白帆
航天万源实业有限公司 100076
摘要：地脚螺栓作为紧固构件，广泛应用于钢结构柱脚及各类设备的埋置固定，它可以把作用在钢结构及设备上的力有效传至基础混凝土，是建筑结构基础设计的重要组成部分。地脚螺栓埋置的好坏，直接影响到设备能否正常运行。本文结合实际工程将这些问题作出计算研究并指导实施。
关键词：地脚螺栓 锚固
引言
在节能降耗，大力提倡低碳经济大趋势下，绿色能源之一的风力发电成为国家战略能源长期发展的重要方向，随着风能利用需求的增长及风电技术的发展，风力发电机组日益大型化，对其安全性和经济性提出了更高的要求。因此，叶片的全尺寸测试是我国叶片产业无法回避的问题，为了配合某公司完成风电叶片试验，需要为试验台配备基础，由于该设备运行过程中产生了巨大的上拔力，对承力点处地脚螺栓的锚固提出很高的要求。
针对地脚螺栓的锚固强度，设计人员经过大量调研、数据分析，突破以往采用的常规设计方案，综合各种因素，采用更加完善的理论计算，提出了新的技术措施，论证了该设备基础的安全性并完成了施工图设计。
1、项目背景
地脚螺栓作为紧固构件，广泛应用于钢结构柱脚及各类设备的埋置固定，它可以把作用在钢结构及设备上的力有效传至基础混凝土，是建筑结构基础设计的重要组成部分。地脚螺栓埋置的好坏，直接影响到设备能否正常运行。
我国现行建筑结构设计规范和手册对其设计方法和构造要求都有具体的规定，设计人员可以按照这些规定设计出满足要求的地脚螺栓直径尺寸、埋置长度、间距和边距（如图1）。但是，这些规范和手册对一些问题并没有给出确切的解释，设计方法与实际受力机理有所偏差，这样导致地脚螺栓直径变大、埋置长度变长，不仅影响基础的钢筋绑扎和设置，甚至会增大基础的尺寸，造成不必要的经济损失，本文结合实际工程将这些问题作出计算研究。
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图1
2、项目概况
某公司风电叶片试验台承力点布置如图2，单个承力点上拔力约20吨左右；下文以该项目为依托，按照国家规范与设计方，并参考有关文章，对地脚螺栓的做法进行完善，有助于提高结构的安全性、经济性。
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图3
其中，地脚螺栓的直径为100mm，如果按照规范和手册，地脚螺栓的埋置深度在2m以上，导致基础的埋深也会超过2m，根据现场实际情况根本不允许，而且会造成很大的浪费，设计人员结合目前有关地脚螺栓的国内外研究成果，对地脚螺栓的锚固强度进行探讨和分析，寻求更合理的解决方案。
3、项目设计
地脚螺栓锚固强度的计算方法，大致分为按粘结力计算和按锚板作用计算两种，其中，如果地脚螺栓设有锚板，计算时一般不考虑地脚螺栓与混凝土的粘结力，而均按锚板锚固强度计算，计算如下：
（1）按冲切强度计算
假定螺栓承受的轴向拔出力F完全由锚板周边对混凝土的冲切而产生的内力来平衡，则锚固力F由下式计算：
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式中 fc——混凝土抗压强度设计值（N/mm2），C30
h——破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（mm）
b——锚板边长（mm）
F=0.214.3（2.38202+500820）=5595KN，取安全系数2，得2797.5KN
根据上述计算，可知该锚栓做法可以满足使用要求；但是，由上述破坏形式可以看出，锚栓抗拉能力的大小取决于：(1)锚栓本身的抗拉力，（2）受力混凝土的抗拉力。由于螺栓很粗，本身的强度没有问题，为了确保一定的延性并防止混凝土的冲切和锥体等脆性破坏，在地脚螺栓四周设置可靠传力竖筋，将拉拔力通过竖筋传至基础底部，有效的提高混凝土的抗剪强度，并控制埋置深度。
4、结论
传统的地脚螺栓缺少详细的设计方法，仅有钢结构地脚螺栓直径的选用计算，而锚固长度和布置多为经验做法，没有精准的计算，无法对结构进行优化，这样可能造成不必要的浪费；文中经过查阅文献、数据分析，突破常规设计方法，采用更加完善的理论计算，提出了新的技术措施，优化了基础的埋置深度。
另外，基础中的柱脚螺栓作为试验台重要部件，在使用过程中发生失效将会带来巨大的经济损失，为了保证叶片在试验过程中安全、可靠运行，将地脚螺栓四周增设可靠竖筋是非常重要的措施，大大增强了地脚螺栓的锚固强度。
参考文献
[1] 《钢结构连接节点设计手册》编委会，钢结构连接节点设计手册（第二版）[M]，北京，中国建筑工业出版社，2004
[2] 陈延 张曦卉 刘宏伟 李立昌，地脚螺栓的设计[J]，《工业建筑》, 2013(43)
[3] GB50017-2017 钢结构设计标准[S]