1.护栏结构

基坑混凝土护栏采用方钢焊接而成，立柱50×50×1.5mm方钢、护栏面板为30×30×1.0mm方钢焊接而成，膨胀螺栓规格为φ12×100mm。

图1.1 护栏成品图

图1.2 护栏材料规格表

图1.3 护栏结构图（单位：mm）

2.计算过程

撞击力传递路径：护栏板承受水平撞击力，由护栏板上的四个耳板承受，然后将撞击力传递至护栏立柱上，护栏立柱通过锚固的膨胀螺栓将力传递给混凝土基础。

1）计算立柱承受的撞击力

护栏强度验算选取一个成年人正常奔跑中撞击护栏产生的撞击力，一个成年男子身高约1.75m，体重约75kg，平时锻炼身体的奔跑速度为6km/h≈1.67m/s，然后撞击护栏，后按照身高计算，身体与护栏的着力点在腰部范围，碰撞的位置接近护栏上缘，撞击时间约0.2s，对护栏的冲击力F，根据动量定理：

人对护栏板的冲击力约2.25KN，一侧的立柱承受的撞击力为F=2.25/2=1.125KN，按照最不利情况，碰撞位置位于护栏上缘。护栏面板受力如下图所示。

图2.1 护栏板受力图（图中尺寸单位：mm）

护栏板通过连接耳板将撞击力传递给立柱，护栏立柱承受的撞击力F1、F2，计算得：

2）计算膨胀螺栓的强度

钢管立柱50×50mm，承受F1和F2，钢管立柱的验算强度有碰撞螺栓的剪切强度和抗拔力，钢管立柱的环焊缝的强度。

图2.2 钢管立柱受力示意图（尺寸单位：mm）

（1）膨胀螺栓允许承载力

根据膨胀螺栓规范，锚固在混凝土中的M12*100膨胀螺栓允许拉力1060kg即10.6KN；允许剪力345kg，即3.45KN。

表2.1 膨胀螺栓受力性能表

（2）膨胀螺栓受力计算

钢管立柱底板处承受的剪力为：；

钢管立柱底板处承受的弯矩为：    。

图1.3 膨胀螺栓受力示意图（尺寸单位：mm）

膨胀螺栓在弯矩作用下承受的拉力：，一个底板由4个膨胀螺栓固定，承受撞击力后由2根螺栓承受，单个螺栓承受的拉力为。

单个膨胀螺栓承受的剪力：，满足要求。

结论：该护栏的锚固膨胀螺栓的抗剪和抗拔强度能够经得起一个75Kg的成年人以1.6m/s速度奔跑的撞击。

3）环向焊缝强度验算

（1）环向焊缝受力计算

护栏立柱与底板采用焊接连接，为满焊环形角焊缝，焊脚尺寸为，Q235钢材，手工焊接，焊条为E43型，角焊缝强度设计值。

受力分析：在撞击力下护栏立柱与底板之间的环向焊缝受力比较复杂，有扭矩T、弯矩M以及剪力Ft，最不利的时候是三种力的叠加状态，根据钢结构角焊缝计算规则对此环向焊缝进行受力计算。

图1.4 护栏底板环向焊缝受力示意图

环向焊缝承受的扭矩：；

环向焊缝承受的剪力：；

环向焊缝承受的弯矩：。

（2）焊缝强度计算

环向焊缝承受扭矩T，在有效截面的任一点所受切线方向的剪应力，计算

环向焊缝承受剪力，剪应力为：

环向焊缝承受弯矩M，弯矩应力为：

则环向焊缝角点处的应力为：

结论：立柱与底板的环向焊缝在一个75Kg的成年人以1.6m/s速度奔跑的撞击下不会开裂。

4）护栏面板与立柱连接耳板焊接强度验算

耳板承受剪力V=1.125KN，焊脚尺寸hf=4mm，则剪应力

，焊缝强度满足要求。

3.验算结论

通过上述假设计算，护栏的膨胀螺栓强度及抗拔力和立柱环向焊缝强度均满足一个成年男子正常跑步中产生的撞击力。下载本文