CN109281441A - 带肋变形钢筋及肋形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢筋技术领域。一种带肋变形钢筋，包括钢筋本体和布设在所述钢筋本体上的锥形肋，沿所述钢筋本体的轴线方向上，在所述钢筋本体上等间距间隔布设有横肋单元，各所述横肋单元包括至少两个呈圆周均布设置的锥形肋，所述钢筋本体上还设置有纵肋，所述钢筋本体上布设有至少两道纵肋，所述纵肋呈圆周均布设置在所述钢筋本体上。本申请还公开了一种带肋变形钢筋的肋形设计方法。本发明所公开的锥形肋的钢筋肋形与常用的月牙肋钢筋不同，在拥有月牙肋钢筋一般性能的同时，具有与混凝土粘结强度高，相对消耗材料少，即效费比高的特点，不仅可以应用到普通建筑工程，而且还可以应用于对于抗震要求较高及其他特殊需求的建筑工程，具有较好的综合经济效益。

Description

带肋变形钢筋及肋形设计方法

技术领域

本发明属于钢筋技术领域，具体涉及一种带肋变形钢筋及肋形设计方法。

背景技术

钢筋混凝土结构依靠两者之间粘结锚固进行共同工作，光圆钢筋与混凝土粘结力较小。而采用带肋钢筋时，钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用主要是机械咬合力提供，机械咬合力贡献率反映了钢筋与混凝土之间粘结锚固是否优良的程度。由于现有月牙肋钢筋纵肋与横肋对于钢筋混凝土之间粘结锚固机械咬合力贡献率较低，效费比不高，不利于建设与生产单位提高经济效益等缺点，从而不利于降低钢筋混凝土结构建筑的建设成本。随着建筑技术的发展，建筑物趋向高层化、大型化和功能化发展，现有肋形不足以满足发展需求且减轻高层建筑和大跨度构件的自重，增加结构的效费比，减少材料的用量，提高建筑物抗震性能等特殊功能需求已显得十分重要，亟需一种替代月牙肋钢筋且拥有许多优越性能的新型建筑用钢筋。

现有技术中有以下几种钢筋肋形结构：

发明名称：带计量横肋的四面肋带肋钢筋，申请号201610596750.9；其主要技术内容为：本发明所要解决的技术问题是提供一种带计量横肋的四面肋带肋钢筋,其具有分散带肋钢筋与混凝土之间锚固力薄弱点的钢筋肋组,并且通过钢筋肋组具备测量带肋钢筋长度的功能。

发明名称：横肋错开的带肋钢筋，申请号201610596787.1，申请公布号：CN106049763A，其主要技术内容为：种横肋错开的带肋钢筋,其特征在于,包括钢筋主体,沿所述钢筋主体的轴向间隔布设有多个横肋组，所述横肋组包括多根横肋，所述多个横肋组中，相邻的所述横肋组沿所述钢筋主体的径向错开一第一设定角度。

发明名称：混凝土结构用钢筋，申请号87103154，申请公布号：CN87103154，其主要技术内容：混凝土结构用钢筋,其纵向截面形状沿其轴向交替地和平滑地变化，带有峰和谷。

发明名称：间断式纵肋带肋钢筋，申请号201610596652，申请公布号CN106049761A，其主要技术内容：钢筋主体,沿所述钢筋主体的轴向间隔分布有多根横肋所述横肋的末端间隙位置设有纵肋,所述纵肋沿所述钢筋主体的长度方向延伸,且相邻的所述纵肋间隔分布。

发明名称：热轧多纵肋钢筋，申请号95205104.4，其主要技术内容：其外形结构与现有普通热带肋轧钢筋基本相同,是由钢筋基圆、横肋、主纵肋和副纵肋共同组成,其特征在于除保留有普通带肋钢筋的纵、横肋、外,在原来的两条纵肋之间增加还了两条对称分布的副纵肋。

发明名称：三侧带肋螺纹钢筋的生产工艺布置，申请号201410210872.0，申请公布号：CN 103978030 A，主要技术内容：本发明的目的是提供一种三侧带肋螺纹钢筋的生产工艺布置,能批量化生产三侧带肋的螺纹钢,并且本发明生产出来的新型螺纹钢在表面质量、断面尺寸、强度等级大大提升的同时,又可通过其自身形状特性有效消除多方向外力带来的钢筋与混凝土脱落的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种带肋变形钢筋及肋形设计方法，理论依据充分，结构设计合理，与混凝土粘结强度高，消耗材料少的特点，不仅可以应用到普通建筑工程，而且还可以应用于对于抗震要求较高及其他特殊需求的建筑工程，具有较好的综合经济效益。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种带肋变形钢筋，包括：钢筋本体；和布设在所述钢筋本体上的锥形肋。

根据本发明带肋变形钢筋，优选地，所述锥形肋呈圆锥型或棱锥型，且所述锥形肋的顶端为平滑圆角结构。

根据本发明带肋变形钢筋，优选地，沿所述钢筋本体的轴线方向上，在所述钢筋本体上等间距间隔布设有横肋单元，各所述横肋单元包括至少两个呈圆周均布设置的锥形肋。

根据本发明带肋变形钢筋，优选地，相邻两所述横肋单元中的锥形肋沿轴线方向对应设置、或相邻两所述横肋单元中的锥形肋在周向方向呈错位设置、或各所述横肋单元中的锥形肋在所述钢筋本体表面呈多道螺旋线分布设置。

根据本发明带肋变形钢筋，优选地，所述钢筋本体上还设置有纵肋。

根据本发明带肋变形钢筋，优选地，所述钢筋本体上布设有至少两道纵肋，所述纵肋呈圆周均布设置在所述钢筋本体上。

一种带肋变形钢筋的肋形设计方法，用于获取如上述的带肋变形钢筋的肋形，包括以下步骤：

①对月牙肋钢筋和光圆钢筋进行拉拔试验，获取相应的物理力学指标和物理-力学模型；

②月牙肋钢筋等效分析：在月牙肋钢筋上取微单元段L_AOB，其包含一个完整月牙肋，并将该微单元段L_AOB等效为一个球心位于钢筋中心线上、等效半径为R的球形模型；对球形模型进行受力分析，获取球形模型的最大粘结应力、以及等效半径与月牙肋钢筋直径的关系；

③数学演化分析：以球形模型为基准，通过球形模型的等效半径包络线的演变趋势，进一步等效为锥形模型和矩形模型，同时对锥形模型和矩形模型取微单元段，并进行受力分析，获取相应模型的最大粘结应力；

④效费比分析：获取球形模型、锥形模型和矩形模型中的不同肋形凸起体积，计算不同肋形钢筋的效费比η，其中η＝τ_max/V，τ_max为肋形对基体混凝土所产生的最大粘结应力，V为不同肋形钢筋的肋形凸起体积；

⑤通过对不同肋形钢筋的效费比η进行对比，获取最佳模型为锥形模型，并由此布置锥形肋的带肋变形钢筋。

根据本发明带肋变形钢筋的肋形设计方法，优选地，在步骤②中，对月牙肋钢筋和光圆钢筋进行拉拔试验，通过对月牙肋钢筋与光圆钢筋的最大粘结力进行求差，获取最大机械咬合力；再通过月牙肋钢筋的等效半径与钢筋直径的关系、以及最大机械咬合力，从而获得等效半径的最佳值，并由此验证等效模型的正确性和可靠性。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本发明所公开的锥形肋的钢筋肋形与常用的月牙肋钢筋不同，在拥有月牙肋钢筋一般性能的同时，具有与混凝土粘结强度高，相对消耗材料少，即效费比高的特点，不仅可以应用到普通建筑工程，而且还可以应用于对于抗震要求较高及其他特殊需求的建筑工程，具有较好的综合经济效益。

本发明的锥形肋变型钢筋可根据实施工程要求进行对称肋设计，具有更好的适用性、经济性和强度利用效率等。

本发明的锥形肋变形钢筋，由纵肋和横肋单元组成，肋形剖面为锥形，可通过调节锥形肋个数进行变换，通过变换不同钢筋肋个数实现应用于不同粘结强度等级构件或结构中。对本发明进行了物理试验和理论模型推导，保证了本发明的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之一。

图2为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之二。

图3为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之三。

图4为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之四。

图5为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之五。

图6为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之六。

图7为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之七。

图8为根据本实用新型实施例的不同试件的F-S曲线示意图之八。

图9为根据本实用新型实施例的月牙肋钢筋的球形模型。

图10为根据本实用新型实施例的球形模型的几何模型。

图11为根据本实用新型实施例的月牙肋钢筋的d-R_eq曲线。

图12为根据本实用新型实施例的光圆钢筋的物理模型。

图13为根据本实用新型实施例的月牙肋的虚拟锥形模型。

图14为根据本实用新型实施例的虚拟锥形的几何模型。

图15为根据本实用新型实施例的月牙肋的虚拟矩形模型。

图16为根据本实用新型实施例的虚拟矩形的几何模型。

图17为根据本实用新型实施例的不同模型的几何模型演化示意图。

图18为根据本实用新型实施例的不同类型的等效曲率半径与最大粘结力的关系图。

图19为根据本实用新型实施例的不同肋形的等效曲率半径与效费比的关系图。

图20为热轧月牙肋钢筋示意图。

图21为根据本实用新型实施例的带肋变形钢筋的结构示意图之一。

图22为图21中的带肋变形钢筋的横断面结构示意图。

图23为根据本实用新型实施例的带肋变形钢筋的结构示意图之二。

图24为图23中的带肋变形钢筋的横断面结构示意图。

图25为根据本实用新型实施例的带肋变形钢筋的结构示意图之三。

图26为图25中的带肋变形钢筋的横断面结构示意图。

图27为根据本实用新型实施例的带肋变形钢筋的结构示意图之四。

图28为图27中的带肋变形钢筋的横断面结构示意图。

图29为根据本实用新型实施例的带肋变形钢筋的结构示意图之一。

图30为图29中的带肋变形钢筋的横断面结构示意图。

图31为根据本实用新型实施例的带肋变形钢筋的结构示意图之一。

图32为图31中的带肋变形钢筋的横断面结构示意图。

图中序号：

100为钢筋本体；

210为锥形肋、220为纵肋。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。

本发明以现有热轧月牙肋钢筋为基准，如图19所示，通过拉拔试验，并建立理论模型，通过推导与计算，定义机械咬合力贡献率λ、效费比η，得到本发明锥形模型的肋形具有更高的λ、η。

定义1：机械咬合力的贡献率λ为带肋钢筋极限机械咬合力F_m与光圆钢筋极限拉拔力F_CRB之比。

λ＝F_m/F_CRB (1)

定义2：钢筋肋对基体混凝土所产生的最大粘结应力τ_max与变形钢筋肋所占体积V之比，即单位体积钢筋肋所贡献的粘结应力称为变形钢筋的效费比η。亦即

η＝τ_max/V (2)

表1中给出了拉拔试件混凝土配合比及物理力学指标，对钢筋混凝土结构构件来说，由于在小范围内，试件与周边环境温度基本一致，这里仅考虑作用于结构构件上的荷载即机械能，从图1-图8，我们可以很清晰地得出破坏所对应的几个阶段：弹性与微弹性应变阶段(化学胶着力阶段)、塑性发展阶段(机械咬合力和摩擦力作用阶段)、和破坏阶段(混凝土压碎阶段)。

表1拉拔试件混凝土配合比及物理力学指标

注：1)m_C、m_FA、m_SC、m_SP分别表示水泥、粉煤灰、页岩陶粒和陶砂在1m³混凝土中的质量/kg；W/B表示水胶比；减水剂为萘系高效减水剂，掺量为胶凝材料质量的1.8％；

2)f_cu ^28d、f_ts ^28d分别表示28d立方体抗压强度(以下简称抗压强度)、劈裂抗拉强度(以下简称劈拉强度)/MPa；ρ_d表示干表观密度/(kg/m³)。

一、球形模型

将月牙肋等效为刚性球形，如图9所示。取微单元段L(AOB)，并包含一个完整月牙肋；将其等效为一个球心位于钢筋中心线，等效半径为R的圆球；再将钢筋所受到的握裹力N简化为分布荷载f(x)；机械咬合力F_m简化为指向球心，并分解为轴向力F_a和径向力F_r；微单元段B端的弯矩为M_B(其值远小于钢筋的极限弯矩，因而不会发生脆性破坏)。其中，月牙肋的等效钢球的刚度远较混凝土大，因而不考虑其自身变形。

1)机械咬合力与摩阻力共同作用阶段

为了明晰计算分析过程，对于机械咬合力与摩阻力共同作用阶段，又可细分为以下3个阶段。

①当粘结应力尚未传递到达C点时，则有

由式(3)、式(4)、式(5)，可得

其中，μ表示钢筋与混凝土界面之间的摩擦系数、F_P为握裹力。

②当粘结应力传递到达弧CE中间一点D且不在弧的中点时，则有

F_p＝N_a+μN (7)

N_a＝F_msinβ (8)

N_r＝F_mcosβ (9)

其中，式(8)-式(10)中的边界条件为：x＝l_C′A′+l_C′D′，β＝α/2,0<α<π/2。N的表达式不变。T_B为B端扭矩。

③当粘结应力传递到达E点之后(包括E点)，可将机械咬合力的合力简化为通过弧CE的中点D和球心O点的连线，并指向球心。此时，粘结力处于最大值。

由图10和图9，可导出

θ＝2α＝2arccos(d/2R) (11)

l_C′A＝l-l_C′E′/2＝l-Rsinα/2＝x_c (12)

l_C′D′＝l-Rsin(α/4)cos(α/4) (13)

其中，点C′、E′分别为点C、E在x轴上的投影。因此有

M_B＝N(l-x)+N_r{l-[(l-Rsinα/4)/2+2Rsinα/4·cosα/4]} (14)

F_p＝N_a+τ(N_r+N)＝τπdx (15)

F_m＝N_r/(cosα/2)＝N_a/(sinα/2) (16)

由式(3)、式(14)～式(16)可得

2)摩阻力单独作用阶段

当机械咬合力达到一定值P时，界面混凝土将出现碎裂破坏现象，粘结应力相应随之减小；而当粘结长度内的界面混凝土不足以提供机械咬合力作用时，粘结应力将仅由摩阻力提供，即进入摩阻力受力阶段。此时，x＝l_a，并有

F＝μN＝πτdx (18)

其中，N的表达式仍然不变。随着钢筋滑移，粘结应力逐渐减小，直到粘结破坏，进入残余应力阶段。

二、试验与理论分析结果比较

为了进一步验证上述模型的正确性，这里以实际实验为例进行讨论。通过对月牙肋钢筋与光圆钢筋的最大粘结力进行求差，可得到最大机械咬合力；再通过钢筋的等效半径与钢筋直径关系和机械咬合力，从而可推导出等效半径的最佳值，并由此验证模型的正确性。其中，取钢筋与全轻混凝土界面之间的摩擦系数μ＝0.213。

这里以LWCSB-2组分别采用的月牙肋钢筋和光圆钢筋试件为例，锚固钢筋的拉拔力计算结果如表2所示。

表2 LWCSB-2组极限粘结力

其中，表2中：1)F_l表示极限拉拔(粘结)力/kN；2)F_CRB表示月牙肋钢筋的极限拉拔(粘结)力/kN；3)F_PSB表示光圆钢筋的极限拉拔(粘结)力/kN；4)F_m表示极限机械咬合力/kN；5)l_a为钢筋粘结长度/mm；6)d为钢筋公称直径/mm；7)SF表示劈裂破坏；8)λ表示机械咬合力的贡献率/％。

由表2可知，l_a＝50mm时的极限粘结力较l_a＝100mm时大。这是由于试件成型为不同批次，而且在浇筑时因套管密封不严而灌进了水泥浆体，从而造成锚固长度不准确和粘结力增大。因此，为了进行可靠比较，这里只对同批次的同组别试件进行对比，并以l_a＝100mm时为基准，以LWCSB-2中月牙肋钢筋和光圆钢筋分别与全轻混凝土的粘结力计算为例。

通过式(1)计算机械咬合力贡献率λ得到如表2结果。

可见，月牙肋钢筋的机械咬合力对粘结力的贡献率一般在95％以上，这与普通混凝土的结论基本一致。

进一步地，由式(17)，可得

τ₁₂＝{23.871[sinf(R)/2]+f_μ12}/(3.14×12×10^-2l)，d＝12mm (19)

τ₁₆＝{38.649[sinf(R)/2]+f_μ16}/(3.14×16×10^-2l)，d＝16mm (20)

τ₂₀＝{56.934[sinf(R)/2]+f_μ20}/(3.14×20×10^-2l)，d＝20mm (21)

其中，f(R)＝{cos[arccos(d/2R)]}/2，F_m＝τdl；

l为一个微单元长度，

f_μ12＝0.213×23.871f(R)+1.512， (22)

f_μ16＝0.213×38.649f(R)+1.366， (23)

f_μ12＝0.213×23.871f(R)+1.512。 (24)

根据实测和统计分析，当d＝12mm时，取l₀＝8mm；当d＝16mm,20mm时，取l₀＝10mm。

其中，l₀为模型中的微单元长度/mm；l_a为总粘结长度/mm；F_ef为一个微单元上的粘结力/kN。因而有

x＝f(R_eq)/2 (25)

28.871sinx₁+10.146x₁＝0.519 (26)

38.649sinx₂+16.46x₂＝2.636 (27)

56.834sinx₃+24.211x₃＝5.089 (28)

F_ef＝F/(l_a/l₀) (29)

通过Matlab软件进行计算求解得到：x₁＝0.013302,x₂＝0.047842,x₃＝0.062821；d＝12mm,16mm,20mm时的等效半径分别为R_eq＝6.06mm,8.08mm,10.1mm。d-R_eq关系曲线如图11所示，二者的关系如式(30)所示。R_eq为等效半径。

d＝1.9802R_eq，R²＝1.0000 (30)

d与R_eq的强线性相关性，如图11所示，表明该模型和试验数据是准确可靠的。

三、模型演化分析

以球形模型为基准，通过数学推理演化出锥形模型、矩形模型，并给出两种模型的物理推理过程。

对于无横向约束的拉拔试件，其拔出破坏同样可以分为4个阶段。即第一阶段为化学胶结力阶段(上升段)；第二阶段为机械咬合力与摩阻力共同作用阶段(上升段)，亦即粘结应力的最大值出现阶段；第三阶段为摩阻力单独作用阶段(下降段)；第四阶段为残余粘结应力阶段(稳定段)。

为了简化计算分析模型，一般仅采用前三个受力阶段，并在考虑钢筋的几何特征条件下，进行静力分析。本申请仅对于第二阶段，三种不同的演化模型进行分析计算。其他两个阶段的分析计算均采用相似的方法进行。以球形模型的球形半径为基准，进行演化另外两种简化模型的依据。

1)光圆钢筋模型

将光圆钢筋等效为一刚性的圆柱体，此时，根据光圆钢筋与混凝土之间的粘结作用给出如图12的物理模型。

此时，粘结力只存在握裹力提供的摩擦力同钢筋与混凝土之间的化学胶着力。其单位长度l₀的物理模型如下：

粘结应力为：

2)月牙肋的刚性锥形模型

根据月牙肋的球形模型，以及其等效半径的包络线演变趋势，进一步地将其等效为锥形模型，如图13所示。其中，微单元段取设要求同图9，下同。

这里仍仅讨论粘结力构成的第二阶段，即仅从C点之后的模型段进行分析，下同。

当粘结应力尚未传递到达C点时，仍采用式(3)～式(6)进行计算求解。

当粘结应力传递到C点之后，结合图14并按以下公式进行计算。

F_a＝F_msin[γ-(π/2-β)] (34)

F_r＝F_mcos[γ-(π/2-β)] (35)

N_r＝N+F_r (36)

F_p＝N_a＝μ(N+F_r)+F_a (37)

摩阻力单独作用阶段，仍采用式(18)进行计算。

其中，式(34)、式(35)的几何边界条件β＝α/2,0<β<π/2；γ为向量EC与向量F_m之间的夹角，且有0≤γ≤π；CF＝EF,OC＝OE＝OF；N的表达式仍然不变；等效半径R为等效球形的半径；N_r、N_a分别为径向与轴向合力。

3)月牙肋的虚拟矩形模型

类似地，将月牙肋等效为虚拟的矩形模型，如图15所示。

当粘结应力尚未传递到达C点时，仍采用式(3)～式(6)进行计算求解。

当粘结应力传递到C点之后，结合图16并按以下公式进行计算。

F_p＝N_a＝μ(N+F_r)+F_a (39)

N_r＝F_r+N (40)

F_a＝F_mcosβ (41)

F_r＝F_msinβ (42)

其中，式(41)、式(42)的几何边界条件为：

OC＝OE＝OF＝R,CG＝HF＝ME＝R(1-cosα)，CG平行于HF,GH平行于CF；N的表达式仍然不变；等效半径R仍采用球形模型的等效半径。

其中，N_a为轴向合力，N_r为径向合力，β为F_m与轴向的夹角。

当F_m通过CO且过球心O时，β＝(π/2)-α，此时式(43)可简化为

同理，摩阻力单独作用阶段仍采用式(18)进行计算。

4)不同模型的效费比分析

根据上述月牙肋模型的几何模型演变趋势，如图17所示。

为了评价单位长度不同变形钢筋的材料成本，分别对不同模型的凸起体积进行计算，如式(45)～式(46)所示。

球形模型凸起体积V_s：

V_s＝2πR³[sinα-(sin³α)/3-cos²αsinα] (45)

锥形模型凸起体积V_c：

矩形模型凸起体积V_r：

V_r＝2πR³sin³α (47)

其中，α＝arccos(d/2R)。

将d＝1.98R_eq代入式(45)、式(46)、式(47)得如下结果：

V_b＝0.0015d³； (48)

V_c＝0.0011d³； (49)

V_r＝0.0022d³。 (50)

根据变形钢筋的不同肋形所消耗的材料体积V(分别由式(48)、式(49)、式(50)确定)，以及不同肋形对基体混凝土所产生的最大粘结应力τ_max(分别由式(17)、式(38)、式(44)确定)，得到变形钢筋的效费比η见式(2)。

以表2中钢筋的直径d＝16mm，以及锚固长度l_a＝100mm为例，由表2计算得到F_m＝38.649kN，F_PSB＝1.366kN。(分别由式(16)、式(37)、式(42)确定)计算得到不同肋形的最大粘结应力分别为τ_b,max＝5.19/MPa，τ_c,max＝5.51/MPa，τ_r,max＝1.351/MPa。那么其相应的效费比η则分别为η_b＝0.84MPa/mm³；η_c＝1.22MPa/mm³；η_r＝0.15MPa/mm³。

为了进一步直观比较不同肋形的几可尺寸，定义不同肋形的等效曲率半径R_rc为：以等效锥形肋模型的顶点与等效球形肋模型的圆弧公共切点，到等效球形肋模型的球心距离。不同肋形的等效曲率半径R_rc与其相应的等效半径R、钢筋直径d之间的大小关系，如表3所示。

表3不同等效肋形的等效曲率半径与等效半径和钢筋直径的关系

那么由式(51)可分别计算出不同等效曲率半径时的最大粘结力，分别为：τ_b＝5.19/MPa；τ_c＝5.51/MPa；τ_r＝1.351/MPa。

τ_c＝[1.366+38.649sin(γ-0.82)]/5.024 (51)

其τ_max-R_rc关系如图18所示。

不同肋形的等效曲率半径R_rc与效费比η的关系则如图19所示。

综合比较图18和图19可知，在这三种等效肋形模型中，不仅锥形模型所提供的粘结力为最大，而且其效费比也为最大，因而是生产上最为经济、工程上最为可靠的一种肋形。表4给出了建筑工程上常用的几种钢筋直径在肋形不同时的效费比，从中有一个更加直观的了解。

表4不同直径的钢筋在不同等效肋形时的效费比η

通过以上理论推导，得到锥形模型肋为最佳模型。

由此，本申请现给出一种新型钢筋肋形，具体的是：本申请公开了一种带肋变形钢筋包括钢筋本体100和布设在所述钢筋本体上的锥形肋210，本实施例中的锥形肋具体为呈圆锥型或棱锥型，且所述锥形肋的顶端为平滑圆角结构，在实际模具设计时，以钝角替代，防止施工时扎伤施工人员。

沿所述钢筋本体100的轴线方向上，在所述钢筋本体100上等间距间隔布设有横肋单元，各所述横肋单元包括至少两个呈圆周均布设置的锥形肋210，相邻两所述横肋单元中的锥形肋210沿轴线方向对应设置、或相邻两所述横肋单元中的锥形肋210在周向方向呈错位设置、或所述横肋单元中的锥形肋210在所述钢筋本体表面呈多道螺旋线分布设置。本实施例以呈直线分布的锥形肋210进行重点说明。并且在下述的具体实施例中分别体现了对应设置和错位设置两种不同的形式

进一步的，本申请的钢筋本体上还设置有纵肋220，所述钢筋本体上布设有至少两道纵肋220，所述纵肋220呈圆周均布设置在所述钢筋本体100上。

在钢筋本体的周向方向上，多道纵肋和单个横肋单元中的锥形肋可以共同等分分布在钢筋本体的外周面上，也可以各自独立对钢筋本体的外周面进行等分布设。

具体地，分为以下几个实例进行实施。

实例一：对称双面锥形肋，将圆形钢筋表面附锥形肋，取钢筋柱过纵轴的一个面为参考平面，分别在对称于平面的钢筋表面设置锥形肋，并在所取平面上设置纵肋，如图21和图22所示。

实例二：对称四面锥形肋，将圆形钢筋表面附锥形肋，取钢筋柱过纵轴的一个面为参考平面，分别在对称于平面的钢筋表面设置锥形肋，再取与参考面垂直的平面为基准面，分别对称该基准平面的钢筋表面设置锥形肋，并在所取平面上设置纵肋，如图23和图24所示。

实例三：对称八面锥形肋，将圆形钢筋表面附锥形肋，取钢筋柱过纵轴的一个面为参考平面，提取空间中的另外三个面，将钢筋柱空间分成八个区域，每个区域对应钢筋表面设置锥形肋，并在所取平面上设置纵肋。如图25和图26所示。

实例四：对称密集锥形肋，将圆形钢筋表面附锥形肋，取钢筋柱过纵轴的一个面为参考平面，提取空间中的另外n个面，将钢筋柱空间分成2n个区域，每个区域对应钢筋表面设置锥形肋，不再设置纵肋。即n>3时，即称为密集锥形肋。如图27和图28所示。

实例五：四面梅花肋，将圆形钢筋表面附锥形肋，取钢筋柱过纵轴的一个面为参考平面，分别在对称于平面的钢筋表面设置锥形肋，再取与参考面垂直的平面为基准面，分别对称该基准平面的钢筋表面设置锥形肋(此肋设为如图18的间隔梅花肋)，并在所取平面上设置纵肋，如图29和图30所示。

实例六：八面梅花肋，将圆形钢筋表面附锥形肋，取钢筋柱过纵轴的一个面为参考平面，提取空间中的另外三个面，将钢筋柱空间分成八个区域，每个区域对应钢筋表面设置锥形肋(此肋设为如图19的间隔梅花肋)，并在所取平面上设置纵肋。如图31和图32所示。

以下表5-表11给出了不同直径、不同锥形肋钢筋的参数。

表5设计直径为12mm的不同锥形肋钢筋参数

注：d表示钢筋直径；d₀表示钢筋内径；h表示横肋高；h₁表示纵肋高；l₀表示肋间距；

b表示横肋宽；a表示纵肋宽。

表6设计直径为14mm的不同锥形肋钢筋参数

表7设计直径为16mm的不同锥形肋钢筋参数

表8设计直径为18mm的不同锥形肋钢筋参数

表9设计直径为20mm的不同锥形肋钢筋参数

表10设计直径为25mm的不同锥形肋钢筋参数

表11设计直径为25mm的不同锥形肋钢筋参数

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (8)

1.一种带肋变形钢筋，其特征在于，包括：

钢筋本体；

和布设在所述钢筋本体上的锥形肋。

2.根据权利要求1所述的带肋变形钢筋，其特征在于，所述锥形肋呈圆锥型或棱锥型，且所述锥形肋的顶端为平滑圆角结构。

3.根据权利要求1所述的带肋变形钢筋，其特征在于，沿所述钢筋本体的轴线方向上，在所述钢筋本体上等间距间隔布设有横肋单元，各所述横肋单元包括至少两个呈圆周均布设置的锥形肋。

4.根据权利要求3所述的带肋变形钢筋，其特征在于，相邻两所述横肋单元中的锥形肋沿轴线方向对应设置、或相邻两所述横肋单元中的锥形肋在周向方向呈错位设置、或各所述横肋单元中的锥形肋在所述钢筋本体表面呈多道螺旋线分布设置。

5.根据权利要求1-4任一所述的带肋变形钢筋，其特征在于，所述钢筋本体上还设置有纵肋。

6.根据权利要求5所述的带肋变形钢筋，其特征在于，所述钢筋本体上布设有至少两道纵肋，所述纵肋呈圆周均布设置在所述钢筋本体上。

7.一种带肋变形钢筋的肋形设计方法，用于获取如权利要求1-6任一所述的带肋变形钢筋的肋形，其特征在于，包括以下步骤：

①对月牙肋钢筋和光圆钢筋进行拉拔试验，获取相应的物理力学指标和物理-力学模型；

②月牙肋钢筋等效分析：在月牙肋钢筋上取微单元段L_AOB，其包括一个完整月牙肋，并将该微单元段L_AOB等效为一个球心位于钢筋中心线上、等效半径为R的球形模型；对球形模型进行受力分析，获取球形模型的最大粘结应力、以及等效半径与月牙肋钢筋直径的关系；

③数学演化分析：以球形模型为基准，通过球形模型的等效半径包络线的演变趋势，进一步等效为锥形模型和矩形模型，同时对锥形模型和矩形模型取微单元段，并进行受力分析，获取相应模型的最大粘结应力；

④效费比分析：获取球形模型、锥形模型和矩形模型中的不同肋形凸起体积，计算不同肋形钢筋的效费比η，其中η＝τ_max/V，τ_max为肋形对基体混凝土所产生的最大粘结应力，V为不同肋形钢筋的肋形凸起体积；

⑤通过对不同肋形钢筋的效费比η进行对比，获取最佳模型为锥形模型，并由此布置锥形肋的带肋变形钢筋。

8.根据权利要求7所述的带肋变形钢筋的肋形设计方法，其特征在于，在步骤②中，对月牙肋钢筋和光圆钢筋进行拉拔试验，通过对月牙肋钢筋与光圆钢筋的最大粘结力进行求差，获取最大机械咬合力；再通过月牙肋钢筋的等效半径与钢筋直径的关系、以及最大机械咬合力，从而获得等效半径的最佳值，并由此验证等效模型的正确性和可靠性。