CN114319724A - 钢筋混凝土构件及其横向钢筋 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钢筋混凝土构件及其横向钢筋，所述横向钢筋包括：本体，具有异形截面；其中，所述本体的异形截面在相互垂直的第一方向和第二方向上的相异的最大尺寸分别定义为第一尺寸和第二尺寸，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.035至0.9。本申请的有益之处在于提供了一种截面形状合理可靠且能够提高钢筋混凝土构件承载力的横向钢筋及其构成的钢筋混凝土构件。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体而言，涉及一种钢筋混凝土构件及其横向钢筋。
背景技术
目前，我国正在大力推广应用高强钢筋，高强横向钢筋的引入势在必行，如何合理、有效的应用高强横向钢筋将成为工程应用中的重要问题。与常用的400MPa级的横向钢筋相比，高强横向钢筋的屈服强度有大幅提升，由于高强钢筋强度的提升，同等面积的条件下，高强横向钢筋所提供的约束力将远大于常用横向钢筋，这势必会引起强度冗余和钢材的浪费。另外，钢筋混凝土结构构件的裂缝是关乎结构正常使用的重要指标，故我国《混凝土结构设计规范》对构件的裂缝作了严格限制，而构件的裂缝宽度又与纵筋的保护层厚度密切相关，因此，若能减小横向钢筋尺寸且满足构件受剪等强度要求，则能够相应地减小计算保护层厚度，进而减少结构构件的计算裂缝宽度，保障结构构件耐久性。同时，由于钢筋混凝土结构构件截面的有效高度是决定构件承载力的重要参数，故若钢筋混凝土结构构件受拉纵筋重心至混凝土受拉边缘的距离减小，则构件截面有效高度可以获得相应增加，将更有利于构件的承载。
发明内容
为解决现有技术的不足，本申请提供了一种横向钢筋，用于构成钢筋混凝土构件，所述横向钢筋包括：
本体，具有异形截面；
其中，所述本体的异形截面在相互垂直的第一方向和第二方向上的相异的最大尺寸分别定义为第一尺寸和第二尺寸，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.035至0.9。
进一步的，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.1至0.9。
进一步的，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.3至0.7。
进一步的，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.4至0.6。
进一步的，所述异形截面至少包含一个圆弧边，所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值取值范围为0.5至1.93。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值取值范围为0.5至1。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值取值范围为0.5至0.6。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值为0.5。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.018至1.76。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.1至1。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.15至0.5。
进一步的，所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.2至0.3。
进一步的，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.45至0.55。
进一步的，将所述第二方向所在的边定义为长轴，所述横向钢筋与钢筋混凝土构件的纵筋贴合绑扎时，其截面长轴始终保持与纵筋轴向平行；将所述第一方向所在的边定义为短轴，所述横向钢筋与钢筋混凝土构件的纵筋贴合绑扎时，其截面短轴始终保持与纵筋轴向垂直。
一种钢筋混凝土构件，包含：纵筋和如上述所述的横向钢筋。
本申请的有益之处在于：提供了一种截面形状合理可靠且能够提高钢筋混凝土构件承载力的横向钢筋以及其构成的钢筋混凝土构件。
附图说明
图1是本发明的横向钢筋横截面第一实施例示意图。
图2是本发明的横向钢筋横截面第二实施例示意图。
图3是本发明的横向钢筋横截面第三实施例示意图。
图4是本发明的横向钢筋末端弯钩设置示意图。
图5是图4横向钢筋与结构梁和柱纵筋绑扎示意图。
图6是本发明的横向钢筋沿柱轴线分布图。
图7是本发明的横向钢筋沿梁轴线分布图。
以上图中，L表示第二尺寸，B表示第一尺寸，r表示扁异形横向钢筋圆弧半径，1表示横向钢筋，2表示混凝土，3表示纵筋，4表示柱纵筋，5表示梁纵筋。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种横向钢筋，用于构成钢筋混凝土构件， 横向钢筋包括：
本体，具有矩形截面；
其中，本体在该矩形截面相互垂直的第一方向和第二方向上的相异的最大尺寸分别定义为第一尺寸和第二尺寸，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.035至0.9。
当第一尺寸与第二尺寸的大小接近时，第二尺寸为10.6mm，当截面形状接近条状时，第一尺寸为2mm，第二尺寸为56.5mm，因此称该横向钢筋为扁异形横向钢筋。
具体的，第一尺寸在2-10.6mm的范围内，第二尺寸小于56.5mm时，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.1至0.9或0.3至0.7或0.4至0.6。
具体而言，第一尺寸B为该矩形截面的宽，第二尺寸L为该矩形截面的长，B/L的比值优选取值范围为0.45-0.55。横向钢筋的外边缘至混凝土表面的距离即为保护层厚度，在保护层厚度相等的条件下，使用圆截面横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度为：截面高度-保护层厚度-圆截面横向钢筋直径-受拉区纵筋重心至横向钢筋内边缘距离；使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度为：截面高度-保护层厚度-扁异形横向钢筋短轴尺寸-受拉区纵筋重心至横向钢筋内边缘距离；由第一尺寸与第二尺寸的比值范围可以看出扁异形横向钢筋的短轴尺寸约为长轴尺寸的50%，长轴尺寸约等于圆截面横向钢筋的直径，故使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度将增加，根据《混凝土结构设计规范》的规定可知，相应的构件的承载能力将获得提升。
实施例2
如图2所示，本实施例提供了一种横向钢筋，用于构成钢筋混凝土构件， 横向钢筋包括：
本体，具有梯形截面；
其中，本体在梯形截面相互垂直的第一方向和第二方向上的相异的最大尺寸分别定义为第一尺寸和第二尺寸，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.035至0.9。
当第一尺寸与第二尺寸的大小接近时，第二尺寸为10.6mm，当截面形状接近条状时，第一尺寸为2mm，第二尺寸为56.5mm，因此称该横向钢筋为扁异形横向钢筋。
具体的，第一尺寸在2-10.6mm的范围内，第二尺寸小于56.5mm时，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.1至0.9或0.3至0.7或0.4至0.6。
具体而言，第一尺寸B为该梯形截面的高，第二尺寸L为该梯形截面的底，B/L的比值优选取值范围为0.45-0.55；横向钢筋的外边缘至混凝土表面的距离即为保护层厚度，在保护层厚度相等的条件下，使用圆截面横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度为：截面高度-保护层厚度-圆截面横向钢筋直径-受拉区纵筋重心至横向钢筋内边缘距离；使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度为：截面高度-保护层厚度-扁异形横向钢筋短轴尺寸-受拉区纵筋重心至横向钢筋内边缘距离；由第一尺寸与第二尺寸的比值范围可以看出扁异形横向钢筋的短轴尺寸约为长轴尺寸的50%，长轴尺寸约等于圆截面横向钢筋的直径，故使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度将增加，根据《混凝土结构设计规范》的规定可知，相应的构件的承载能力将获得提升。
实施例3
如图3所示，本实施例提供了一种横向钢筋，用于构成钢筋混凝土构件， 横向钢筋包括：
本体，具有类似跑道形截面；
其中，本体在该截面相互垂直的第一方向和第二方向上的相异的最大尺寸分别定义为第一尺寸和第二尺寸，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.035至0.9。
当第一尺寸与第二尺寸的大小接近时，第二尺寸为10.6mm，当截面形状接近条状时，第一尺寸为2mm，第二尺寸为56.5mm，因此称该横向钢筋为扁异形横向钢筋。
具体的，第一尺寸在2-10.6mm的范围内，第二尺寸小于56.5mm时，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.1至0.9或0.3至0.7或0.4至0.6。
优选的，第一尺寸与第二尺寸的比值取值范围为0.45至0.55，第一尺寸B的值在2.4至8之间。
具体而言，异形截面包含两个圆弧边和两个直线边，两个圆弧边相对设置，两个直线边相对且平行设置，直线边设置于圆弧边之间使整个截面呈跑道形状，且圆弧边对应的圆心角角度范围为30°至330°，B/L的比值优选取值范围为0.45-0.55，圆弧边的曲率半径r与第一尺寸B的比值取值范围为0.5至1.93；当圆弧边对应的圆心角角度大于等于180°小于330°时，第一尺寸B为该圆弧边的直径，圆弧边曲率半径r与第一尺寸B比值为0.50；当圆弧边对应的圆心角角度为30°或330°时，圆弧边曲率半径r与第一尺寸B比值为1.93。
具体而言，圆弧边的曲率半径r与第一尺寸B的比值取值范围为0.5至1，当圆弧边对应的圆心角角度大于等于180°小于330°时，第一尺寸B为该圆弧边的直径，该比值为0.50；当圆弧边对应的圆心角角度为60°时，该比值为1。
具体而言，圆弧边的曲率半径r与第一尺寸B的比值取值范围为0.5至0.6，当圆弧边对应的圆心角角度大于等于180°小于330°时，第一尺寸B为该圆弧边的直径，该比值为0.50；当比值为0.6时，圆弧边对应的圆心角角度小于180°。
优选的，圆弧边的曲率半径r与第一尺寸B的比值为0.5，且r的范围在1.2mm至4mm之间，B的范围在2.4mm至8mm之间。
具体的，圆弧边的曲率半径r与第二尺寸L的比值取值范围为0.018至1.76，当r取1mm、L取56.5mm时，该比值为0.018；当圆弧边对应的圆心角角度为30°，且第二尺寸L略大于第一尺寸B的最小值2mm时，该比值为1.76，即第二尺寸L取2.2mm，r取3.86mm。
具体的，圆弧边的曲率半径r与第二尺寸L的比值取值范围为0.1至1或0.15至0.5；而作为优选的，圆弧边的曲率半径r与第二尺寸L的比值取值范围为0.2至0.3，且r的范围在1.2 mm至4mm之间。
表1提供了常用规格的圆截面横向钢筋截面尺寸，表2提供了660MPa、760MPa和860MPa级扁异形横向钢筋的截面尺寸；由表2可知，r为B的一半，且L的长度约为B的两倍，因此称其为扁异形横向钢筋。
参见表3-表7，HRB400级横向钢筋抗拉强度设计值为360Mpa，430级扁异形横向钢筋抗拉强度设计值为430/1.1=391MPa；460级扁异形横向钢筋为：460/1.1=418MPa；560级扁异形横向钢筋为：560/1.15=487MPa ；660级扁异形横向钢筋为：660/1.15=574MPa；760级扁异形横向钢筋为：760/1.15=661MPa；860级扁异形横向钢筋为：860/1.15=748MPa；960级扁异形横向钢筋为：960/1.15=835MPa，其中，1.1和1.15均为材料分项系数，在430和460级时取1.1，560至960级时取1.15。直径规格为6mm圆截面横向钢筋截面面积为28.27mm2，拉力=360*28.27=10177.2，对应660MPa级扁异形横向钢筋：拉力=574*17.96=10309.04，对应760MPa级扁异形横向钢筋：拉力=661*15.77=10423.97，对应860MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=748*13.71=10255.08；同样的，直径规格为8mm的圆截面横向钢筋截面面积为50.27mm2，拉力=360*50.27=18097.2，对应660MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=574*31.07=17834.18，对应760MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=661*28.16=18613.76，对应860MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=748*25.02=18714.96；同样的，直径规格为10mm的圆截面横向钢筋截面面积为78.54mm2，拉力=360*78.54=28274.4，对应660MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=574*48.27=27706.98，对应760MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=661*43.63=28839.43，对应860MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=748*37.31=27907.88；同样的，直径规格为12mm的圆截面横向钢筋截面面积为113.10mm2，拉力=360*113.10=40716，对应660MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=574*71.83=41230.42，对应760MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=661*63.06=41682.66，对应860MPa级的扁异形横向钢筋：拉力=748*54.86=41035.28；以上拉力的单位均为“牛顿（N）”；由上述数据可以看出，四种常用直径规格HRB400级的圆截面横向钢筋与扁异形横向钢筋在660MPa、760MPa和860MPa下的拉力几乎相等；在拉力相等的情况下，由圆截面横向钢筋和扁异形横向钢筋的截面面积对比可以得知，使用660MPa、760MPa和860MPa级的扁异形横向钢筋替换HRB400级圆截面横向钢筋时的钢材节约率分别约为37%、44%和51%。
横向钢筋的外边缘至混凝土表面的距离即为保护层厚度，在保护层厚度相等的条件下，使用圆截面横向钢筋的钢筋混凝土结构构件的纵筋保护层厚度为：保护层厚度+圆截面横向钢筋直径；使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件的纵筋保护层厚度为：保护层厚度+扁异形横向钢筋短轴尺寸；从表1和表2可以看出，在等强替换的情况下，扁异形横向钢筋的短轴尺寸仅约为圆截面横向钢筋直径的50%；故使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件的纵筋保护层厚度将大大减小，根据《混凝土结构设计规范》的规定可知，相应构件的计算裂缝将减小，在保证节约钢材的基础上，同时保障结构构件耐久性。
在保护层厚度相等的条件下，使用圆截面横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度为：截面高度-保护层厚度-圆截面横向钢筋直径-受拉区纵筋重心至横向钢筋内边缘距离；使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度为：截面高度-保护层厚度-扁异形横向钢筋短轴尺寸-受拉区纵筋重心至横向钢筋内边缘距离；从表1和表2可以看出，在等强替换的情况下，扁异形横向钢筋短轴尺寸仅约为圆截面横向钢筋直径的50%，故使用扁异形横向钢筋的钢筋混凝土结构构件截面的有效高度将增加，根据《混凝土结构设计规范》的规定可知，相应构件的承载能力将获得提升。
表1 常用规格横向钢筋尺寸表
表2扁异形横向钢筋尺寸表
表3
表4
表5
表6
表7
| 强度等级 | 抗拉强度设计值/MPa | 尺寸 | 截面面积/mm<sup>2</sup> | 拉力/N |
| HRB400 | 360 | φ12 | 113.1 | 40716 |
| 660级 | 574 | 12.6x6.4x3.2 | 71.83 | 41230.42 |
| 760级 | 661 | 11.8x6.0x3 | 63.06 | 41682.66 |
| 860级 | 748 | 10.9x5.6x2.8 | 54.86 | 41035.28 |
在实施例3中，提供一种扁异形横向钢筋在钢筋混凝土梁和柱中的实施方法，参见图4-图7，依据图4在扁异形横向钢筋末端设置弯钩，在抗震情况下，弯钩弯曲方向与截面长轴方向形成夹角α，弯钩末端长度h不应小于20倍的横向钢筋短轴尺寸和75mm的较大值；在非抗震情况下，横向钢筋末端采用90°弯钩，弯钩末端长度h不应小于10倍的短轴尺寸；在受扭情况下，横向钢筋末端采用135°弯钩，弯钩末端长度h不应小于20倍的短轴尺寸；按照图5将扁异形横向钢筋加工成封闭矩形箍的形式，并与纵筋3进行绑扎；扁异形横向钢筋沿梁纵筋5和柱纵筋4的轴线分布如图7和图6所示，参照图6和图7中的局部放大图，扁异形横向钢筋与结构构件的纵筋贴合绑扎时，其长轴始终保持与纵筋轴向平行，或者说其截面短轴始终保持与纵筋轴向垂直。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种横向钢筋，用于构成钢筋混凝土构件，其特征在于：
所述横向钢筋包括：
本体，具有异形截面；
其中，所述本体的异形截面在相互垂直的第一方向和第二方向上的相异的最大尺寸分别定义为第一尺寸和第二尺寸，所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.035至0.9。
2.根据权利要求1所述的横向钢筋，其特征在于：
所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.1至0.9。
3.根据权利要求1所述的横向钢筋，其特征在于：
所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.3至0.7。
4.根据权利要求1所述的横向钢筋，其特征在于：
所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.4至0.6。
5.根据权利要求1所述的横向钢筋，其特征在于：
所述异形截面至少包含一个圆弧边，所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值取值范围为0.5至1.93。
6.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：
所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值取值范围为0.5至1。
7.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：
所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值取值范围为0.5至0.6。
8.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：
所述圆弧边的曲率半径与所述第一尺寸的比值为0.5。
9.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.018至1.76。
10.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.1至1。
11.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.15至0.5。
12.根据权利要求5所述的横向钢筋，其特征在于：所述圆弧边的曲率半径与所述第二尺寸的比值取值范围为0.2至0.3。
13.根据权利要求1所述的横向钢筋，其特征在于：
所述第一尺寸与所述第二尺寸的比值取值范围为0.45至0.55。
14.根据权利要求1至13任意一项所述的横向钢筋，其特征在于：将所述第二方向所在的边定义为长轴，所述横向钢筋与钢筋混凝土构件的纵筋贴合绑扎时，其截面长轴始终保持与纵筋轴向平行。
15.根据权利要求1至13任意一项所述的横向钢筋，其特征在于：将所述第一方向所在的边定义为短轴，所述横向钢筋与钢筋混凝土构件的纵筋贴合绑扎时，其截面短轴始终保持与纵筋轴向垂直。
16.一种钢筋混凝土构件，包含：纵筋和如权利要求1至13任意一项所述的横向钢筋。
17.一种钢筋混凝土构件，包含：纵筋和如权利要求14所述的横向钢筋。
18.一种钢筋混凝土构件，包含：纵筋和如权利要求15所述的横向钢筋。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yao Shengfa Inventor after: Tian Qiaoluo Inventor before: Yao Shengfa |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |