CN113806844B - 再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法 - Google Patents

再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法。该方法包括：步骤1：确定再生混凝土受弯构件特征参数，包括：再生混凝土立方体抗压强度fcu、搭接钢筋直径d、搭接处的体积配箍率ρsv、再生骨料取代率δr、搭接钢筋净距D、搭接钢筋屈服强度fy和搭接钢筋极限强度fu；步骤2：在再生混凝土受弯构件承载能力处于极限状态时，根据所述再生混凝土受弯构件特征参数，计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy以及或搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu。本发明可以精确确定搭接钢筋长度，在确保工程安全的前提下减少了搭接长度，节约了成本，经济实用，并且考虑了钢筋保护层厚度、钢筋净距等因素，钢筋搭接长度的设计值更加合理。

Description

再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法
技术领域
本发明涉及钢筋再生混凝土受弯构件钢筋搭接设计技术领域，尤其涉及一种再生混凝土梁搭接长度确定方法。
背景技术
钢筋混凝土结构不可避免地存在钢筋接长问题，常用的有搭接、焊接和机械连接等三种方式，其中搭接最为简便、质量最为稳定，最为常用。混凝土相关规范标准ACI318-19，CAN3-A23.3和AS3600计算所得搭接强度均显著低于实验值，因为规范公式针对的是保护层厚度与钢筋直径比值较小，发生劈裂破坏时，混凝土结构中钢筋的搭接强度与搭接长度。目前关于再生混凝土抗压与劈裂强度与钢筋搭接粘结强度的定量关系进行了大量研究但是尚未形成共识，钢筋再生混凝土结构搭接钢筋连接设计一般按照普通混凝土进行，《再生混凝土结构技术标准》(JGJ/T 443-2018)也是按照普通混凝土中钢筋搭接进行设计，未考虑再生混凝土强度与混凝土保护层厚度、配箍筋率和搭接钢筋净距等因素的关系，导致设计的搭接长度存在较大误差。
发明内容
为了更加准确地确定再生混凝土梁搭接长度，本发明提供一种再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法，本发明考虑了再生混凝土强度与混凝土保护层厚度、配箍筋率和搭接钢筋净距等因素的影响，为搭接长度的精准设计提供了依据。
本发明提供一种再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法，包括：
步骤1：确定再生混凝土受弯构件特征参数，包括：再生混凝土立方体抗压强度fcu、搭接钢筋直径d、搭接处的体积配箍率ρsv、再生骨料取代率δr、搭接钢筋净距D、搭接钢筋屈服强度fy和搭接钢筋极限强度fu；
步骤2：在再生混凝土受弯构件承载能力处于极限状态时，根据所述再生混凝土受弯构件特征参数，计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy以及或搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu。
进一步地，按照公式(1)计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy：
Figure BDA0003255969870000021
其中，λ表示纵向受拉钢筋搭接长度调整系数，w1表示保护层厚度影响系数，w2表示搭接钢筋净距影响系数，w3表示配箍率影响系数，w4表示再生骨料取代率影响系数，w5表示钢筋直径调整系数，c表示钢筋保护层厚度。
进一步地，按照公式(2)搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu：
Figure BDA0003255969870000022
其中，λ表示纵向受拉钢筋搭接长度调整系数，w1表示保护层厚度影响系数，w2表示搭接钢筋净距影响系数，w3表示配箍率影响系数，w4表示再生骨料取代率影响系数，w5表示钢筋直径调整系数，c表示钢筋保护层厚度。
进一步地，w1＝0.1106，w2＝0.05，w3＝0.892，w4＝0.0297，w5＝2.0592。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的再生混凝土梁钢筋搭接长度的计算模型能够精确确定搭接钢筋长度，在确保工程安全的前提下减少了搭接长度，节约了成本，经济实用；
2、本发明提供的再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法考虑了钢筋保护层厚度、钢筋净距等因素，钢筋搭接长度的设计值更加合理。
附图说明
图1为本发明实施例提供的再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的拉拔试件的结构图；
附图标记：1为混凝土试件，2为搭接钢筋，3为箍筋，4为架立筋。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供一种再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法，包括以下步骤：
步骤1：确定再生混凝土受弯构件特征参数，包括：再生混凝土立方体抗压强度fcu、搭接钢筋直径d、搭接处的体积配箍率ρsv、再生骨料取代率δr、搭接钢筋净距D、搭接钢筋屈服强度fy和搭接钢筋极限强度fu；
步骤2：在再生混凝土受弯构件承载能力处于极限状态时，根据所述再生混凝土受弯构件特征参数，计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy以及或搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu。
作为一种可实施方式，按照公式(1)计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy：
Figure BDA0003255969870000031
其中，λ表示纵向受拉钢筋搭接长度调整系数，w1表示保护层厚度影响系数，w2表示搭接钢筋净距影响系数，w3表示配箍率影响系数，w4表示再生骨料取代率影响系数，w5表示钢筋直径调整系数，c表示钢筋保护层厚度。
作为一种可实施方式，按照公式(2)搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu：
Figure BDA0003255969870000032
其中，λ表示纵向受拉钢筋搭接长度调整系数，w1表示保护层厚度影响系数，w2表示搭接钢筋净距影响系数，w3表示配箍率影响系数，w4表示再生骨料取代率影响系数，w5表示钢筋直径调整系数，c表示钢筋保护层厚度。
需要说明的是，当纵向搭接钢筋接头面积百分率不超过25％时，λ取为1.2；纵向搭接钢筋接头面积百分率50％时，λ取为1.4；纵向搭接钢筋接头面积百分率100％时，λ取为1.6。当c不超过50mm，ρsv不超过1％，D不超过3d，d不超过32mm时，优选地，w1＝0.1106，w2＝0.05，w3＝0.892，w4＝0.0297，w5＝2.0592。
实施例2
再生混凝土梁跨度为1700mm，计算跨度1500mm，横断面宽度为240mm、高度为300mm，上部架立筋为2根直径6mm的HRB335钢筋，下部受拉钢筋为2根直径20mm的HRB400钢筋，因工艺要求跨中下部受拉钢筋全部需要进行搭接接长，搭接长度仅需满足钢筋屈服，不需要破坏，搭接位置位于跨中区域，钢筋间净距D为0，搭接区域不配制箍筋，钢筋保护层厚度c为40mm。再生骨料取代率分别为0、50％和100％的12根梁，再生混凝土立方体抗压强度fcu分别见表1。钢筋搭接长度设计过程如下：
表1搭接梁设计参数
梁编号 fcu δr Lsy LsyGB50010 LsyACI318-2019
1 82.5 0.0 344.4 960.9 738.4
2 82.5 0.0 344.4 960.9 760.9
3 77.7 0.5 349.1 960.9 760.9
4 77.7 0.5 349.1 960.9 779.9
5 74.0 1.0 351.9 960.9 779.9
6 74.0 1.0 351.9 960.9 795.7
7 63.0 0.0 402.6 904.9 795.7
8 63.0 0.0 402.6 904.9 843.2
9 56.1 0.5 421.2 904.9 843.2
10 56.1 0.5 421.2 904.9 861.2
11 53.8 1.0 422.5 904.9 861.2
12 53.8 1.0 422.5 904.9 738.4
S201：确定再生混凝土受弯构件特征参数
根据设计要求，确定出每一根梁再生混凝土立方体抗压强度fcu见表1第2列，搭接钢筋直径d均为20mm，钢筋搭接率均为100％，搭接处体积配箍率ρsv均为0％，再生骨料取代率δr见表1第3列，搭接钢筋净距D均为0mm，搭接钢筋屈服强度fy：1-6号梁内搭接钢筋屈服强度实测值为538.4MPa，7-12号梁内搭接钢筋屈服强度实测值为507MPa。
S202：确定钢筋搭接长度值
根据式(1)得到各梁内受拉钢筋屈服状态时的理论钢筋搭接长度Lsy见表1第4列，同时根据现有规范GB50010和ACI318-2019中的计算公式分别计算得到搭接长度值，分别记为LsyGB50010和LsyACI318-2019，分别见表1第5列和第6列。根据本发明提供的方法，确定钢筋搭接长度的实际取值为500mm。
为了验证本发明方法的有效性，本发明还进行了下述实验：
对1-12号梁进行四点弯曲试验，纯弯段500mm，支座间距1500mm，试验结果表明，1-12号梁跨中区域搭接连接钢筋均发生了钢筋屈服破坏。
实际搭接长度大于理论上的临界屈服搭接长度，搭接钢筋发生了屈服破坏，设计结果与实验现象一致，说明本发明方案计算的可靠性。对比现有规范GB50010和ACI318-2019中的计算结果也可以发现现有规范的计算方式过于保守，不够经济，而本发明所提供方案更加精确，并且经济实用。
实施例3
拉拔试件为b×h×G的棱柱体试件，b、h分别为横断面宽、高，b＝2c+2d+D，h＝2c+d；其中d为钢筋直径取为20mm，G为棱柱体长度，也即钢筋搭接长度，试件中配置架立筋和箍筋，见图2。试件横断面变参数设计，确保了钢筋周围混凝土保护层厚度与设计值一致，搭接钢筋采用强度等级为HRB400、直径为20mm的带肋钢筋；箍筋采用强度等级为HRB335、直径为4mm的带肋钢筋，体积配箍率分别为0、0.37％和0.67％；试件内的架立筋采用强度等级为HRB400、直径为12mm的带肋钢筋。试件尺寸及配筋构造见图2。试件参数见表2，钢筋搭接长度具体设计如下：
表2搭接试件设计参数
Figure BDA0003255969870000051
Figure BDA0003255969870000061
S301：确定再生混凝土受弯构件特征参数
根据设计要求，确定出每一根梁再生混凝土立方体抗压强度fcu见表2第2列，再生骨料取代率δr见表2第3列，钢筋保护层厚度c见表2第4列，搭接钢筋净距D见表2第5列，搭接处体积配箍率ρsv见表2第6列，搭接钢筋直径d均为20mm，钢筋搭接率均为100％，搭接钢筋的屈服强度fy为448MPa，极限强度fu为636MPa。
S302：确定钢筋搭接长度值
根据式(1)得到1-22号试件内受拉钢筋处于屈服状态时的理论搭接长度Lsy见表2第7列，根据式(2)得到22号试件内受拉钢筋处于极限状态时的搭接长度Lsu为337.5mm。钢筋搭接长度实际取值见表2第8列。
为了验证本发明方法的有效性，本发明还进行了下述实验：
对1-22号梁进行对拉试验，试验结果表明，1-20号试件发生钢筋拔出破坏，21号试件钢筋屈服破坏，22号试件钢筋拉断破坏。
1-20号试件搭接长度小于临界屈服搭接长度，所以试件发生钢筋拔出破坏；21号试件搭接长度大于临界屈服搭接长度而小于极限搭接长度，搭接钢筋发生了屈服破坏，22号试件搭接长度大于极限搭接长度，搭接钢筋发生了拉断破坏，计算结果与实验现象一致，说明本发明方案计算的可靠性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法，其特征在于，包括：
步骤1：确定再生混凝土受弯构件特征参数，包括：再生混凝土立方体抗压强度fcu、搭接钢筋直径d、搭接处的体积配箍率ρsv、再生骨料取代率δr、搭接钢筋净距D、搭接钢筋屈服强度fy和搭接钢筋极限强度fu；
步骤2：在再生混凝土受弯构件承载能力处于极限状态时，根据所述再生混凝土受弯构件特征参数，计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy以及搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu；
其中，按照公式(1)计算搭接位置钢筋处于屈服状态时的钢筋搭接长度Lsy：
Figure FDA0004163202440000011
按照公式(2)搭接位置钢筋处于极限状态时的钢筋搭接长度Lsu：
Figure FDA0004163202440000012
其中，λ表示纵向受拉钢筋搭接长度调整系数，w1表示保护层厚度影响系数，w2表示搭接钢筋净距影响系数，w3表示配箍率影响系数，w4表示再生骨料取代率影响系数，w5表示钢筋直径调整系数，c表示钢筋保护层厚度。
2.根据权利要求1所述的再生混凝土梁钢筋搭接长度确定方法，其特征在于，w1＝0.1106，w2＝0.05，w3＝0.892，w4＝0.0297，w5＝2.0592。
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