中美規范非彎曲鋼筋錨固和綁扎搭接對比分析

楊創

（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，結構的穩定性與鋼筋錨固長度有密切關聯，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 中美兩國規范計算公式的不同

根據我國的GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）【1】（以下簡稱中國規范），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；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，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。

根據美國規范ACI 318-08《混凝土結構設計規范》【2】（以下簡稱美國規范），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；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；λ為輕骨料混凝土系數；cb為最薄處保護層的影響系數；ktr為水平鋼筋系數。

以鋼筋級別和混凝土等級保持一致為基本前提，分析此時美國規范19 號及其以下鋼筋的錨固長度，可以得知該值與中國規范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范中的該值略大。而以美國規范22 號及以上鋼筋為例，確定其對應的錨固長度值，將其與中國規范1、2 級抗震結構中的同規格鋼筋錨固長度對比，得知美國規范下該值相對較大，達到中國規范的1.15 倍，從這一角度來看，中國規范中若鋼筋直徑達22mm 或更大，則會出現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，原規范中要求的是直徑超過25mm 時才需要乘1.1 的修正系數，更合適的是將該條件變更為“達到22mm 及其以上的鋼筋”，并且修正系數加大至1.25 更為合理。

根據美國規范，若為受拉鋼筋，其產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；而根據中國規范得知，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。根據上述分析，就受壓鋼筋錨固長度而言，中國規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。

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

美國規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，受相關規定缺失的限制，在鋼筋定位、振搗等環節施工時存在諸多不便之處。且值得注意的是，除了我國規范外，全球其他國家的相關規范中都明確規定縱向鋼筋可按鋼筋束形式配置。鑒于此，要根據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的比較

1.2.1 鋼筋直徑的影響

根據中國規范得知：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，具體參數為ft=1.8MPa，fc=29.6MPa；使用到 HRB400 鋼筋，具體參數為 fy=360MPa，創建相同的分析條件，通過對錨固長度的分析，明確鋼筋直徑與混凝土強度2 項指標對其產生的具體影響。

從錨固長度的角度來看，美國規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，在此情況下美國規范中的錨固長度表現出明顯加大的趨勢，且與中國規范的差異更加明顯。

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

1.2.2 環氧涂層對錨固長度修正系數的影響

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

1.2.3 實際配筋對錨固長度修正系數的影響

根據中國規范：若為縱向受力鋼筋，根據實際配筋面積，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；部分構件的特殊之處在于發揮出抗震的效果，或是具備承受動力荷載的能力，則無需考慮修正問題。根據美國規范得知：除規范21.1.1.6 條規定外，根據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，其取值方式與中國規范一致。

1.2.4 中國規范獨有規定

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

1.2.5 美國規范獨有規定

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；若使用到輕質混凝土材料，要求λ的最大值≤0.75。而在此方面，中國規范并未做出相關規定。

2 中國規范關于鋼筋綁扎搭接的規定

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 美國規范中關于鋼筋搭接的規定

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，同一區域的鋼筋數量不可超過總量的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，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，經本文對比可知，在錨固、搭接長度方面，美國規范做出了更明確的說明，尤其是受力條件優良的部分，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出增加的趨勢，相比于中國規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，以此為出發點，經合理的計算方式確定錨固搭接長度。