受力筋搭接鋼筋混凝土梁受彎性能試驗(yàn)研究

易偉建 ，劉晨曦

（1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.工程結(jié)構(gòu)損傷診斷湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（湖南大學(xué)），湖南 長(zhǎng)沙 410082）

混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，鋼筋不可避免地需要連接.常見(jiàn)的鋼筋連接方式有機(jī)械連接、焊接及綁扎搭接三種，相對(duì)于機(jī)械連接以及焊接來(lái)說(shuō)，鋼筋綁扎搭接連接在中小直徑鋼筋連接中更占優(yōu)勢(shì)［1］.在工程中，鋼筋綁扎搭接成本可能低于焊接或機(jī)械連接的成本，應(yīng)用十分廣泛.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼筋綁扎搭接（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為搭接）進(jìn)行了很多試驗(yàn)研究與分析.徐有鄰等［2］通過(guò)搭接鋼筋的對(duì)拉試驗(yàn)和梁中搭接鋼筋傳力對(duì)比試驗(yàn)，分析了搭接鋼筋傳力機(jī)理、受力特征和破壞形態(tài).Harajli等［3］考慮了鋼筋直徑、保護(hù)層厚度及配箍率等參數(shù)，進(jìn)行了8 個(gè)搭接梁試驗(yàn)，得到一般約束條件下鋼筋與混凝土局部黏結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系.Tastani 等［4］根據(jù)沿搭接區(qū)段的平衡及變形協(xié)調(diào)方程，推導(dǎo)出沿鋼筋搭接長(zhǎng)度上黏結(jié)應(yīng)力分布和滑移分布，并指出一對(duì)搭接鋼筋上的應(yīng)力狀態(tài)同相同直徑、相同錨固長(zhǎng)度下的錨固鋼筋的應(yīng)力狀態(tài)相同.由于黏結(jié)滑移作用的復(fù)雜性，影響因素繁多［5］，黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式大多采用經(jīng)驗(yàn)公式.Orangun 等［6］基于以往的搭接梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)回歸分析得出反映錨固長(zhǎng)度、保護(hù)層厚度、鋼筋間距、鋼筋強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度及箍筋對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度影響的計(jì)算公式，后被美國(guó)ACI 318—19 規(guī)范［7］采納.

由于搭接連接的兩根鋼筋相互影響，搭接連接對(duì)鋼筋混凝土梁的變形性能受到重視，Rakhshanimehr等［8］考慮了混凝土強(qiáng)度和配箍量等因素，設(shè)計(jì)了24 個(gè)搭接梁試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量鋼筋應(yīng)力和跨中位移對(duì)加拿大規(guī)范CSA-A23.3—04 進(jìn)行評(píng)估.Gilbert等［9］通過(guò)50 個(gè)接觸搭接及間接搭接試件，從強(qiáng)度和延性角度對(duì)澳大利亞AS3600—2009 規(guī)范的安全性進(jìn)行驗(yàn)證.但現(xiàn)有的鋼筋搭接試驗(yàn)研究集中于鋼筋100%搭接的梁，AC I318—19 規(guī)范是根據(jù)100%搭接梁試驗(yàn)得到搭接長(zhǎng)度，再用修正系數(shù)得到不同搭接百分率的搭接長(zhǎng)度.現(xiàn)有研究表明，隨著搭接百分率增大，搭接鋼筋間的相對(duì)滑移量增大，構(gòu)件剛度降低.徐有鄰等［10-11］通過(guò)量測(cè)鋼筋應(yīng)力及搭接鋼筋的滑移量，發(fā)現(xiàn)搭接接頭抵抗變形和開(kāi)裂的能力受搭接百分率影響，搭接百分率越大，搭接接頭抵抗變形的能力越弱.他們?cè)诖嘶A(chǔ)上給出鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)，并被《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）［12］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)我國(guó)規(guī)范）采納.

各國(guó)規(guī)范的鋼筋搭接長(zhǎng)度取值方法不同，現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也不能完全說(shuō)明規(guī)范規(guī)定的合理性，因此有必要對(duì)不同鋼筋搭接百分率的混凝土梁受力性能進(jìn)行研究，驗(yàn)證我國(guó)規(guī)范的鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)的合理性.為此本文設(shè)計(jì)并完成了16 根不同鋼筋搭接長(zhǎng)度及搭接百分率的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)，對(duì)梁的破壞形態(tài)、承載力、裂縫發(fā)展、裂縫寬度及間距等進(jìn)行研究，主要分析鋼筋搭接長(zhǎng)度（17d、27d、32d、37d、42d，d為鋼筋直徑）、搭接百分率（33%、67%、100%）對(duì)裂縫寬度、承載力和變形性能的影響.

1 試驗(yàn)概述

1.1 臨界搭接長(zhǎng)度

為使設(shè)計(jì)的搭接梁試件鋼筋能夠達(dá)到屈服，需計(jì)算其臨界搭接長(zhǎng)度，即鋼筋剛好屈服時(shí)發(fā)生搭接破壞的最短長(zhǎng)度.將搭接段鋼筋取出進(jìn)行受力分析，受力狀態(tài)如圖1 所示.τ為鋼筋表面的平均黏結(jié)應(yīng)力，σs為鋼筋應(yīng)力，為鋼筋臨界搭接長(zhǎng)度.根據(jù)平衡條件，當(dāng)搭接段末端鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服時(shí)，可按式（1）計(jì)算，平均黏結(jié)應(yīng)力τ按式（2）計(jì)算［10］.

圖1 搭接鋼筋受力狀態(tài)Fig.1 The stress state of the lap splice

1.2 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用16 根鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，其中1 根梁無(wú)搭接鋼筋，作為對(duì)照梁，其余15 根均為受拉鋼筋搭接梁.為保證純彎段內(nèi)產(chǎn)生多條裂縫，取梁長(zhǎng)2 900 mm，純彎段長(zhǎng)度1 600 mm，保護(hù)層厚度20 mm.為防止鋼筋間發(fā)生劈裂破壞導(dǎo)致提前喪失承載力［6］，截面寬度應(yīng)能保證鋼筋間距大于2倍保護(hù)層厚度，因此取截面尺寸b×h=300 mm×400 mm.搭接段箍筋按照我國(guó)規(guī)范構(gòu)造要求配置，為防止剪切破壞先于受彎破壞，對(duì)剪跨段箍筋加密配置，詳細(xì)配箍細(xì)節(jié)見(jiàn)表1.為保證梁的搭接鋼筋能夠達(dá)到屈服強(qiáng)度，設(shè)計(jì)搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于按照式（1）計(jì)算的臨界搭接長(zhǎng)度，對(duì)于本試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)，臨界搭接長(zhǎng)度取為15d.此外，根據(jù)我國(guó)規(guī)范的錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式，基本錨固長(zhǎng)度la為23d，本試驗(yàn)取我國(guó)規(guī)范基本錨固長(zhǎng)度作為搭接基準(zhǔn)長(zhǎng)度.鋼筋搭接長(zhǎng)度變量為17d、27d、32d、37d、42d，其中17d小于規(guī)范規(guī)定的基本錨固長(zhǎng)度.試驗(yàn)主要變量還有搭接百分率（0%、33%、67%、100%）.試件參數(shù)見(jiàn)表1.構(gòu)件編號(hào)命名原則：L代表搭接，LN代表無(wú)搭接，構(gòu)件編號(hào)中數(shù)字依次表示搭接長(zhǎng)度及搭接百分率，如L17-1、L17-2、L17-3 均為搭接長(zhǎng)度為17d、搭接百分率分別為33%（三搭一）、67%（三搭二）、100%（三搭三）.

所有試件受拉縱筋均設(shè)置3 根直徑為16 mm 的HRB400 級(jí)鋼筋，配筋率為0.5%，箍筋直徑為6 mm，構(gòu)造架立筋直徑選用8 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30.搭接梁和無(wú)搭接梁試件均在受壓區(qū)設(shè)置2 根HRB400 級(jí)直徑為8 mm 的構(gòu)造架立筋，搭接梁中受拉搭接鋼筋并排放置，并用鐵絲間隔一定距離進(jìn)行綁扎；箍筋直徑均為6 mm，搭接段間距80 mm，純彎段內(nèi)搭接區(qū)外間距300 mm，剪跨段間距120 mm，鋼筋搭接接頭綁扎見(jiàn)圖2，所有梁的尺寸及配筋詳見(jiàn)圖3，圖中l(wèi)s表示搭接長(zhǎng)度，φ表示搭接百分率.

圖2 搭接接頭Fig.2 Lap splices

圖3 試件幾何尺寸及配筋（單位：mm）Fig.3 Geometry and reinforcement details of specimens（unit：mm）

1.3 材性試驗(yàn)

本試驗(yàn)所進(jìn)行的鋼筋力學(xué)性能試驗(yàn)均按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法［13］在WA-300C 型微型控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上完成.所有試件的縱筋均采用直徑為16 mm 的HRB400級(jí)鋼筋，屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的平均值分別為463 MPa 和600 MPa.箍筋采用直徑為6 mm 的HRB400級(jí)鋼筋，屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的平均值分別為460 MPa和634 MPa.

澆筑試件時(shí)，每根梁預(yù)留3 個(gè)混凝土立方體試塊，根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）［14］規(guī)定，分別于試驗(yàn)當(dāng)天測(cè)得同條件養(yǎng)護(hù)下的立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t及混凝土抗壓強(qiáng)度f(wàn)c由式（3）和式（4）計(jì)算，試件的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表1.

1.4 加載及量測(cè)方案

試件采用兩點(diǎn)集中加載，采用一個(gè)活動(dòng)鉸支座和一個(gè)固定鉸支座實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)支邊界條件（如圖4所示）.依照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）［15］制定加載制度.試驗(yàn)主要量測(cè)內(nèi)容包括：利用荷載傳感器和靜態(tài)采集儀TDS-530記錄構(gòu)件加載過(guò)程中荷載傳感器數(shù)據(jù)；采用SDP-50及CDP-100位移計(jì)測(cè)量支座及跨中位移；采用綜合裂縫測(cè)寬儀觀測(cè)并記錄各級(jí)裂縫寬度，同時(shí)記錄下裂縫發(fā)展高度及正常使用極限荷載下的裂縫間距.

1.5 正常使用荷載的確定

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算，按照我國(guó)規(guī)范采用荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合值.僅考慮恒載和樓面活荷載（準(zhǔn)永久系數(shù)為0.7）時(shí)，恒載和活載的分項(xiàng)系數(shù)分別取1.3 和1.5.取不同的恒載/活載比值，可以得到荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合與荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值的比值，且將該比值看作為試驗(yàn)梁的使用彎矩Mq與極限彎矩Mu之比.偏于安全考慮，本文近似地取使用彎矩Mq為極限彎矩Mu的75%.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 破壞形態(tài)

典型的破壞形態(tài)如圖5～圖8 所示，所有試驗(yàn)梁破壞特征見(jiàn)表1.搭接梁主要有三種破壞形態(tài)：搭接段錨固破壞、受彎破壞和受拉鋼筋屈服后搭接段錨固破壞，無(wú)搭接梁呈現(xiàn)典型的適筋梁破壞.

受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度為17d的梁試件發(fā)生搭接段錨固破壞，呈現(xiàn)出少筋破壞特征（見(jiàn)圖5）.加載初期首先出現(xiàn)彎曲裂縫；隨著荷載增加，達(dá)到約（0.6～0.7）Mu時(shí)，純彎段除了彎曲裂縫發(fā)展外，試驗(yàn)梁的底面及側(cè)面出現(xiàn)沿搭接鋼筋方向的縱向裂縫；加載至極限荷載時(shí)，發(fā)出“砰”的聲音，搭接鋼筋滑移增大，跨中位移突然加大，搭接接頭處裂縫加寬至5 mm 以上，梁底保護(hù)層被裂縫分割成小塊并剝落，搭接鋼筋被徐徐拔出，梁?jiǎn)适С休d力，呈脆性破壞特征.

圖5 搭接鋼筋錨固破壞Fig.5 Anchorage failure of lapped steel bars

試驗(yàn)梁L27-1、L27-3、L37-1 及L42-3 發(fā)生受拉鋼筋屈服后的搭接段錨固破壞.隨著荷載增大，純彎段彎曲裂縫迅速增多，裂縫高度快速發(fā)展；荷載達(dá)到（0.6～0.8）Mu時(shí)，沿底部鋼筋搭接接頭位置發(fā)展出較短的橫向裂縫；達(dá)到極限荷載時(shí)，受壓區(qū)混凝土起皮隆起，變形尚能發(fā)展，繼續(xù)加載，承載力突降，裂縫寬度及撓度突然增大，底部橫向裂縫發(fā)展，搭接鋼筋被徐徐拔出，搭接試驗(yàn)梁?jiǎn)适С休d力，破壞形態(tài)見(jiàn)圖6.

圖6 鋼筋屈服后搭接錨固破壞Fig.6 Lap anchor failure of steel bars after yielding

無(wú)搭接試驗(yàn)梁（LN）表現(xiàn)出典型的適筋破壞特征，見(jiàn)圖7.加載初期，出現(xiàn)彎曲裂縫；荷載達(dá)到（0.4～0.5）Mu時(shí)，裂縫條數(shù)增至10～12條，且裂縫高度迅速發(fā)展，約0.6h；荷載達(dá)到（0.7～0.8）Mu時(shí)，純彎段裂縫基本達(dá)到穩(wěn)定，不再有新增裂縫，原有裂縫寬度均未超過(guò)短期荷載限值0.2 mm；荷載持續(xù)增大，裂縫高度基本不再增長(zhǎng)，寬度持續(xù)加寬，跨中位移迅速增加，裂縫頂部橫向發(fā)展，接近極限荷載時(shí)，受壓區(qū)混凝土起皮，并隨荷載增長(zhǎng)而逐漸壓碎，但變形尚有較大發(fā)展空間，繼續(xù)加載，裂縫寬度及撓度繼續(xù)發(fā)展.破壞過(guò)程緩慢，破壞前有明顯征兆，表現(xiàn)出良好的延性.

圖7 受彎破壞（無(wú)搭接梁）Fig.7 Bending failure（without lap splices）

受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度為32d系列試驗(yàn)梁及L27-2、L37-2、L37-3、L42-1、L42-2 發(fā)生破壞時(shí)主要呈現(xiàn)適筋破壞形式：加載初期為彎曲裂縫發(fā)展；加載至（0.7～0.8）Mu時(shí)，底部搭接段接頭處有橫向裂縫發(fā)展；達(dá)到極限荷載時(shí)，受壓區(qū)混凝土壓碎，變形仍有較大空間，繼續(xù)加載，裂縫寬度及撓度繼續(xù)發(fā)展，破壞過(guò)程緩慢.與無(wú)搭接梁試件LN 不同的是，搭接梁試件底部裂縫更加密集且沿鋼筋方向有搭接鋼筋橫向裂縫發(fā)展，見(jiàn)圖8.

圖8 受彎破壞（搭接梁）Fig.8 Bending failure（with lap splices）

2.2 承載力與力撓度曲線

試驗(yàn)梁承載力實(shí)測(cè)值、計(jì)算值及兩種荷載下跨中撓度值見(jiàn)表2，荷載-撓度曲線見(jiàn)圖9.按照我國(guó)規(guī)范：當(dāng)計(jì)算跨度l0＜7 m 時(shí)，最大撓度不應(yīng)超過(guò)l0/200，對(duì)應(yīng)的本文試驗(yàn)梁撓度限值為12.5 mm.由表2 可知，考慮長(zhǎng)期影響將實(shí)測(cè)撓度放大一倍也可滿足要求.由荷載-撓度曲線（圖9（a））可知，由于搭接百分率的變化，L17 系列梁的承載力存在差別，承載力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的比值分別為1.04、0.95、0.73，其他系列試驗(yàn)梁，承載力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之比為1.15左右，不受搭接長(zhǎng)度及搭接百分率的影響.說(shuō)明當(dāng)搭接長(zhǎng)度超過(guò)一定值時(shí)，搭接鋼筋可以達(dá)到屈服.L17 系列梁發(fā)生沿搭接鋼筋的劈裂破壞，呈現(xiàn)脆性破壞特征.

表2 受彎試件承載力實(shí)測(cè)值及對(duì)比結(jié)果Tab.2 Measured values and comparison results of bearing capacity of bending specimens

L27 系列梁的搭接鋼筋均達(dá)到屈服.搭接鋼筋屈服后的滑移增加，使得極限變形能力有所增加（見(jiàn)圖9（b））.L27-1 和L27-3 梁最后階段搭接鋼筋劈裂破壞，極限變形大于L27-2梁.

圖9 荷載-撓度曲線Fig.9 Load-deflection curves of all specimens

其他系列的試驗(yàn)梁均發(fā)生受壓區(qū)混凝土壓碎的破壞形態(tài)，極限荷載下的跨中撓度大多都大于無(wú)搭接鋼筋的LN 梁的極限撓度值，這與鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服后鋼筋的滑移量增加有關(guān).

綜上分析可知，當(dāng)鋼筋搭接長(zhǎng)度較小時(shí)，試驗(yàn)梁的承載力及變形受搭接百分率的影響較大，可能發(fā)生沿搭接鋼筋的劈裂破壞.較長(zhǎng)的鋼筋搭接長(zhǎng)度足以使受拉鋼筋達(dá)到屈服，承載能力以及使用階段的剛度受鋼筋搭接長(zhǎng)度及搭接百分率的影響很小，鋼筋搭接梁的極限變形與鋼筋搭接長(zhǎng)度和搭接百分率有一定的關(guān)系.

2.3 裂縫分布

圖10 給出所有試驗(yàn)梁在0.75Mu（正常使用極限荷載）時(shí)的裂縫形態(tài)及分布，L17-3 梁承載力小于0.73Mu，圖10 中L17-3 為0.70Mu時(shí)的裂縫形態(tài)分布.裂縫實(shí)線加粗表示最大寬度裂縫，水平段實(shí)線表示鋼筋搭接段，水平段虛線表示受拉鋼筋形心線.圖10表明，L17及L27系列梁最大裂縫寬度位置均在搭接接頭處，其他系列梁的最大裂縫寬度位置大約一半在搭接接頭處，總的來(lái)看，較大的搭接百分率（67%及100%）梁試件更易在搭接接頭處出現(xiàn)最大裂縫寬度.

圖10 0.75Mu時(shí)所有梁試件裂縫分布Fig.10 Crack distribution of all beam specimens at 0.75Mu

2.4 裂縫間距

按照我國(guó)規(guī)范，配置帶肋鋼筋的混凝土梁，平均裂縫間距為：

式中：c為保護(hù)層厚度；ρte為有效受拉配筋率.對(duì)梁在使用荷載下的全部裂縫間距進(jìn)行記錄，并將實(shí)測(cè)平均裂縫間距，與按照式（5）計(jì)算的裂縫間距進(jìn)行對(duì)比.對(duì)梁試件純彎段裂縫間距計(jì)算，其平均值μ=1.273，變異系數(shù)δ=0.060；搭接段裂縫間距平均值μ=1.256，變異系數(shù)δ=0.195.兩者平均值接近，后者變異系數(shù)偏大，這應(yīng)該與搭接長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于純彎段長(zhǎng)度有關(guān).

2.5 裂縫寬度

對(duì)正常使用荷載下實(shí)測(cè)的最大裂縫寬度、搭接段平均裂縫寬度、純彎段平均裂縫寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表3.可見(jiàn)LN、L37-1、L42-1及L42-2梁的最大裂縫寬度不大于0.2 mm，其余梁的最大裂縫寬度都超過(guò)0.2 mm，表明鋼筋搭接長(zhǎng)度和搭接百分率對(duì)最大裂縫寬度有明顯影響.表3 的結(jié)果還表明，搭接段平均裂縫間距大于純彎段平均裂縫間距，一般而言，對(duì)應(yīng)的裂縫寬度也會(huì)較大.由于影響最大裂縫寬度的因素較多，離散性較大，對(duì)每個(gè)系列的梁最大裂縫寬度線性回歸，擬合結(jié)果見(jiàn)圖11.短期最大裂縫寬度限值0.2 mm 也在圖中標(biāo)出（虛線）.根據(jù)圖11 可看出最大裂縫寬度隨鋼筋搭接長(zhǎng)度增大而減小，隨搭接百分率增大而增大.

圖11 0.75Mu時(shí)最大裂縫寬度Fig.11 Maximum crack width at 0.75Mu

同時(shí)，由表3 可知，當(dāng)設(shè)計(jì)彎矩Mu減小了27%時(shí)，L27、L32、L37、L42 系列的試驗(yàn)梁最大裂縫寬度不大于0.2 mm，可不增加搭接長(zhǎng)度.

表3 試件裂縫寬度Tab.3 Specimens crack width

3 搭接長(zhǎng)度計(jì)算

3.1 搭接梁最大裂縫寬度統(tǒng)計(jì)公式

選取滿足承載能力要求的搭接梁試件，即L27、L32、L37、L42 系列的試驗(yàn)梁，以搭接長(zhǎng)度與搭接百分率為變量，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，擬合得到在正常使用極限狀態(tài)時(shí)受拉鋼筋搭接梁與無(wú)搭接梁最大裂縫寬度關(guān)系的公式：

表4 計(jì)算結(jié)果誤差分析Tab.4 Error analysis of calculation results

根據(jù)擬合公式（6），可以推算出建議的搭接長(zhǎng)度取值.

3.2 接頭鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)建議值

我國(guó)規(guī)范中鋼筋搭接長(zhǎng)度是以錨固長(zhǎng)度為基礎(chǔ)乘以相應(yīng)的鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)確定的.按我國(guó)規(guī)范錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式，用試驗(yàn)平均值表達(dá)：

式中：la為基本錨固長(zhǎng)度；α為鋼筋外形修正系數(shù)，對(duì)于帶肋鋼筋，取0.14；η為鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)，見(jiàn)表5；fym和ftm分別為鋼筋屈服強(qiáng)度和混凝土抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)平均值；δs和δc分別鋼筋和混凝土強(qiáng)度變異系數(shù)；γs和γc分別為鋼筋和混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù)；β為規(guī)范公式所隱含的搭接長(zhǎng)度的安全儲(chǔ)備，將相關(guān)參數(shù)代入公式（7），可得β平均值約為1.5.

表5 我國(guó)規(guī)范中鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)Tab.5 Lap length factor in Chinese code

以C30級(jí)混凝土和HRB400級(jí)鋼筋為例，按照我國(guó)規(guī)范公式計(jì)算，基本錨固長(zhǎng)度約為35d，但錨固長(zhǎng)度24d時(shí)試驗(yàn)得到的平均錨固力就可以達(dá)到鋼筋屈服力.大約1.5的安全系數(shù)使錨固長(zhǎng)度達(dá)到35d.

考慮正常使用極限狀態(tài)可靠指標(biāo)小于承載能力極限狀態(tài)，本文將正常使用極限狀態(tài)的安全儲(chǔ)備取為1.25.也就是說(shuō)，對(duì)某一搭接百分率φ，取公式（6）的左端項(xiàng)為0.2 mm，得到的鋼筋搭接長(zhǎng)度應(yīng)延長(zhǎng)1.25倍.按照這個(gè)規(guī)則，以我國(guó)規(guī)范規(guī)定的基本錨固長(zhǎng)度作為基準(zhǔn)，用鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)表達(dá)，不同搭接百分率的鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)的建議值如表6所示.

表6 鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)Tab.6 Lap length factor

4 規(guī)范對(duì)比

4.1 美國(guó)ACI318—19規(guī)范

美國(guó)ACI 318—19規(guī)范規(guī)定，在搭接長(zhǎng)度范圍內(nèi)實(shí)際配筋面積與計(jì)算配筋面積比值小于2.0時(shí)，縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)η取值1.3，與搭接百分率無(wú)關(guān).對(duì)于普通混凝土，其搭接長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

式中：fy為鋼筋規(guī)定屈服強(qiáng)度；f′c為混凝土圓柱體規(guī)定抗壓強(qiáng)度；ψs為鋼筋直徑影響系數(shù)；ψg為鋼筋強(qiáng)度等級(jí)影響系數(shù)；Ktr為箍筋影響系數(shù)，Ktr=40Atr/sn.

4.2 中美規(guī)范搭接長(zhǎng)度對(duì)比

將我國(guó)規(guī)范、美國(guó)ACI 318—19規(guī)范搭接長(zhǎng)度計(jì)算值及本文提出的建議鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖12.

圖12 鋼筋搭接長(zhǎng)度對(duì)比Fig.12 Comparison of lap length

由圖12 可以看出，我國(guó)規(guī)范搭接長(zhǎng)度低于美國(guó)ACI 318—19規(guī)范.搭接長(zhǎng)度主要由基本錨固長(zhǎng)度及搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)決定，我國(guó)規(guī)范搭接長(zhǎng)度較低的原因是基本錨固長(zhǎng)度較小.對(duì)于HRB400 級(jí)鋼筋，我國(guó)規(guī)范搭接長(zhǎng)度計(jì)算值高于建議值，表明對(duì)于HRB400 鋼筋我國(guó)規(guī)范偏于安全.若使用高強(qiáng)度鋼筋，裂縫寬度增加而需要更長(zhǎng)的搭接長(zhǎng)度，因此對(duì)于高強(qiáng)度鋼筋我國(guó)規(guī)范合理性還需進(jìn)一步研究.

5 結(jié) 論

本文通過(guò)15根鋼筋搭接混凝土梁試件及1根鋼筋無(wú)搭接混凝土梁受彎承載力及變形性能的試驗(yàn)研究，得到以下主要結(jié)論：

1）當(dāng)鋼筋搭接長(zhǎng)度較小時(shí)，試驗(yàn)梁的承載力及變形受搭接百分率的影響較大，可能發(fā)生沿搭接鋼筋的劈裂破壞.較長(zhǎng)的鋼筋搭接長(zhǎng)度足以使受拉鋼筋達(dá)到屈服，承載能力以及使用階段的剛度受鋼筋搭接長(zhǎng)度及搭接百分率的影響很小，鋼筋搭接梁的極限變形與鋼筋搭接長(zhǎng)度和搭接百分率有一定的關(guān)系.

2）在正常使用荷載下，試驗(yàn)梁均能滿足撓度限值要求，較大搭接百分率（67%及100%）的梁更易在搭接部位出現(xiàn)最大裂縫寬度.短期荷載下，LN、L37-1、L42-1及L42-2梁的最大裂縫寬度不大于0.2 mm，其余梁的最大裂縫寬度都超過(guò)0.2 mm，表明鋼筋搭接長(zhǎng)度和搭接百分率對(duì)最大裂縫寬度有明顯影響.

3）本文以鋼筋搭接長(zhǎng)度與搭接百分率為變量，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得到使用荷載下受拉鋼筋搭接梁與無(wú)搭接梁的最大裂縫寬度的關(guān)系.取正常使用極限狀態(tài)的安全儲(chǔ)備為1.25，得到本文建議的不同搭接百分率的鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù).

4）我國(guó)規(guī)范搭接長(zhǎng)度計(jì)算值低于美國(guó)ACI318—19 規(guī)范，主要原因是我國(guó)規(guī)范的鋼筋基本錨固長(zhǎng)度較小，對(duì)于HRB400 級(jí)鋼筋，我國(guó)規(guī)范搭接長(zhǎng)度計(jì)算值高于建議值，表明對(duì)于HRB400 鋼筋我國(guó)規(guī)范偏于安全.若使用高強(qiáng)度鋼筋，裂縫寬度增加而需要更長(zhǎng)的搭接長(zhǎng)度，對(duì)于高強(qiáng)度鋼筋我國(guó)規(guī)范合理性還需進(jìn)一步研究.

5）當(dāng)彎矩Mu減小27%時(shí)，即實(shí)際配筋面積與計(jì)算配筋面積之比大于1.37 時(shí)，鋼筋搭接梁的最大裂縫寬度均不大于0.2 mm，可不增加鋼筋搭接長(zhǎng)度.實(shí)際工程中，可取實(shí)配鋼筋面積與承載力計(jì)算要求的鋼筋面積之比大于1.5時(shí)，所有搭接百分率的鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)均可取為1.0.