中歐規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋錨固長(zhǎng)度設(shè)計(jì)對(duì)比分析

陳孝建，王君輝

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060）

中歐規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋錨固長(zhǎng)度設(shè)計(jì)對(duì)比分析

陳孝建，王君輝

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060）

本文對(duì)中歐現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010與BS EN 1992-1-1：2004關(guān)于鋼筋錨固長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行了對(duì)比分析，獲得了中歐混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中鋼筋錨固長(zhǎng)度的定量差異數(shù)據(jù)。

混凝土結(jié)構(gòu)；鋼筋錨固長(zhǎng)度；施工擾動(dòng)，對(duì)比分析

引 言

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋能夠受力，主要是依靠鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)錨固作用。鋼筋的錨固是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力、保持整體的基礎(chǔ)，粘結(jié)是鋼筋錨固的條件。鋼筋的錨固長(zhǎng)度一般指梁、板、柱等構(gòu)件的受力鋼筋深入支座或基礎(chǔ)的總長(zhǎng)度，可以直線錨固和彎折錨固，彎折錨固長(zhǎng)度包括直線段和彎折段。鋼筋滿足一定的錨固長(zhǎng)度是必須的，如果沒(méi)有足夠的錨固長(zhǎng)度，鋼筋的受力就不能有效傳遞給混凝土，沿著鋼筋的平面將產(chǎn)生帶有縱向劈裂的削弱平面，引起構(gòu)件承載能力降低，發(fā)生劈裂破壞嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全和使用。

1 歐洲規(guī)范的規(guī)定

歐洲規(guī)范BS EN 1992-1-1：2004[1]假定鋼筋的極限粘結(jié)應(yīng)力fbd沿鋼筋埋入長(zhǎng)度均勻分布，根據(jù)力的平衡導(dǎo)出帶肋鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度lb,rqd：

得出基本錨固長(zhǎng)度：

其中極限粘結(jié)應(yīng)力：

整理得到基本錨固長(zhǎng)度：

設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度由基本錨固長(zhǎng)度乘以一系列系數(shù)得到：

式中，φ為鋼筋直徑；fctd為為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C60/75時(shí)，按C60/75取值；σsd為錨固鋼筋的實(shí)際應(yīng)力；η1是表征鋼筋粘結(jié)狀態(tài)的系數(shù)，當(dāng)狀態(tài)良好時(shí)取 1.0，不好時(shí)取 0.7；η2是與鋼筋直徑有關(guān)的系數(shù)；a1～a5是分別與錨固鋼筋末端是否彎鉤、保護(hù)層厚度大小、是否存在非焊接橫向約束筋、是否存在焊接橫向約束筋及橫向壓力大小有關(guān)的系數(shù)。

2 中國(guó)規(guī)范的規(guī)定

GB 50010-2010[2]規(guī)定 :當(dāng)計(jì)算中充分利用鋼筋抗拉強(qiáng)度時(shí)，受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)按下列公式計(jì)算：

基本錨固長(zhǎng)度：

設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度：

式中各參數(shù)的意義詳見(jiàn)規(guī)范，其中ζa是與鋼筋直徑大小、鋼筋表面涂層、施工擾動(dòng)影響、配筋余量、保護(hù)層厚度及錨固形式有關(guān)的修正系數(shù)。

3 兩種規(guī)范計(jì)算錨固長(zhǎng)度的對(duì)比分析

3.1 各參數(shù)及取值對(duì)比分析

表1中給出了兩種規(guī)范中各參數(shù)的取值對(duì)比。

表1 兩種規(guī)范中各參數(shù)的取值對(duì)比

通過(guò)表1比較可以發(fā)現(xiàn)兩種規(guī)范存在以下異同：

1）在眾多影響因素中，歐洲規(guī)范沒(méi)有考慮鋼筋表面涂層的影響，而中國(guó)規(guī)范則沒(méi)有考慮橫向壓力的影響。

2）兩種規(guī)范中對(duì)于相同的影響因素的考慮也不盡相同：如歐洲規(guī)范在鋼筋直徑大于32 mm考慮修正，中國(guó)規(guī)范則是25 mm；歐洲規(guī)范在考慮保護(hù)層厚度的有利作用時(shí)，又分了末端有彎鉤和無(wú)彎鉤的情況，而中國(guó)規(guī)范則無(wú)描述，且末端無(wú)彎鉤當(dāng)cd≥3φ時(shí)，a2=0.7，因此整體要稍小于中國(guó)規(guī)范的取值；歐洲規(guī)范分別用了兩個(gè)參數(shù)（a1、a4）來(lái)考慮末端彎鉤和焊接橫向約束的有利作用，中國(guó)規(guī)范則將末端彎鉤與機(jī)械錨固視為同一種影響，折減系數(shù)都取β6=0.6，歐洲規(guī)范的機(jī)械錨固僅涉及了焊接橫向約束筋，涉及的機(jī)械錨固不及中國(guó)規(guī)范的豐富，但是對(duì)于不同彎鉤形式下a1的取值做了詳細(xì)的規(guī)定，比中國(guó)規(guī)范更加具體。

3）歐洲規(guī)范中直接考慮的是鋼筋的實(shí)際應(yīng)力，因此沒(méi)有鋼筋余量的影響；中國(guó)規(guī)范若考慮鋼筋余量的影響，則鋼筋應(yīng)力也取實(shí)際應(yīng)力即可，這一點(diǎn)兩種規(guī)范無(wú)本質(zhì)差別。

4）兩種規(guī)范中的基本錨固長(zhǎng)度的定義存在差別。對(duì)比公式（4）和（6）雖然形式上差別不大，但是歐洲規(guī)范是在基本錨固長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上乘以一系列小于等于1的系數(shù)折減得到設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度，中國(guó)規(guī)范則既有折減也有擴(kuò)大；從系數(shù)取值上看，粘結(jié)狀態(tài)良好且直徑小于 25 mm 的帶肋鋼筋1/(9η1η2)=0.11，小于中國(guó)規(guī)范中帶肋鋼筋 a=1.4；粘結(jié)狀態(tài)不好且直徑小于 25 mm的帶肋鋼筋1/(9η1η2)=0.16，稍大于中國(guó)規(guī)范中帶肋鋼筋 aβ3=1.54（a=1.4，β3=1.10）。

5）歐洲規(guī)范受壓鋼筋的錨固長(zhǎng)度是不小于基本錨固長(zhǎng)度的70 %，中國(guó)規(guī)范則是不小于相應(yīng)受拉錨固長(zhǎng)度的70 %。

6）歐洲規(guī)范對(duì)錨固長(zhǎng)度的限值分了受拉和受壓兩種情況分別作了具體規(guī)定，而中國(guó)規(guī)范未區(qū)分且不如歐洲規(guī)范具體，從總體看中國(guó)規(guī)范的限值比歐洲規(guī)范高。

3.2 計(jì)算對(duì)比分析

通過(guò)比較分析可以發(fā)現(xiàn)，是否考慮施工擾動(dòng)的影響及不同鋼筋直徑對(duì)兩種規(guī)范中鋼筋設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度的計(jì)算影響較大，具體結(jié)果如下：

1）不同混凝土強(qiáng)度和鋼筋強(qiáng)度等級(jí)按照GB50010-2010計(jì)算的鋼筋錨固長(zhǎng)度見(jiàn)表2。

2）不同混凝土強(qiáng)度和鋼筋強(qiáng)度等級(jí)按照BS EN 1992-1-1：2004計(jì)算的鋼筋錨固長(zhǎng)度見(jiàn)表3。

表3 歐洲規(guī)范受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度lbd

從表2和表3的對(duì)比分析中可以看出：

1）在相同的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋強(qiáng)度等級(jí)下，對(duì)d≤25 mm的鋼筋，若不考慮施工擾動(dòng)的影響，中國(guó)規(guī)范計(jì)算的鋼筋錨固長(zhǎng)度是歐洲規(guī)范的 1.25倍左右；若考慮施工擾動(dòng)的影響 ，中國(guó)規(guī)范計(jì)算的鋼筋錨固長(zhǎng)度普遍比歐洲規(guī)范小1倍d，差別很小，可認(rèn)為二者基本相當(dāng)。可以看出在不考慮擾動(dòng)的情況下中國(guó)規(guī)范的錨固長(zhǎng)度偏大，歐洲規(guī)范規(guī)定在沒(méi)有確切證據(jù)證明不受擾動(dòng)影響的情況下都應(yīng)該按照受施工擾動(dòng)影響考慮，并給出了附圖（詳見(jiàn)規(guī)范）加以分類說(shuō)明；而中國(guó)規(guī)范對(duì)此并沒(méi)有明確劃分，因此建議在使用中國(guó)規(guī)范計(jì)算時(shí)，在不能明確證明不會(huì)受擾動(dòng)影響的情況下，都按受擾動(dòng)影響的鋼筋考慮，需乘以1.1倍的修正系數(shù)。

2）對(duì)于大直徑鋼筋（d＞25），考慮施工擾動(dòng)時(shí)，歐洲規(guī)范鋼筋錨固長(zhǎng)度是中國(guó)規(guī)范的0.96～1.14倍；中國(guó)規(guī)范對(duì)不同直徑的鋼筋在相同情況下統(tǒng)一取了一個(gè)平均值，通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，該平均值的水平相當(dāng)于d=40 mm時(shí)按歐洲規(guī)范計(jì)算的鋼筋錨固長(zhǎng)度（表4）。

表4 歐洲規(guī)范受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度lbd（d=40 mm）

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)中歐規(guī)范鋼筋錨固長(zhǎng)度的計(jì)算分析和比較，獲得了中歐規(guī)范鋼筋錨固長(zhǎng)度差異的定量數(shù)據(jù)，并給出以下建議供設(shè)計(jì)人員參考：1）建議在使用中國(guó)規(guī)范計(jì)算時(shí)，在不能明確證明鋼筋不會(huì)受施工擾動(dòng)影響的情況下，都按受施工擾動(dòng)影響考慮，需乘以1.1倍的修正系數(shù)；

2）對(duì)于大直徑鋼筋（d＞25），隨著鋼筋直徑的加大，橫肋相對(duì)高度逐漸降低，導(dǎo)致錨固強(qiáng)度的降低，從而引起錨固長(zhǎng)度的計(jì)算值存在較大差異，因此可以考慮在以后的規(guī)范修訂中，參照歐洲規(guī)范對(duì)大直徑鋼筋的錨固長(zhǎng)度計(jì)算加以區(qū)分細(xì)化；

3）歐洲規(guī)范對(duì)于該計(jì)算中的機(jī)械錨固設(shè)計(jì)雖然不夠豐富，但是在設(shè)計(jì)中仍可以參照中國(guó)規(guī)范的形式，只是對(duì)于其他機(jī)械錨固形式同取修正系數(shù)a4= 0.7；

4）根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)，遵循歐洲規(guī)范時(shí)，仍取鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行鋼筋錨固長(zhǎng)度的計(jì)算，而不考慮配筋余量的影響，即取σsd=fyd。

[1]British Standards.BS EN1992-1-1:2004:Eurocode2:Design of concrete structures —Part 1-1:General rules and rules for buildings[S].London:British Standards Institution,2004.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

Comparative Analysis on Reinforcing bar Anchorage Length of Concrete Structure Stipulated in China National Code and European Code

Chen Xiaojian,Wang Junhui
(CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd,Wuhan Hubei 430060,China)

The quantitative difference of reinforcing bar anchorage length are obtained according to the comparative analysis of the design provisions about the reinforcing bar anchorage length in current concrete structure design codes of GB 50010-2010 and BS EN 1992-1-1：2004.

concrete structure; anchorage length of reinforcing bar; construction disturbance; comparative analysis

U652.7+1；TV528.571

：A

：1004-9592（2016）06-0041-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160610

2016-04-08

陳孝建（1986-），碩士研究生，主要從事港口工程設(shè)計(jì)與研究工作。