一種裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋彎弧錨固與搭接技術(shù)
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作者；鄭曉敏
我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010[l](以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范GB50010-2010”)中給出了3種鋼筋錨固方法，即直錨、彎鉤錨和機(jī)械錨。歐洲規(guī)范EN1992-1-1和國(guó)際結(jié)構(gòu)混凝土協(xié)會(huì)( FIB)的《模式規(guī)范》MC2010（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范MC2010”）中，除了上述3種方法外，還給出了另一種鋼筋錨固方法，即彎弧錨固。彎弧錨固是一種半圓形鋼筋錨固方式，通過(guò)彎弧段鋼筋與混凝土間的局部承壓來(lái)實(shí)現(xiàn)錨固作用，具有受力機(jī)理明確可靠、錨固長(zhǎng)度較短且施工方便和易于控制鋼筋施工質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（剪力墻結(jié)構(gòu)）》15G310-2中，也給出了采用鋼筋彎弧搭接的構(gòu)造做法，包括一次搭接和二次搭接2種情況，如圖1所示，但并未給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。本文擬分析鋼筋彎弧錨固與搭接的工作機(jī)理，并根據(jù)規(guī)范GB50010-2010的基本要求，建立鋼筋彎弧錨固與搭接的設(shè)計(jì)及施工方法，為其在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用提供參考。
1 鋼筋彎弧錨固
1.1鋼筋彎弧錨固的受力機(jī)理
如圖2所示，假定半圓形鋼筋兩端的拉力為fyAs，根據(jù)力的平衡，可得鋼筋作用于混凝土上的徑向均布?jí)毫為：
式中：R為鋼筋彎弧的半徑；f y為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As為鋼筋截面面積。
對(duì)鋼筋直徑為d的彎弧，其最大徑向分布力q可按素混凝土的局部受壓承載力確定，根據(jù)規(guī)范GB50010-2010，則有：
式中：A。為局部受壓的計(jì)算底面積；A，為混凝土局部受壓面積。
在規(guī)范GB50010-2010中，局部受壓的計(jì)算底面積Ah可由局部受壓面積與計(jì)算底面積按同心、對(duì)稱的原則確定。在工程應(yīng)用中，鋼筋彎弧與構(gòu)件邊緣主要有2種相對(duì)位置關(guān)系，即c≥d（見圖2a）和c <d（見圖2b），其中c為混凝土保護(hù)層厚度，d為鋼筋直徑。
當(dāng)c≥d時(shí)，鋼筋彎弧的A b可根據(jù)圖3a確定，沿A1四周向外擴(kuò)大的距離為d，則有：
當(dāng)c<d時(shí)，鋼筋彎弧的A b可根據(jù)圖3b確定，沿A1四周向外擴(kuò)大的距離為c，則有：
對(duì)于β1的限值，規(guī)范GB50010-2010無(wú)具體規(guī)定，但歐洲規(guī)范EN1992---1---1和規(guī)范MC2010均要求β1≤3.0，而美國(guó)規(guī)范ACI318-11則要求β1≤2.0。
1.3 鋼筋彎弧的最小半徑計(jì)算
根據(jù)規(guī)范GB50010---2010，一類環(huán)境下，板、墻的混凝土保護(hù)層最小厚度為15mm。板、墻中常用的鋼筋直徑d一般為6~12mm，均小于保護(hù)層的最小厚度，即滿足c≥d，將式(5)代入式(3)，整理后可得到不同鋼筋種類、不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)條件下鋼筋彎弧最小半徑與鋼筋直徑的關(guān)系，如表1所示。
將表1中的R min代人式(3)，計(jì)算得到的β1均小于2，可參考表1來(lái)確定鋼筋彎弧半徑。
2鋼筋彎弧搭接
國(guó)內(nèi)常用的鋼筋連接方式有焊接、機(jī)械連接、綁扎搭接、灌漿套筒連接和漿錨連接等。對(duì)于鋼筋搭接，除了綁扎搭接外，還可采用間接搭接，其中鋼筋彎弧搭接可用于間接搭接。
2.1 鋼筋彎弧搭接的受力機(jī)理
以圖4所示的預(yù)制剪力墻水平鋼筋連接為例，說(shuō)明鋼筋彎弧搭接的受力機(jī)理。圖中，灰色部分為預(yù)制剪力墻，t為搭接彎弧的間距，llap為水平彎弧鋼筋的搭接長(zhǎng)度，b f為剪力墻厚度。間接搭接時(shí)，兩側(cè)彎弧鋼筋形成自鎖效應(yīng)，承受鋼筋的拉力。采用圖5所示的斜壓桿模型來(lái)分析彎弧間接搭接的傳力機(jī)制，其中鋼筋彎弧之間的混凝土?xí)纬尚眽簵U，為平衡斜壓桿的橫向分力，需要附加橫向鋼筋。
由圖5的斜壓桿模型可知：
式中：F t為附加橫向鋼筋的軸向拉力，F(xiàn)t=f y h Ash，其中f y h為附加橫向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Ash為附加橫向鋼筋截面面積；口為斜壓桿的傾角。
整理后可得：
3)可采用重彎折鋼筋保護(hù)盒技術(shù)，在構(gòu)件制作時(shí)，將彎弧鋼筋折于保護(hù)盒內(nèi)，構(gòu)件安裝后打開保護(hù)盒，采用工具將鋼筋水平彎折就位，從而避免構(gòu)件安裝過(guò)程中的鋼筋交叉碰撞。重彎折鋼筋保護(hù)盒的側(cè)面應(yīng)為粗糙面。特別是對(duì)圖1a所示的搭接，當(dāng)墻身豎向縱筋采用灌漿套筒連接時(shí)，如不采用重彎折鋼筋保護(hù)盒，構(gòu)件安裝施工將難以進(jìn)行。
4)當(dāng)墻身水平鋼筋較密時(shí)，可采用較大直徑的水平彎弧鋼筋進(jìn)行等強(qiáng)代換，以減少鋼筋搭接的數(shù)量，但接縫的配筋構(gòu)造仍需符合規(guī)范GB50010-2010的規(guī)定。
5)由于接縫處水平鋼筋和豎向鋼筋是交叉的，應(yīng)放置水平鋼筋后再放置豎向鋼筋，其中豎向鋼筋可采用I級(jí)機(jī)械連接接頭進(jìn)行連接。
4 結(jié)語(yǔ)
鋼筋彎弧可廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋錨固與搭接，特別是應(yīng)用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)，達(dá)到整體式接縫的效果，并可減小接縫的寬度，使施工更為方便。本文對(duì)鋼筋彎弧錨固與搭接的機(jī)理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論，所提出的建議可供工程設(shè)計(jì)與施工人員參考。
5[摘要]參考國(guó)際結(jié)構(gòu)混凝土協(xié)會(huì)的《模式規(guī)范》MC2010，建立了鋼筋彎弧錨固與搭接的受力機(jī)理模型，并根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010的有關(guān)規(guī)定，提出了錨固彎弧的最小半徑與間接搭接附加橫向鋼筋的計(jì)算方法。最后，討論了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中采用鋼筋彎弧搭接連接的施工方法。
