坏时受剪承载力标准值 VRk,s

螺栓破坏时受剪承载力设计值 VRd,s = VRk,s / rRs,V

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,s

判断VSD是否小于 NRd,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

满足要求

56.9633.8216.7316.73

KNKNKNKN

YES

设计荷载效应与螺栓破坏时受剪承载力之设计值之比值0.4878

4.2 构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏

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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

构件中螺栓中心至混凝土边缘最小距离 C (mm)406.4＜

V

在剪切荷载下锚栓的等效有效长度( lf≤hef, lf≤8d ) lf混凝土楔形受剪破坏时,螺栓计算外径 Dnom混凝土立方休抗压强度标准值 fcu,k

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 C21

0

需要

1200mm2

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 (lf/dnom)0.2 x f.5cu,k c1.51

Rk,c

=139.55KN12010

mmmmN/mm

2

743224mm2

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

C2

493532.16

mm2200mm

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)≤1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

剪力与垂直于构件自由边方向轴线夹角α (o)

o

0.7981.000

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

剪力全力点至受剪螺栓重心的偏心距离 eV

mm

1.2671.000

未裂混凝土对受剪承载力的提高系数 φucr,V1.4

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 VRK,C

VRK,C = V0RK,c x AC,V /A0C,V x φs,V x φh,V x φα ,V x φec,V x φucr,V

构件边缘受剪混凝土楔形受剪破坏时,受剪承载力设计值 VRd,C =VRk,C / rRd,c

131.2052.48KN

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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 37.05KN判断VSD是否小于 VRd,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0.2203

已满足要求，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，以下4.2.2节可跳过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

柱状基础中，封闭箍筋间距柱状基础中，箍筋钢材等级

柱状基础中，箍筋抗拉强度设计值箍筋类型

柱状基础混凝土保护层厚度 C

柱状基础中，单个箍筋的截面面积纵向抗拉力标准值 AS1

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 n

柱状基础中，箍筋纵向抗拉力标准值 NRKD,S1= η * ∑ fyi * S1i

柱状基础中，箍筋纵向抗拉力设计值 NRD,S1= NRK,S1/ rRd,c

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,S1

10mm150mmHRB335

300N/mm2普通封闭箍筋30mm78.54mm34141.37KN56.5556.55

KNKN

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

‘

93.59KN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 VRd,C = VRd,C + VRd,S1

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 VRd,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

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

YES

0.0872

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k混凝土剪撬破坏时，剪撬破坏受拉承载力标准值 VRk,cp =k x VRk,c

混凝土剪撬破坏时，剪撬破坏受拉承载力设计值 VRd,cp =VRk,cp / φRk,c

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

2

228.14KN91.26KN.42KN

判断VSD是否小于 NRd,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0.1267五、膨胀螺栓及混凝土结构受拉及受剪复合承载力验算

结构在拉剪复合载荷作用效应的作用下的计算，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复合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 NSD,08.159KN

单个螺栓设计荷载 - 剪力设计值 VSD,0

8.159KN

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

3.230KN混凝土分担的设计值V'SD,0 = VSD,0 * ( VRd,C / VRd,C + VRd,S1)

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,s52.038KN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,s

16.726KN

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混凝土锥体破坏时受拉承载力设计值 NRd,c =NRk,c / rRcN31.314KN

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,CKN37.046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 = VRd,C + VRd,S1

93.594KN

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

0.263

＜

1

对螺栓栓体，在拉剪复合受力情况下承载力是否安全

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

YES0.075

＜

1

对混凝土结构，在拉剪复合受力情况下承载力是否安全

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

螺栓受拉破坏0.00170.09610.15860.15680.22850.1568混凝土锥体受拉破坏0.00240.13150.21700.26060.37980.2606混凝土锥体劈裂破坏0.00280.15870.26190.31440.45820.3144膨胀螺栓钢材受剪破坏0.00530.29900.49340.48780.71100.4878混凝土剪切破坏(未考虑箍筋)0.00170.09530.15720.22030.32100.2203混凝土剪切破坏(考虑箍筋)0.00080.04590.07570.08720.12710.0872螺栓拉剪复合受力破坏0.00000.09860.26860.26250.55780.2625混凝土拉剪复合受力破坏0.00000.01940.05280.07550.16040.0755螺栓群混凝土锥体整体破坏0.00040.02210.030.04370.06370.0437

0.71100.00530.29900.49340.48780.71100.4878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

组合70.15850.26340.31780.49320.22270.08810.26830.07720.04420.4932YESYES

组合80.06550.100.13140.20390.09210.030.04590.01320.01830.20398 of 9 Print : 2015/8/14By Yehong Cheng

特别说明

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删除和增加，都可能会导致计算结果出错或无法完成计算。

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请与作者联系。

版本修订记录

2014/10/29修改螺栓群整体抗拉破坏条件及计算逻辑

2014/11/3修复螺栓群整体抗拉破坏计算错误，增加螺栓群整体抗拉最终系数输出2014/11/28修复箍筋对混凝土抗剪时箍筋圈数相关公式

修改螺栓本体抗拉计算面积，改为以螺栓小径计算

2015/6/20修改螺栓强度系数，修改螺栓群整体抗拨的计算面积公式

增加混凝土厚度检查

2015/6/26增加特殊材质螺栓的计算，可以手工输入非标准列入的材质及相应力学参数。

增加容错处理及部分计算出错的提示信息，优化部分计算逻辑。

2015/8/14修正在Excel 97环境下，对特殊螺栓长度输入时宏代码可能报错

对某些文字内容描述作局部调整修正，以便于阅读

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