中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范GB 50010-2002 15
9.3 钢筋的锚固
9.3.1 原规范锚固设计采用查表方法,按以 5d 为间隔取整的方式取值,不能较准确地反映锚固条件变化对锚固强度的影响,且难与国际惯例协调。我国钢筋强度不断提高,外形日趋多样化,结构形式的多样性也使锚固条件有了很大的变化,用表格的方式已很难确切表达。根据近年来系统试验研究及可靠度分析的结果并参考国外标准,规范给出了以简单计算确定锚固长度的方法。应用时,由计算所得基本锚固长度ιa应乘以对应于不同锚固条件的修正系数加以修正,且不小于规定的最小锚固长度。
基本锚固长度ιa取决于钢筋强度,fy及混凝土抗拉强度ft,并与钢筋外形有关,外形影响反映于外形系数α中。公式(9.3.1-1) 为计算锚固长度的通式,其中分母项反映了混凝土的粘结锚固强度的影响,用混凝土的抗拉强度表示;但混凝土强度等级高于 C40 时,仍按 C40 考虑,以控制高强混凝土中锚固长度不致过短。表 9.3.1 中不同钢筋的外形系数α是经对各类钢筋进行系统粘结锚固试验研究及可靠度分析得出的。
为反映带肋钢筋直径较大时相对肋高减小对锚固作用降低的影响,直径大于 25mm 的粗直径钢筋的锚固长度应适度加大,乘以修正系数 1.1 。
为反映环氧树脂涂层钢筋表面状态对锚固的不利影响,其锚固长度应乘以修正系数 1.25 ,这是根据试验分析结果并参考国外标准的有关规定确定的。
施工扰动对锚固的不利影响反映于施工扰动的影响系数中,与原规范数值相当,取 1.1 。
带肋钢筋常因外围混凝土的纵向劈裂而削弱锚固作用。当混凝土保护层厚度或钢筋间距较大时,握裹作用加强,锚固长度可适当减短。经试验研究及可靠度分析,并根据工程实践经验,当保护层厚度大于锚固钢筋直径的 3 倍且有箍筋约束时,适当减小锚固长度是可行的,此时锚固长度可乘以修正系数 0.8 。
配筋设计时,实际配筋面积往往因构造原因而大于计算值,故钢筋实际应力小于强度设计值。因此,当有确实把握时,受力钢筋的锚固长度可以缩短,其数值与配筋余量的大小成比例。国外规范也采取同样的方法。但其适用范围有一定限制,即不得用于抗震设计及直接承受动力荷载的构件中。
当采用骤然放松预应力钢筋的施工工艺时,其锚固长度起点应考虑端部受损的可能性,内移 0.25ιtr。
上述各项修正系数可以连乘,但出于构造要求,修正后的受拉钢筋锚固长度不能小于最低限度 ( 最小锚固长度 ) ,其数值在任何情况下不应小于按公式 (9.3.1) 计算值的 0.7 倍及 250mm。
9.3.2 机械锚固是减少锚固长度的有效方式。根据试验研究及我国施工习惯,推荐了三种机械锚固形式:加弯钩、焊锚板及贴焊锚筋。机械锚固的总锚固长度修正系数 0.7 是由试验及可靠度分析确定的,与国外规范的有关取值相当且偏于安全。为了对机械锚固区混凝土提供约束,以维持其锚固能力,增加了对锚固区配箍直径、间距及数量的构造要求。保护层厚度很大时锚固约束作用较强,故可对配箍不作要求。
9.3.3 柱及桁架上弦等构件中受压钢筋也存在锚固问题。受压钢筋的锚固长度为相应受拉锚固长度的 0.7 倍,这是根据试验研究及可靠度分析并参考国外规范确定的。
9.3.4 根据长期工程实践经验规定了承受重复荷载预制构件中钢筋的锚固措施。
9.4 钢筋的连接
9.4.1 由于钢筋通过连接接头传力的性能总不如整根钢筋,故设置钢筋连接的原则为:接头应设置在受力较小处;同一根钢筋上应少设接头。为了反映技术进步,对原规范的内容进行了补充,增加了机械连接接头。机械连接接头的类型和质量控制要求见《钢筋机械连接通用技术规程》 JGJ 107 ,焊接连接接头的种类和质量控制要求见《钢筋焊接规程》 JGJ 18 。
9.4.2 根据工程经验及接头性质,本条限定了钢筋绑扎搭接接头的应用范围:受拉构件不应采用绑扎搭接接头,大直径钢筋不宜采用绑扎搭接接头。
9.4.3 用图及文字明确给出了属于同一连接区段钢筋绑扎搭接接头的定义。这比原规范"同一截面的搭接接头"的提法更为准确。搭接钢筋接头中心间距不大于 1.3 倍搭接长度,或搭接钢筋端部距离不大于 0.3 倍搭接长度时,均属位于同一连接区段的搭接接头。搭接钢筋错开布置时,接头端面位置应保持一定间距。首尾相接式的布置会在相接处引起应力集中和局部裂缝,应予以避免。条文对梁、板、墙、柱类构件的受拉钢筋搭接接头面积百分率提出了控制条件。粗、细钢筋搭接时,按粗钢筋截面积计算接头面积百分率,按细钢筋直径计算搭接长度。
本条还规定了受拉钢筋绑扎搭接接头搭接长度的计算方法,其中反映了接头面积百分率的影响。这是根据有关的试验研究及可靠度分析,并参考国外有关规范的做法确定的。搭接长度随接头面积百分率的提高而增大,是因为搭接接头受力后,相互搭接的两根钢筋将产生相对滑移,且搭接长度越小,滑移越大。为了使接头充分受力的同时,刚度不致过差,就需要相应增大搭接长度。本规定解决了原规范对搭接接头面积百分率规定过严的缺陷,对接头面积百分率较大的情况,采用加大搭接长度的方法处理,便于设计和施工。
9.4.4 受压钢筋的搭接长度规定为受拉钢筋的 0.7 倍,解决了梁受压区及柱中受压钢筋的搭接问题。这一规定沿用了原规范的做法。
9.4.5 搭接接头区域的配箍构造措施对保证搭接传力至关重要。本条在原规范条文的基础上,增加了对搭接连接区段箍筋直径的要求。此外提出了在粗钢筋受压搭接接头端部须增加配箍的要求,以防止局部挤压裂缝,这是根据试验研究结果和工程经验提出的。
9.4.6 本条规定了机械连接的连接区段长度为 35d 。同时规定了其应用的原则:接头宜互相错开并避开受力较大部位。由于在受力最大处受拉钢筋传力的重要性,机械连接接头在该处的接头面积百分率不宜大于 50%。
9.4.7 本条给出了机械连接接头用于承受疲劳荷载构件时的应用范围及设计原则。
9.4.8 本条为机械连接接头保护层厚度及钢筋间距的要求。由于机械连接套筒直径加大,对保护层厚度及间距的要求作了适当放宽,由一般对钢筋要求的"应"改为对套筒的"宜"。
9.4.9 本条给出了焊接接头连接区段的定义。接头面积百分率的要求同原规范,工程实践证明这些规定是可行的。
9.4.10 本条提出承受疲劳荷载吊车梁等有关构件中受力钢筋焊接的要求,与原规范的有关内容相同,工程实践证明是可行的。
9.5 纵向受力钢筋的最小配筋率
9.5.1 我国建筑结构混凝土构件的最小配筋率较长时间沿用原苏联 60 年代规范的规定。其中,各类构件受拉钢筋最小配筋率的规定与其他国家相比明显偏低,远未达到受拉区混凝土开裂后受拉钢筋不致立即屈服的水平。原规范虽曾对受拉钢筋最小配筋率作了小幅度提高,但未能从根本上改变最小配筋率偏低的状况。
本次修订规范适当提高了受弯构件、偏心受拉构件和轴心受拉构件的受拉钢筋最小配筋率,并采用了配筋特征值 (ft/fy) 相关的表达形式,即最小配筋率随混凝土强度等级的提高而相应增大,随钢筋受拉强度的提高而降低;同时规定了受拉钢筋最小配筋率的取值下限。
规定受压构件最小配筋率的目的是改善其脆性特征,避免混凝土突然压溃,并使受压构件具有必要的刚度和抗偶然偏心作用的能力。本次修订规范对受压构件纵向钢筋最小配筋率只作了小幅度上调,即受压构件一侧纵筋最小配筋率保持 0.2%不变,只将受压构件全部纵向钢筋最小配筋率由 0.4%上调至 0.6%。对受压构件最小配筋率未采用特征值的表达方式,但考虑到强度等级偏高时混凝土脆性特征更为明显,故规定当混凝土强度等级为C60 及以上时,最小配筋率上调 0.1%;当纵筋使用 HRB400 级和 RRB400 级钢筋时,最小配筋率下调 0.1%。应注意的是,这种调整只针对截面全部纵向钢筋,受压构件一侧纵向钢筋的最小配筋率仍保持不小于 0.2%的要求。
9.5.2 卧置于地基上的钢筋混凝土厚板,其配筋量多由最小配筋率控制。根据实际受力情况,最小配筋率可适当降低,但规定了最低限值 0.15%。
9.5.3 本条规定了预应力构件中各类预应力受力钢筋的最小配筋率。其基本思路为"截面开裂后受拉预应力筋不致立即失效"的原则,目的是为了使试件具有起码的延性性质,避免无预兆的脆性破坏。
9.6 预应力混凝土构件的构造规定
9.6.1 当先张法预应力构件中的预应力钢丝采用单根配置有困难时,可采用并筋的配筋形式。并筋为国外混凝土结构中常见的配筋形式,一般用于配筋密集区域布筋困难的情况。并筋对锚固及预应力传递性能的影响由等效直径反映。并筋的等效直径取与其截面积相等的圆截面的直径:对双并筋为d;对三并筋为d ,其中 d 为单根钢丝的直径;取整后近似为 1.4 倍及 1.7 倍单根钢丝直径,即 1.4d 及 1.7d 。并筋的保护层厚度、钢筋间距、锚固长度、预应力传递长度、挠度和裂缝宽度验算等均按等效直径考虑。上述简化处理结果与国外标准、规范的数值相当,且计算更为简便。
根据我国的工程实践,预应力钢丝并筋不宜超过 3 根。 对热处理钢筋及钢绞线因工程经验不多,需并筋时应采取可靠的措施,如加配螺旋筋或采用缓慢放张预应力的工艺等。
9.6.2 根据先张法预应力钢筋的锚固及预应力传递性能,提出了配筋净间距的要求,其数值是根据试验研究及工程经验确定的。
9.6.3 先张法预应力传递长度范围内局部挤压造成的环向拉应力容易导致构件端部混凝土出现劈裂裂缝。因此端部应采取构造措施,以保证自锚端的局部承载力。本条单根预应力钢筋包括单根钢绞线或单根并筋束所提出的措施为长期工程经验和试验研究结果的总结。
9.6.4~9.6.6 为防止预应力构件端部及预拉区的裂缝,根据多年工程实践经验及原规范的执行情况,这几条对各种预制构件(槽板、肋形板、屋面梁、吊车梁等)提出了配置防裂钢筋的措施。
9.6.7 预应力锚具应根据《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T 14370 标准的有关规定选用,并满足相应的质量要求。
9.6.8 为防止后张法预应力构件在施工阶段受力后发生沿孔道的裂缝和破坏,对后张法预制构件及框架梁等提出了相应构造措施。其中规定的控制数值及构造措施为我国多年工程经验的总结。
9.6.9~9.6.10 后张法预应力混凝土构件端部锚固区和构件端面中部在施工张拉后常会出现纵向水平裂缝。为了控制这些裂缝的开展,在试验研究的基础上,在条文中作出了加强配筋的具体规定。其中,要求合理布置预应力钢筋,尽量使锚具沿构件端部均匀布置,以减少横向拉力。当难于做到均匀布置时,为防止端面出现宽度过大的裂缝,根据理论分析和试验结果,提出了限制裂缝的竖向附加钢筋截面面积的计算公式以及相应的构造措施。
原规范限定附加钢筋仅用光面钢筋,本次修订允许采用强度较高的热轧带肋钢筋,对计算公式中的钢筋强度设计值及系数作了相应的调整。
9.6.11 为保证端面有局部凹进的后张法预应力混凝土构件端部锚固区的强度和裂缝控制性能,根据试验和工程经验,规定了增设折线构造钢筋的防裂措施。
9.6.12 本条指出了用有限元分析方法作为解决特殊构件端部设计的途径。
9.6.13 曲线预应力布筋的曲率半径不宜小于 4m ,是根据工程经验给出的。
9.6.14~9.6.15 对后张法预应力构件的预拉区、预压区、预应力转折处、端面预埋钢板及外露锚具等,根据局部挤压,施工工艺及耐久性的要求,提出了相应的构造措施。
10 结构构件的基本规定
10.1 板
10.1.1 本条给出的只是从构造角度要求的现浇板的最小厚度。现浇板的合理厚度应在符合承载力极限状态和正常使用极限状态要求的前提下,按经济合理的原则选定,并考虑防火、防爆等要求,但不应小于表 10.1.1 的规定。