預制混凝土梁濕接縫環形鋼筋搭接長度研究

李鵬飛

（山西振興公路監理有限公司，山西太原 030006）

預制混凝土梁濕接縫環形鋼筋搭接長度研究

李鵬飛

（山西振興公路監理有限公司，山西太原 030006）

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

預制混凝土梁；濕接縫；核心混凝土；環形鋼筋；搭接長度

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作用以及鋼筋錨固端的長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）當鋼筋的錨固長度達不到規范要求時，鋼筋被拔出；（2）當鋼筋的錨固長度達到規范的要求時，混凝土發生剪切破壞。對于HRB400型號的鋼筋，直徑25mm及其以下，混凝土強度等級C50，鋼筋直徑的40倍為規范要求的鋼筋綁扎搭接長度；規范規定鋼筋的連接進行電弧焊接，單面焊的焊縫長度不小于所用的鋼筋直徑的10倍，雙面焊的焊縫長度不小于所用的鋼筋直徑的5倍。工程上常用的預制梁濕接縫的鋼筋直徑為12 mm，若按規范要求進行綁扎，則鋼筋搭接長度為480 mm，由此計算出的濕接縫的最小寬度為960 mm，已經超過了工程上常采用的濕接縫的寬度，因此就造成了環形鋼筋需要進行焊接這樣一種連接方式。

2 環形鋼筋搭接傳力的機理

2.1 環形鋼筋搭接的傳力機理的分析

環形鋼筋的搭接傳力機理完全不同與一般普通鋼筋的搭接傳力機理，兩者的不同之處主要表現在：在環形鋼筋的搭接傳力中，兩個U形的鋼筋搭接形成一個環，這個環的核心的混凝土柱進行力的傳遞，由于搭接環核心混凝土柱的兩側的環形鋼筋產生的拉力可以互相平衡，因此就不會出現鋼筋錨固的問題，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 環形鋼筋搭接傳力與PBL鍵傳力的相似性分析

PBL鍵源于德國，德文為Perfobond Leiste（PBL）。PBL鍵用于鋼與混凝土兩種材料間力的傳遞，國內外學者對此進行了大量的研究工作并取得重要成果。環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行的。環形鋼筋的搭接的傳力是由核心混凝土柱來進行傳力的，PBL鍵是由開孔中的混凝土柱來進行傳力的。

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

（3）極限承載力的控制因素。極限承載力在環形鋼筋搭接長度較短時受到核心混凝土柱的強度控制；極限承載力在搭接長度比較長時受到所用鋼筋的強度控制；，極限承載力在搭接長度滿足要求時由核心混凝土柱的極限強度與鋼筋的極限強度共同決定，由兩者達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度決定的。

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

3 環形鋼筋搭接長度的計算公式

3.1 計算假定

根據上面的分析，將環形鋼筋搭接的受力特點和PBL鍵的受力特點進行比較分析，為了采用PBL鍵的研究成果，可以作出如下的計算假定。

（1）由核心混凝土的極限強度和貫穿鋼筋的極限強度決定核心混凝土柱的承載力。

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

（3）由于在彎矩作用下的環形鋼筋搭接形成的核心混凝土柱的受力特點是不均勻受力，計算中采用的核心混凝土的計算區域為核心混凝土的1／2。

3.2 環形鋼筋搭接長度公式

PBL鍵承載力的計算原理由《鋼—混凝土組合橋梁設計規范》中的公式進行計算，通過分析得到的環形搭接受拉鋼筋的承載力計算公式見式（1）及核心混凝土柱的承載力計算公式見式（2）。環形搭接的受拉鋼筋的承載力公式

式中：dH為環形搭接鋼筋的鋼筋直徑，mm；fsd為鋼筋的抗拉強度設計值。

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度設計值；fvd為鋼筋的抗剪強度設計值，fvd=0.577fsd。

由計算假定假設的核心混凝土柱的抗剪承載力和環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，一般取α=6.1；n為核心混凝土柱內下部的縱向鋼筋的數量。

如果知道環形鋼筋圓端內半徑r，圓心間距b，上下層鋼筋凈距h（h=2r），環形鋼筋搭接長度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），從而可以求出環形鋼筋搭接長度的最小值La。

4 結 語

（1）根據相似性原理和合適的計算假定，推導的環形鋼筋搭接長度的計算公式計算現有的預制梁翼緣縱向濕接縫，能達到工程所需要的精度。

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

（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，環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系不大。環形鋼筋搭接長度的計算公式的推導過程中引入PBL鍵的計算原理、并且采用了必要的計算假定，因此當濕接縫的厚度較大時，對公式的適用性應采取合適的方法進行檢驗。

［1］ 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004）［S］.

［2］ 鋼-混凝土組合橋梁設計規范（GB500917-2013）［S］.

［3］ 過鎮海，時旭東.鋼筋混凝土原理［M］.北京：清華大學出版社，1999.

U445.47

C

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。