李鵬飛

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西太原 030006）

預(yù)制混凝土梁濕接縫環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度研究

李鵬飛

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西太原 030006）

先通過(guò)比較分析了一般鋼筋搭接的傳力機(jī)理與環(huán)形鋼筋搭接傳力機(jī)理的差異，得到環(huán)形鋼筋搭接的傳力原理是環(huán)形鋼筋通過(guò)搭接段鋼筋間的核心混凝土柱的自鎖錨固作用，通過(guò)核心混凝土柱的抗剪作用，而不是鋼筋與混凝土的黏結(jié)作用來(lái)平衡搭接鋼筋拉力，這與PBL鍵通過(guò)孔間混凝土柱抗剪承載的機(jī)理基本類似。

預(yù)制混凝土梁；濕接縫；核心混凝土；環(huán)形鋼筋；搭接長(zhǎng)度

1 普通鋼筋搭接傳力的原理

普通鋼筋搭接的傳力原理：混凝土和鋼筋之間的黏結(jié)作用以及鋼筋錨固端的長(zhǎng)度與混凝土的相互作用。在鋼筋與混凝土的分界面處有兩種破壞形式：（1）當(dāng)鋼筋的錨固長(zhǎng)度達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)，鋼筋被拔出；（2）當(dāng)鋼筋的錨固長(zhǎng)度達(dá)到規(guī)范的要求時(shí)，混凝土發(fā)生剪切破壞。對(duì)于HRB400型號(hào)的鋼筋，直徑25mm及其以下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，鋼筋直徑的40倍為規(guī)范要求的鋼筋綁扎搭接長(zhǎng)度；規(guī)范規(guī)定鋼筋的連接進(jìn)行電弧焊接，單面焊的焊縫長(zhǎng)度不小于所用的鋼筋直徑的10倍，雙面焊的焊縫長(zhǎng)度不小于所用的鋼筋直徑的5倍。工程上常用的預(yù)制梁濕接縫的鋼筋直徑為12 mm，若按規(guī)范要求進(jìn)行綁扎，則鋼筋搭接長(zhǎng)度為480 mm，由此計(jì)算出的濕接縫的最小寬度為960 mm，已經(jīng)超過(guò)了工程上常采用的濕接縫的寬度，因此就造成了環(huán)形鋼筋需要進(jìn)行焊接這樣一種連接方式。

2 環(huán)形鋼筋搭接傳力的機(jī)理

2.1 環(huán)形鋼筋搭接的傳力機(jī)理的分析

環(huán)形鋼筋的搭接傳力機(jī)理完全不同與一般普通鋼筋的搭接傳力機(jī)理，兩者的不同之處主要表現(xiàn)在：在環(huán)形鋼筋的搭接傳力中，兩個(gè)U形的鋼筋搭接形成一個(gè)環(huán)，這個(gè)環(huán)的核心的混凝土柱進(jìn)行力的傳遞，由于搭接環(huán)核心混凝土柱的兩側(cè)的環(huán)形鋼筋產(chǎn)生的拉力可以互相平衡，因此就不會(huì)出現(xiàn)鋼筋錨固的問(wèn)題，只有核心混凝土的剪切破壞和U形鋼筋的拉斷這兩種形式的可能破壞模式。

2.2 環(huán)形鋼筋搭接傳力與PBL鍵傳力的相似性分析

PBL鍵源于德國(guó)，德文為Perfobond Leiste（PBL）。PBL鍵用于鋼與混凝土兩種材料間力的傳遞，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究工作并取得重要成果。環(huán)形鋼筋的搭接可以理解為是鋼筋與混凝土這兩種材料間的相互作用即兩者力的傳遞問(wèn)題，可以看出兩者有相似性，可以借鑒。

（1）力的傳遞是由核心混凝土柱進(jìn)行的。環(huán)形鋼筋的搭接的傳力是由核心混凝土柱來(lái)進(jìn)行傳力的，PBL鍵是由開(kāi)孔中的混凝土柱來(lái)進(jìn)行傳力的。

（2）核心混凝土柱的受力狀態(tài)。環(huán)形鋼筋搭接環(huán)中的混凝土柱承受兩個(gè)力，即核心混凝土柱受到的開(kāi)口相反的U形鋼筋作用的兩側(cè)壓力，這兩個(gè)力的受力方向相反的。PBL鍵中，混凝土柱也承受貫穿板中開(kāi)孔的兩個(gè)方向相反的作用力力，即核心混凝土柱受到的壓力以及PBL鍵兩側(cè)配置的箍筋對(duì)核心混凝土柱的約束壓力。

（3）極限承載力的控制因素。極限承載力在環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度較短時(shí)受到核心混凝土柱的強(qiáng)度控制；極限承載力在搭接長(zhǎng)度比較長(zhǎng)時(shí)受到所用鋼筋的強(qiáng)度控制；，極限承載力在搭接長(zhǎng)度滿足要求時(shí)由核心混凝土柱的極限強(qiáng)度與鋼筋的極限強(qiáng)度共同決定，由兩者達(dá)到各自的極限承載力控制。PBL鍵的極限承載力是由核心混凝土柱的極限強(qiáng)度決定的。

（4）核心混凝土柱的破壞形式。濕接縫的環(huán)形鋼筋搭接形成的核心混凝土柱的破壞形式是斜截面發(fā)生剪切破壞。而PBL鍵形成的核心混凝土柱破壞分兩個(gè)階段，即第一階段是剪切破壞，第二階段是壓碎破壞。

3 環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度的計(jì)算公式

3.1 計(jì)算假定

根據(jù)上面的分析，將環(huán)形鋼筋搭接的受力特點(diǎn)和PBL鍵的受力特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，為了采用PBL鍵的研究成果，可以作出如下的計(jì)算假定。

（1）由核心混凝土的極限強(qiáng)度和貫穿鋼筋的極限強(qiáng)度決定核心混凝土柱的承載力。

（2）考慮最不利的破壞情況，環(huán)形鋼筋的核心混凝土柱的承載力只由一個(gè)剪切面起到抵抗作用。

（3）由于在彎矩作用下的環(huán)形鋼筋搭接形成的核心混凝土柱的受力特點(diǎn)是不均勻受力，計(jì)算中采用的核心混凝土的計(jì)算區(qū)域?yàn)楹诵幕炷恋?／2。

3.2 環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度公式

PBL鍵承載力的計(jì)算原理由《鋼—混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)分析得到的環(huán)形搭接受拉鋼筋的承載力計(jì)算公式見(jiàn)式（1）及核心混凝土柱的承載力計(jì)算公式見(jiàn)式（2）。環(huán)形搭接的受拉鋼筋的承載力公式

式中：dH為環(huán)形搭接鋼筋的鋼筋直徑，mm；fsd為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

核心混凝土柱的抗剪承載力公式

式中：Ncv為二分之一核心混凝土柱的抗剪承載力，N；Acor為二分之一核心混凝土柱的凈面積，mm2；dL為核心混凝土柱內(nèi)的縱向鋼筋的鋼筋直徑，mm；ftd為核心混凝土柱的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fvd為鋼筋的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fvd=0.577fsd。

由計(jì)算假定假設(shè)的核心混凝土柱的抗剪承載力和環(huán)形鋼筋的抗拉承載力相等的條件，可確定核心混凝土的面積。

式中：α為提高系數(shù)，一般取α=6.1；n為核心混凝土柱內(nèi)下部的縱向鋼筋的數(shù)量。

如果知道環(huán)形鋼筋圓端內(nèi)半徑r，圓心間距b，上下層鋼筋凈距h（h=2r），環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度La，則

r，dH，dL通常是知道的，一般由上式（3）、（5）可以得到b（b≥0），從而可以求出環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度的最小值La。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）根據(jù)相似性原理和合適的計(jì)算假定，推導(dǎo)的環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度的計(jì)算公式計(jì)算現(xiàn)有的預(yù)制梁翼緣縱向濕接縫，能達(dá)到工程所需要的精度。

（2）環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度的是計(jì)算公式借鑒了PBL鍵研究成果，約束混凝土提高系數(shù)是比較關(guān)鍵的取值參數(shù)，如何選取合理的約束混凝土提高系數(shù)是以后研究要關(guān)注的重點(diǎn)。

（3）從理論上可以得出只要核心混凝土柱的截面面積大到一定程度時(shí)，環(huán)形鋼筋搭接的接頭承載力與鋼筋的搭接段采用綁扎連接或者焊接連接等連接形式關(guān)系不大。環(huán)形鋼筋搭接長(zhǎng)度的計(jì)算公式的推導(dǎo)過(guò)程中引入PBL鍵的計(jì)算原理、并且采用了必要的計(jì)算假定，因此當(dāng)濕接縫的厚度較大時(shí)，對(duì)公式的適用性應(yīng)采取合適的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

［1］ 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）［S］.

［2］ 鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500917-2013）［S］.

［3］ 過(guò)鎮(zhèn)海，時(shí)旭東.鋼筋混凝土原理［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.

U445.47

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1008-3383（2017）01-0087-02

2016-09-12

李鵬飛（1984-），男，山西原平人，工程師，研究方向：道路與橋梁。