楊創(chuàng)

（中交二公局第三工程有限公司，西安 710016）

1 受拉鋼筋錨固長度的對比分析

鋼筋和混凝土是工程結構的重要組成部分，其基本前提是2 類材料形成穩(wěn)定的黏結和錨固關系。鋼筋錨固的基本特點是其被混凝土完整包裹，并與混凝土協(xié)同工作，共同承擔應力。由此，衍生出鋼筋錨固長度這一概念，其指的是受力鋼筋深入基礎結構的實際深度。需明確，結構的穩(wěn)定性與鋼筋錨固長度有密切關聯(lián)，合理的錨固長度可起到約束材料間劈裂破壞的效果。若錨固長度不合理，則不利于鋼筋的正常使用，受力難以有效傳遞至錨固體，大量外力聚集在鋼筋材料中，形成削弱平面，致使結構體的承載水平下降。

1.1 中美兩國規(guī)范計算公式的不同

根據(jù)我國的GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》（2015 年版）【1】（以下簡稱中國規(guī)范），其在受拉鋼筋錨固長度方面的要求為至少200mm，可通過式（1）、式（2）計算：

式（1）、式（2）中，lad、la為受拉鋼筋的基本錨固長度和錨固長度，mm；α為錨固鋼筋的外形系數(shù)；fy為普通鋼筋的抗拉強度設計值，MPa；ft為混凝土軸心抗拉強度設計值，MPa，具體視混凝土強度而定，若超過C60 等級，此處依然按C60 進行取值；d為錨固鋼筋直徑，mm；ζa為錨固長度修正系數(shù)，若超過1 項，可采取連乘的方法求得具體值，但至少需達到0.6。

根據(jù)美國規(guī)范ACI 318-08《混凝土結構設計規(guī)范》【2】（以下簡稱美國規(guī)范），可得式（3）、式（4）：

式（3）、式（4）中，ld為變形鋼筋的錨固長度，mm；k 為穿過潛在破裂面鋼筋束作用系數(shù)；fy為鋼筋屈服強度設計值，MPa；fc為混凝土的抗壓強度，MPa；db為鋼筋的標稱直徑，mm；φt、φe、φs分別為鋼筋位置、涂層和尺寸系數(shù)；λ為輕骨料混凝土系數(shù)；cb為最薄處保護層的影響系數(shù)；ktr為水平鋼筋系數(shù)。

以鋼筋級別和混凝土等級保持一致為基本前提，分析此時美國規(guī)范19 號及其以下鋼筋的錨固長度，可以得知該值與中國規(guī)范1、2 級抗震結構所用鋼筋的錨固長度未存在明顯差異，二者相當，且特殊情況下美國規(guī)范中的該值略大。而以美國規(guī)范22 號及以上鋼筋為例，確定其對應的錨固長度值，將其與中國規(guī)范1、2 級抗震結構中的同規(guī)格鋼筋錨固長度對比，得知美國規(guī)范下該值相對較大，達到中國規(guī)范的1.15 倍，從這一角度來看，中國規(guī)范中若鋼筋直徑達22mm 或更大，則會出現(xiàn)錨固長度偏小的情況。鑒于此，給予相關建議：針對HRB335、HRB400 和RRB400 3 類鋼筋，原規(guī)范中要求的是直徑超過25mm 時才需要乘1.1 的修正系數(shù)，更合適的是將該條件變更為“達到22mm 及其以上的鋼筋”，并且修正系數(shù)加大至1.25 更為合理。

根據(jù)美國規(guī)范，若為受拉鋼筋，其產(chǎn)生的錨固長度至少要達到300mm；若為受壓鋼筋，該值則至少要達到200mm；而根據(jù)中國規(guī)范得知，無論何種工況，錨固長度至少要達到250mm，較特殊的情況是存在縱向鋼筋抗壓強度，此條件下的錨固長度要求更為嚴格，即至少應達到受拉鋼筋錨固長的0.7倍。根據(jù)上述分析，就受壓鋼筋錨固長度而言，中國規(guī)范提出更為嚴格的要求，但受拉鋼筋錨固長度方面所提出的要求則相對更低。

根據(jù)美國規(guī)范，若工程使用到輕質(zhì)混凝土，參考普通混凝土狀態(tài)下的錨固長度，通過對該值乘1.3 的方式求得此工況下的鋼筋錨固長度；而從中國規(guī)范來看，在此方面未做出說明。

美國規(guī)范對受拉標準彎鉤和鋼筋束的錨固長度2 方面都提出明確的要求；但中國規(guī)范在此方面較為空白，只給出縱向受力鋼筋不可按鋼筋束形式配置的說明，受相關規(guī)定缺失的限制，在鋼筋定位、振搗等環(huán)節(jié)施工時存在諸多不便之處。且值得注意的是，除了我國規(guī)范外，全球其他國家的相關規(guī)范中都明確規(guī)定縱向鋼筋可按鋼筋束形式配置。鑒于此，要根據(jù)鋼筋束的使用特性進行基于黏結錨固性能的相關試驗，從而明確鋼筋束的適用條件。

1.2 影響錨固長度計算公式修正系數(shù)的比較

1.2.1 鋼筋直徑的影響

根據(jù)中國規(guī)范得知：若為帶肋鋼筋，通過對其公稱直徑的判別進行取值，若超過25mm，此時ζa為1.1。

為更為直觀地對比中美規(guī)范，對上述公式取值，即φt、φe、λ均為1.0；使用到C45 混凝土，具體參數(shù)為ft=1.8MPa，fc=29.6MPa；使用到 HRB400 鋼筋，具體參數(shù)為 fy=360MPa，創(chuàng)建相同的分析條件，通過對錨固長度的分析，明確鋼筋直徑與混凝土強度2 項指標對其產(chǎn)生的具體影響。

從錨固長度的角度來看，美國規(guī)范中要求該值相對更大；而在各項分析因素保持一致的前提下，以美國規(guī)范為準所得的計算值也偏大，若鋼筋直徑不斷加大，在此情況下美國規(guī)范中的錨固長度表現(xiàn)出明顯加大的趨勢，且與中國規(guī)范的差異更加明顯。

根據(jù)中國規(guī)范得知，若混凝土強度達到C60 以上，此時無論該指標如何提升，錨固長度均不會產(chǎn)生減小的趨勢；通過對美國規(guī)范的分析得知，＞100MPa（折算后對應的是 C80）時，才會出現(xiàn)錨固長度不減小的現(xiàn)象。后續(xù)，若混凝土強度等級不斷提升，中美規(guī)范產(chǎn)生的計算結果偏差表現(xiàn)出愈發(fā)接近的特點。

1.2.2 環(huán)氧涂層對錨固長度修正系數(shù)的影響

中國規(guī)范中，帶肋鋼筋若存在環(huán)氧涂層，其對應取值為ζa取1.25；而美國規(guī)范中，在對鋼筋和鋼絲（均存在環(huán)氧涂層）進行取值時，則以保護層厚度作為分類依據(jù)，若該值在3d 內(nèi)，此時有φe=1.5；除此之外的鋼筋和鋼絲（均存在環(huán)氧涂層），則有φe=1.2。

1.2.3 實際配筋對錨固長度修正系數(shù)的影響

根據(jù)中國規(guī)范：若為縱向受力鋼筋，根據(jù)實際配筋面積，若該值超過計算值，此條件下求得計算值與實際值的比值，將其作為修正系數(shù)；部分構件的特殊之處在于發(fā)揮出抗震的效果，或是具備承受動力荷載的能力，則無需考慮修正問題。根據(jù)美國規(guī)范得知：除規(guī)范21.1.1.6 條規(guī)定外，根據(jù)受彎構件的實際情況，若其中鋼筋超過計算需要，此時應對錨固長度適配相應的修正系數(shù)，其取值方式與中國規(guī)范一致。

1.2.4 中國規(guī)范獨有規(guī)定

中國規(guī)范中，部分工程中某一區(qū)域的鋼筋易受到擾動，此部分ζa取1.10；并將錨固區(qū)保護層厚度作為判別依據(jù)，若該值為3d，此條件下修正系數(shù)為0.80；若達到5d，則適當減小修正系數(shù)，取值為0.70。相比之下，美國規(guī)范中在此方面并未做出規(guī)定。

1.2.5 美國規(guī)范獨有規(guī)定

因水平鋼筋的作用，錨固長度下若結構層厚度超304.8mm，此條件下φe=1.3，除此之外的其他條件均為φe=1.0；若使用到輕質(zhì)混凝土材料，要求λ的最大值≤0.75。而在此方面，中國規(guī)范并未做出相關規(guī)定。

2 中國規(guī)范關于鋼筋綁扎搭接的規(guī)定

以錨固長度為基準，要求受拉鋼筋搭接長度至少為該值的1.2 倍，并滿足至少為300mm 的要求；依然以錨固長度為基準，要求受壓鋼筋搭接長度至少為該值的0.85 倍，并滿足至少為200mm 的要求。同時，若受拉鋼筋直徑超過28mm，或是工程中出現(xiàn)受壓鋼筋直徑超過32mm 的情況，均不具備綁扎搭接的條件。

3 美國規(guī)范中關于鋼筋搭接的規(guī)定

若鋼筋直徑超過36mm，此時不具備綁扎搭接的條件。但部分情況較為特殊，如鋼筋直徑為43mm 或57mm，可與其他鋼筋搭接，前提是其他鋼筋直徑未超過36mm。受拉鋼筋共有2 類搭接形式，各自對應的接頭形式不同，均以錨固長度為基準，A 類結構產(chǎn)生的搭接長度為該值的1.0 倍，B 類接頭則提升至1.3 倍。并且，A 類接頭必須具備如下條件：（1）以計算分析所需鋼筋面積為基準，要求工程施工中實際產(chǎn)生的配筋面積達到該值的2 倍或更多；（2）所有鋼筋搭接中，同一區(qū)域的鋼筋數(shù)量不可超過總量的1/2。若搭接的鋼筋在直徑上存在差異時，為滿足搭接要求，搭接長度則以大直徑鋼筋為基準。

關于受壓鋼筋，對其搭接時需滿足搭接長度至少為300mm 的要求，同時受施工條件差異化的影響，對應搭接計算方式各不相同。若混凝土強度達21MPa 或更高，并且選擇的是不超過420MPa 的鋼筋，此時可通過0.071fydb的方式求得搭接長度；若鋼筋屈服強度超過420MPa，此條件下可通過（0.13fy-24）db求得搭接長度。此外，若混凝土強度在21MPa 內(nèi)，需在原搭接長度的基礎上延長1/3，將其作為最終值。

4 結語

綜上所述，經(jīng)本文對比可知，在錨固、搭接長度方面，美國規(guī)范做出了更明確的說明，尤其是受力條件優(yōu)良的部分，其在要求上更為細化；但在鋼筋受力條件欠佳的情況下，若鋼筋存在涂層，對應的錨固長度也表現(xiàn)出增加的趨勢，相比于中國規(guī)范而言結果相對更大。鑒于此，可給予工程施工一定的指導，即需要充分考慮鋼筋受力情況，以此為出發(fā)點，經(jīng)合理的計算方式確定錨固搭接長度。