CN111428302B - 一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法，包括回转式钢筋混凝土湿接缝的受拉设计方法与受弯设计方法；受拉设计时，判断H与l_a之间的关系，当H≥l_a时，取H＝l_a；当H＜l_a时，若满足：N≤(n_m‑2)N_1uci+2min(N_1uTo,N_1uco)，则拟定的横向钢筋的面积A_sTr满足设计需求，否则应重新拟定横向钢筋的面积A_sTr继续代入计算，直至满足设计需求；受弯设计时，计算回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，并按回转式钢筋混凝土湿接缝受拉设计方法进行设计。本发明基于回转式钢筋混凝土湿接缝的受力模式，并考虑了最外侧回转式钢筋和内部回转式钢筋的承载能力区别，提出了详细、合理、可靠的回转式钢筋混凝土湿接缝横向钢筋数量计算方法，是对现行国家和行业相关规范的合理补充，可用于指导实际工程。

Description

一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法。

背景技术

当前，在预制混凝土桥面板的湿接缝中，回转式钢筋混凝土湿接缝是一种较为新型的接缝形式。回转式钢筋混凝土湿接缝是指钢筋连接时，上下层钢筋采用同一根钢筋，通过弯成180°的半圆弧，再与对应另一侧的半圆弧钢筋进行搭接，并在重合环内设置横向钢筋，以此实现钢筋之间的可靠传力。回转式钢筋混凝土湿接缝具有无需焊接、施工方便、重合长度短、可减小接缝尺寸等优势。但是，目前回转式钢筋混凝土湿接缝的设计方法尚不明确，实际应用中多是根据经验或参考已有实际工程，各国规范也尚无针对这种接缝形式的相关规定，导致回转式钢筋混凝土湿接缝的应用缺乏必要的理论指导。

中国专利CN201910325860.5公开了预制混凝土梁的湿接缝设计，预制混凝土梁板内的预埋钢筋端部钢筋弯折成半环形，相互交错，形成用以承载核心混凝土的环形区域，每块预制混凝土梁板的半环形钢筋作为承载核心混凝土的U形箍筋，相邻两块预制混凝土梁板的U形箍筋交错成环向箍筋，环向箍筋内布置纵向钢筋。上述专利中，将环向箍筋所包围的核心混凝土在湿接缝方向上看作连续梁的支撑体系，并采用双筋截面对称配筋的方法进行纵向钢筋的设计，未明确回转式钢筋混凝土湿接缝的真实受力模式，未考虑最外侧回转式钢筋与内侧回转式钢筋的承载能力区别，仅提出了较为简单的计算方法，计算过程不尽详细、合理，且计算结果与实际情况存在一定的偏差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法。本发明方法是一种详细、合理的方法，其基于回转式钢筋混凝土湿接缝受力模式，尤其适用于预制混凝土桥面板的回转式钢筋混凝土湿接缝。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法，包括回转式钢筋混凝土湿接缝的受拉设计方法与受弯设计方法；

进行回转式钢筋混凝土湿接缝的受拉设计时，首先通过结构受力分析确定回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，结合构造要求确定对侧回转式钢筋重合长度H、对侧回转式钢筋间距s、回转式钢筋数量多的湿接缝一侧配置的回转式钢筋数量n_m、回转式钢筋的回转半径R，根据相关规范确定混凝土抗压强度代表值f_c,r、横向钢筋的屈服强度f_yT、湿接缝内回转式钢筋最小锚固长度l_a等参数，并初步设计拟定横向钢筋的面积A_sTr；随后，判断H与l_a之间的关系，当H≥l_a时，取H＝l_a；当H＜l_a时，分别计算单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci、单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo及单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco，若满足：

N≤(n_m-2)N_1uci+2min(N_1uTo,N_1uco)

则拟定的横向钢筋的面积A_sTr可满足设计需求，否则应重新拟定横向钢筋的面积A_sTr继续代入计算，直至满足设计需求；

进行回转式钢筋混凝土湿接缝的受弯设计时，通过回转式钢筋数量少一侧的回转式钢筋通长截面的设计抗弯荷载M，计算回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，并按回转式钢筋混凝土湿接缝受拉设计方法进行设计。

所述回转式钢筋混凝土湿接缝内配置有回转式钢筋(1)和横向钢筋(2)。

所述对侧回转式钢筋重合长度H与对侧回转式钢筋间距s，符合下式：

式中，

为混凝土锥体的扩散角，例如可以取为5π/18。

所述单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci可按下式计算：

式中，N_c1为混凝土压杆的承载力。

所述混凝土压杆的承载力N_c1可按下式计算：

N_c1＝f_ceA_cs1

式中，f_ce为压杆混凝土的有效强度，A_cs1为单根压杆混凝土的等效受压面积。

所述单根压杆混凝土的等效受压面积A_cs1可按下式计算：

A_cs1＝t_eW_e

式中，t_e为等效压杆混凝土厚度；W_e为等效压杆混凝土宽度。

所述等效压杆混凝土厚度t_e可按下式计算：

t_e＝min(t,t₁)

式中，t为混凝土桥面板的厚度；t₁为两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度。

所述两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度t₁可按下式计算：

所述等效压杆混凝土宽度W_e可按下式计算：

所述压杆混凝土的有效强度f_ce可按下式计算：

f_ce＝β_sf_c,r

式中，β_s为考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数。

所述考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数β_s可按下式计算：

所述单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo可按下式计算：

式中，η₁为最外侧回转式钢筋承载力考虑边界条件的折减系数，可取为0.8；N_T为横向钢筋的抗拉承载力。

所述横向钢筋的抗拉承载力N_T可按下式计算：

N_T＝A_sTrf_yT。

所述单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco可按下式计算：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明方法是基于回转式钢筋混凝土湿接缝的受力模式所提出的，给出了详细的计算方法；

(2)本发明方法中，考虑了最外侧回转式钢筋与内部回转式钢筋的承载能力区别，计算结果更接近实际；

(3)本发明方法是对现行国家和行业相关规范的合理补充，可用于指导实际工程。

附图说明

图1为本发明回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法的设计总体流程图。

图2为本发明回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法中回转式钢筋混凝土湿接缝的构造参数示意图。

具体实施方式

参考图1与图2，本实施例提供一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法，包括回转式钢筋混凝土湿接缝的受拉设计方法与受弯设计方法；进行受拉设计时，首先通过结构受力分析确定回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，结合构造要求确定对侧回转式钢筋重合长度H、对侧回转式钢筋间距s、回转式钢筋数量多的湿接缝一侧配置的回转式钢筋数量n_m、回转式钢筋的回转半径R，根据相关规范确定混凝土抗压强度代表值f_c,r、横向钢筋的屈服强度f_yT、湿接缝内回转式钢筋最小锚固长度l_a等参数，并初步设计拟定横向钢筋的面积A_sTr；随后，判断H与l_a之间的关系。当H≥l_a时，取H＝l_a；当H＜l_a时，分别计算单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci、单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo及单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco。若满足：

N≤(n_m-2)N_1uci+2min(N_1uTo,N_1uco)

则拟定的横向钢筋的面积A_sTr可满足设计需求，否则应重新拟定横向钢筋的面积A_sTr继续代入计算，直至满足设计需求。进行回转式钢筋混凝土湿接缝受弯设计时，可通过回转式钢筋数量少一侧的回转式钢筋通长截面的设计抗弯荷载M，计算回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，并按回转式钢筋混凝土湿接缝受拉设计方法进行设计。

回转式钢筋混凝土湿接缝内配置有回转式钢筋1和横向钢筋2。

对侧回转式钢筋重合长度H与对侧回转式钢筋间距s时，应符合下式：

式中，

为混凝土锥体的扩散角，可取为5π/18。

单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci可按下式计算：

式中，N_c1为混凝土压杆的承载力。

混凝土压杆的承载力N_c1可按下式计算：

N_c1＝f_ceA_cs1

式中，f_ce为压杆混凝土的有效强度，A_cs1为单根压杆混凝土的等效受压面积。

单根压杆混凝土的等效受压面积A_cs1可按下式计算：

A_cs1＝t_eW_e

式中，t_e为等效压杆混凝土厚度；W_e为等效压杆混凝土宽度。

等效压杆混凝土厚度t_e可按下式计算：

t_e＝min(t,t₁)

式中，t为混凝土桥面板的厚度；t₁为两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度。

两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度t₁可按下式计算：

等效压杆混凝土宽度W_e可按下式计算：

压杆混凝土的有效强度f_ce可按下式计算：

f_ce＝β_sf_c,r

式中，β_s为考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数。

考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数β_s可按下式计算：

单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo可按下式计算：

式中，η₁为最外侧回转式钢筋承载力考虑边界条件的折减系数，可取为0.8；N_T为横向钢筋的抗拉承载力。

横向钢筋的抗拉承载力N_T可按下式计算：

N_T＝A_sTrf_yT

单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco可按下式计算：

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

参考图1与图2，对回转式钢筋混凝土湿接缝进行抗拉设计。混凝土采用C50混凝土，回转式钢筋与横向钢筋采用HRB400钢筋，混凝土桥面板的厚度t为300mm，回转式钢筋直径为20mm。通过结构受力分析确定回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N为500kN，结合构造要求确定对侧回转式钢筋重合长度H为200mm，对侧回转式钢筋间距s为100mm，回转式钢筋数量多的湿接缝一侧配置的回转式钢筋数量n_m为3，回转式钢筋的回转半径R为100mm，根据相关规范确定混凝土抗压强度代表值f_c,r为22.4MPa，横向钢筋的屈服强度f_yT为400MPa，湿接缝内回转式钢筋最小锚固长度l_a取为25倍的回转式钢筋直径，即500mm。初步设计拟定横向钢筋采用4根直径为12mm的钢筋，即横向钢筋的面积A_sTr为452.39mm²。此时，H＜l_a，分别计算单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci、单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo及单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco。

对侧回转式钢筋重合长度H与对侧回转式钢筋间距s，符合下式：

式中，

为混凝土锥体的扩散角，取为5π/18。

单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci按下式计算：

式中，N_c1为混凝土压杆的承载力。

混凝土压杆的承载力N_c1按下式计算：

N_c1＝f_ceA_cs1

式中，f_ce压杆混凝土的有效强度，A_cs1单根压杆混凝土的等效受压面积。

单根压杆混凝土的等效受压面积A_cs1按下式计算：

A_cs1＝t_eW_e

式中，t_e为等效压杆混凝土厚度；W_e为等效压杆混凝土宽度。

等效压杆混凝土厚度t_e按下式计算：

t_e＝min(t,t₁)

式中，t为混凝土桥面板的厚度；t₁为两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度。

两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度t₁按下式计算：

等效压杆混凝土宽度W_e按下式计算：

压杆混凝土的有效强度f_ce按下式计算：

f_ce＝β_sf_c,r

式中，β_s为考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数。

考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数β_s可按下式计算：

经计算，得到β_s＝0.58，f_ce＝13.01MPa，W_e＝88.93mm，t_e＝t₁＝198.14mm，A_cs1＝17620.91mm²，N_c1＝229.31kN，N_1uci＝294.79kN。

单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo按下式计算：

式中，η₁为最外侧回转式钢筋承载力考虑边界条件的折减系数，取为0.8；N_T为横向钢筋的抗拉承载力。

横向钢筋的抗拉承载力N_T按下式计算：

N_T＝A_sTrf_yT

经计算，得到N_T＝180.96kN，N_1uTo＝121.47kN。

单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco可按下式计算：

经计算得到，N_1uco＝117.92kN。

此时，满足：

N＝500kN≤(n_m-2)N_1uci+2min(N_1uTo,N_1uco)＝530.63kN

拟定横向钢筋采用4根直径为12mm的钢筋，即横向钢筋的面积A_sTr为452.39mm²可满足设计需求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法，其特征在于，包括回转式钢筋混凝土湿接缝的受拉设计方法与受弯设计方法；

进行回转式钢筋混凝土湿接缝的受拉设计时，首先通过结构受力分析确定回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，结合构造要求确定对侧回转式钢筋重合长度H、对侧回转式钢筋间距s、回转式钢筋数量多的湿接缝一侧配置的回转式钢筋数量n_m、回转式钢筋的回转半径R，确定混凝土抗压强度代表值f_c,r、横向钢筋的屈服强度f_yT、湿接缝内回转式钢筋最小锚固长度l_a参数，并初步设计拟定横向钢筋的面积A_sTr；随后，判断H与l_a之间的关系，当H≥l_a时，取H＝l_a；当H＜l_a时，分别计算单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci、单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo及单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco，若满足：

N≤(n_m-2)N_1uci+2min(N_1uTo,N_1uco)

则拟定的横向钢筋的面积A_sTr满足设计需求，否则应重新拟定横向钢筋的面积A_sTr继续代入计算，直至满足设计需求；

进行回转式钢筋混凝土湿接缝的受弯设计时，通过回转式钢筋数量少一侧的回转式钢筋通长截面的设计抗弯荷载M，计算回转式钢筋混凝土湿接缝的设计抗拉荷载N，并按回转式钢筋混凝土湿接缝受拉设计方法进行设计；

所述单个内部回转式钢筋的承载力N_1uci按下式计算：

式中，N_c1为混凝土压杆的承载力；

所述混凝土压杆的承载力N_c1按下式计算：

N_c1＝f_ceA_cs1

式中，f_ce为压杆混凝土的有效强度，A_cs1为单根压杆混凝土的等效受压面积；

所述单根压杆混凝土的等效受压面积A_cs1按下式计算：

A_cs1＝t_eW_e

式中，t_e为等效压杆混凝土厚度；W_e为等效压杆混凝土宽度；

所述单个最外侧回转式钢筋由横向钢筋求得的承载力N_1uTo按下式计算：

式中，η₁为最外侧回转式钢筋承载力考虑边界条件的折减系数；N_T为横向钢筋的抗拉承载力；

所述横向钢筋的抗拉承载力N_T按下式计算：

N_T＝A_sTrf_yT；

所述单个最外侧回转式钢筋由混凝土压杆求得的承载力N_1uco按下式计算：

所述等效压杆混凝土厚度t_e按下式计算：

t_e＝min(t,t₁)

式中，t为混凝土桥面板的厚度；t₁为两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度；

所述两个相邻回转式钢筋破坏面的重合厚度t₁按下式计算：

所述等效压杆混凝土宽度W_e按下式计算：

所述压杆混凝土的有效强度f_ce按下式计算：

f_ce＝β_sf_c,r

式中，β_s为考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数；

所述考虑横向钢筋对压杆中混凝土有效抗压强度影响的系数β_s按下式计算：

且β_s≤0.7。

2.根据权利要求1所述回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法，其特征在于，所述回转式钢筋混凝土湿接缝内配置有回转式钢筋(1)和横向钢筋(2)。

3.根据权利要求1所述回转式钢筋混凝土湿接缝设计方法，其特征在于，所述对侧回转式钢筋重合长度H与对侧回转式钢筋间距s，符合下式：

式中，

为混凝土锥体的扩散角。

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