CN118013175A - 配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程结构数据处理领域，具体涉及一种配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法。本发明的高强钢筋的锚固长度由下式获得：本发明计算简洁且数据准确度高，能最大化的发挥出高强钢筋的强度性能，最终有效解决当前高强钢筋在钢筋混凝土弯锚构件中的实际应用问题。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构数据处理领域，具体涉及一种配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法。
背景技术
建筑工程是城市发展的重要体现，也是社会和自然资源消耗的主要领域。其中钢筋混凝土结构在新建建筑工程中的应用占比超60%，而钢筋作为此类结构的主要组成，其过度消耗是导致自然资源消耗甚至环境恶化的主要因素之一。因此，研发和使用高强钢筋是减少建筑资源消耗，保证可持续性发展的重要举措之一。
尽管目前业内在屈服强度等级为600MPa以上热轧高强钢筋的生产上已形成了较为成熟的制造工艺，但鉴于现有设计规范发展限制，目前针对建筑工程中高强钢筋的应用仍相对保守。其中，弯锚作为钢筋设计与应用的主要构造形式之一，其锚固长度计算方法及构造配置是保证钢筋在建筑工程领域应用的前提。但当前相关规范均无对600MPa以上高强钢筋弯起锚固长度计算的相关规定。例如《混凝土结构设计规范》GB50010和混凝土规范AS3600均仅对600MPa级以下的高强钢筋锚固计算方法进行了规定；房屋建筑混凝土结构规范ACI318目前仅提供了屈服强度在550MPa以下高强钢筋的相关锚固应用规定；混凝土规范CEB-FIP目前也仅仅针对500MPa级以下的高强钢筋提出了锚固使用要求。上述情况极大地限制了强度在600MPa以上的高强钢筋在实际工程中的应用，造成铁矿石和建筑材料等资源的浪费。因此，是否能提出一种配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，尤其是可用于600MPa以上的高强钢筋混凝土弯锚构件的锚固长度计算方法，以提升超600MPa级高强钢筋的应用范围，并填充该类型钢筋的应用空白，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，其计算简洁且数据准确度高，能最大化的发挥出高强钢筋的强度性能，最终有效解决当前高强钢筋在混凝土弯锚构件中的实际应用问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，其特征在于，高强钢筋的锚固长度l由下式获得：
式中：
f y 为高强钢筋的屈服应力，单位为MPa；
d为高强钢筋的直径，单位为mm；
f t 为混凝土的轴心抗拉强度标准值，单位为MPa；
c为混凝土保护层厚度，单位为mm；
β为高强钢筋的弯折角度，采用弧度制；
A S 为锚固钢筋截面面积，单位为mm2；
ρ v 为箍筋的面积配箍率；
f c 为混凝土抗压强度，单位为MPa。
优选的，箍筋的面积配箍率ρ v 由下式求得：
式中：
n为横截面上的箍筋肢数；
A sv1 为单根箍筋横截面积，按圆形计算，单位为mm2；
b为单根箍筋截面宽度，单位为mm；
s为箍筋间距，单位为mm。
优选的，所述高强钢筋的屈服强度为600MPa至750MPa。
本发明的有益效果在于：
钢筋的基本锚固长度随钢筋强度而变化，高强钢筋的基本锚固长度显然大于普通钢筋，但目前国内对于高强钢筋弯锚计算仍有大片缺失，基于目前涉及屈服强度能达到700MPa的高强钢筋的构件的设计空白以及规范缺失的现状，本发明提供了一种配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法。实际设计时，根据所选混凝土型号及钢筋直径，箍筋配箍率等基本参数，计算最小基本锚固长度，目的是充分利用高强钢筋的高强特性，力求精确、合理计算材料配比，确保最大化的发挥高强钢筋的自身强度性能。实际上，基本锚固长度最高值理论上无穷大，只受生产成本的制约，锚固长度越长，成本自然会上升，因此此处优先以此为依据来计算，以保证在明确构件性能的同时，最小化成本，确保性价比，最终达到节省钢材和构件用量的效果，实现对整个加强构件的快速设计目的，相较于规范对普通钢筋弯锚的构造说明，本发明所提出的公式更为精确，能更好发挥节约钢筋，达到节能减碳的目的。
附图说明
图1为本发明的实施例1的正面结构简图；
图2为本发明的实施例1的侧面结构简图；
图3为实施例1的三组构件的荷载-滑移实验结果对比图；
10-构件本体；20-箍筋；30-高强钢筋。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-图3，对本发明的具体实施结构及计算方式做以下进一步描述：
本发明的一种配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，包括构件本体10以及配置于其中的箍筋20和高强钢筋30；从图1-图2中可看出，箍筋20沿构件本体10环向分布，各高强钢筋30则是沿构件本体10轴向延伸，并在端部弯曲。高强钢筋30在选择时，可采用的屈服强度为600MPa至750MPa的高强钢筋；当然，强度更低的也能满足其设计需求。
具体计算时，高强钢筋的锚固长度取值通过下式获得：
式中：
f y 为高强钢筋的屈服应力，单位为MPa，采用现场实测值；
d为高强钢筋的直径，单位为mm；
f t 为混凝土的轴心抗拉强度标准值，单位为MPa，采用现场实测值；
c为混凝土保护层厚度，单位为mm；
β为高强钢筋的弯折角度，采用弧度制；
A S 为锚固钢筋截面面积，单位为mm2；
ρ v 为箍筋的面积配箍率，其计算公式为：
式中：
n为横截面上的箍筋肢数；
A sv1 为单根箍筋横截面积，按圆形计算，单位为mm2；
b为单根箍筋截面宽度，单位为mm；
s为箍筋间距，单位为mm；
f c 为混凝土抗压强度，单位为MPa，采用现场实测值。
在获得上述高强钢筋的锚固长度后，以锚固长度的最小值或比大于最小值的较大值，搭配常规的配筋形式并满足规范要求的弯勾长度，即可形成满足需求的具备箍筋20和高强钢筋30的配置加强构件。
实施例1
为便于进一步理解本发明，参考ABDUL_RAHIM_RASA在《UHPC材料性能/600MPa级高强钢筋连接锚固性能试验及计算方法研究》一文中给出的弯曲锚固实验数据，对本发明进行进一步的例证如下：
该实施例1中，构件本体10选用C40混凝土材料，并在构件本体10中配置HRB635的高强钢筋，形成试件。高强钢筋30的直径为18mm。
试件的具体参数如表1所示：
表1
由表1可知，试件横截面为方形，截面尺寸为360mm×360mm；HRB635MPa高强钢筋的实测屈服强度为694MPa。混凝土抗压强度实测值为54.3MPa，轴心抗拉强度实测值为1.93MPa。
单根箍筋横截面积在直径18mm的情况下，按圆形面积计算，得254.47mm2。
由此得：
将HSRHA3-1代入本发明的锚固长度的计算公式：
计算得：l≥677mm，可见HSRHA3-1的实际锚固长度270mm不符合锚固长度需求；
将HSRHA3-2代入本发明的锚固长度的计算公式：
计算得：l≥255mm，可见HSRHA3-2的实际锚固长度270mm符合锚固长度需求；
将HSRHA3-3代入本发明的锚固长度的计算公式：
计算得：l≥135mm，可见HSRHA3-3的实际锚固长度270mm符合锚固长度需求。
为论证上述结论，后续通过实验，得到三组试件实际荷载滑移曲线如图3；
而由图3所示的荷载-滑移曲线可知：
HSRHA3-1发生锚固破坏，钢筋被拔出，HSRHA3-2与HSRHA3-3均未发生钢筋拔出破坏或劈裂破坏，钢筋达到屈服强度；后续进行了其他试件的持续论证，均表明了本发明的计算方法的准确性。
因此，本发明所述公式所得结果符合实验结果，也验证了本发明的计算方法的准确性和计算简洁性。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似方式。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术部分均为公知技术。
Claims (3)
1.配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，其特征在于，高强钢筋的锚固长度l由下式获得：
式中：
f y 为高强钢筋的屈服应力，单位为MPa；
d为高强钢筋的直径，单位为mm；
f t 为混凝土的轴心抗拉强度标准值，单位为MPa；
c为混凝土保护层厚度，单位为mm；
β为高强钢筋的弯折角度，采用弧度制；
A S 为锚固钢筋截面面积，单位为mm2；
ρ v 为箍筋的面积配箍率；
f c 为混凝土抗压强度，单位为MPa。
2.根据权利要求1所述的配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，其特征在于：箍筋的面积配箍率ρ v 由下式求得：
式中：
n为横截面上的箍筋肢数；
A sv1 为单根箍筋横截面积，按圆形计算，单位为mm2；
b为单根箍筋截面宽度，单位为mm；
s为箍筋间距，单位为mm。
3.根据权利要求1或2所述的配置高强钢筋的钢筋混凝土弯锚构件锚固长度计算方法，其特征在于：所述高强钢筋的屈服强度为600MPa至750MPa。
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