螺旋箍筋在混凝土構(gòu)件中的研究與應(yīng)用

付中英 鄭 周 徐小君 齊高林 王憲雄

(1.徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)研究院有限公司，江蘇 徐州 221008； 2.淮安市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001；3.徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)可靠性與環(huán)境災(zāi)變實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221008)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

螺旋箍筋在混凝土構(gòu)件中的研究與應(yīng)用

付中英1鄭 周2徐小君3齊高林3王憲雄3

(1.徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)研究院有限公司，江蘇 徐州 221008； 2.淮安市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001；3.徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)可靠性與環(huán)境災(zāi)變實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221008)

介紹了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中箍筋的形式及發(fā)展歷程，分析了螺旋箍筋在實(shí)踐工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并對(duì)螺旋箍筋在柱與梁中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討研究，指出螺旋箍筋省工省料，可提高構(gòu)件的承載力與整體性，應(yīng)用前景廣闊。

箍筋，應(yīng)用，混凝土柱，研究

混凝土結(jié)構(gòu)因其可模性好、耐久性好、耐火性較好、材料利用合理、易于就地取材等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。梁、柱是最常見(jiàn)的混凝土承重構(gòu)件，沿著鋼筋混凝土梁、柱的縱軸方向，按一定間距布置封閉環(huán)形箍筋，既可以承受因外荷載作用而產(chǎn)生的剪力、扭矩，也可防止縱筋壓屈，還可與縱向鋼筋共同形成鋼筋骨架。本文首先介紹箍筋形式的發(fā)展，隨后闡述螺旋箍筋在梁、柱中的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 箍筋形式的發(fā)展

1)箍筋的形式。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展過(guò)程中，最早出現(xiàn)的箍筋形式是普通單片箍筋(見(jiàn)圖1)，包括矩形和圓形兩種，接頭處通常采用彎鉤或焊接固定。單片箍筋的約束效應(yīng)有限，每個(gè)箍筋末端的錨固彎鉤或焊接點(diǎn)很容易在混凝土開(kāi)裂后拉直崩開(kāi)。隨后出現(xiàn)的是傳統(tǒng)復(fù)合箍筋(見(jiàn)圖2)，它多由單片矩形箍筋組合而成，這種箍筋在角隅處仍然需要彎鉤固定，且各箍筋之間缺乏聯(lián)系，對(duì)混凝土約束效應(yīng)較差，而且用鋼量也較大。

在傳統(tǒng)復(fù)合箍筋之后出現(xiàn)的是螺旋箍筋(見(jiàn)圖3)，它解決了以上出現(xiàn)的問(wèn)題，但迄今為止主要用在柱中。

2)螺旋箍筋的優(yōu)勢(shì)。鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件的箍筋用量是比較大的，若能改用螺旋箍筋，則可以節(jié)約大量錨固彎鉤(見(jiàn)圖4)，彎鉤直線(xiàn)段長(zhǎng)度在非抗震設(shè)計(jì)中不應(yīng)小于5d，抗震結(jié)構(gòu)中不應(yīng)小于10d(d為箍筋直徑)。再加上普通箍筋重疊的圓弧段。據(jù)文獻(xiàn)[1]測(cè)算，使用螺旋箍筋可比使用普通箍筋節(jié)約8%～12%的箍筋量。螺旋箍筋可以垂直斜裂縫布置，對(duì)于抗剪、抗扭效果明顯優(yōu)于普通箍筋，有利于約束斜裂縫的開(kāi)展。

工程實(shí)踐中的箍筋多為人工繞制，往往會(huì)出現(xiàn)大量的尺寸偏差(見(jiàn)圖5)，這些偏差同樣會(huì)造成鋼筋的浪費(fèi)。而螺旋箍筋是用一根鋼筋連續(xù)彎成來(lái)取代多個(gè)普通箍筋，且目前已有成熟的工藝和設(shè)備，可以保證質(zhì)量，避免人工繞制所產(chǎn)生的尺寸偏差。

普通箍筋的安裝和彎曲是一個(gè)非常耗時(shí)的工作，這些工作占去最終工程成本的很大一部分，而螺旋箍筋可以用機(jī)械完成制作，這將在減少大量的尺寸偏差的同時(shí)節(jié)約大量的人工。即使人工彎制也可以減少鋼筋下料的根數(shù)和折斷次數(shù)，同時(shí)可以減少箍筋成型所需的彎數(shù)。由于沒(méi)有眾多135°彎鉤的勾連，能更快綁扎箍筋提高綁扎效率，從而節(jié)省大量人工工時(shí)。螺旋箍筋在綁扎時(shí)可自動(dòng)撐起鋼筋骨架，使梁、柱中的鋼骨架更加穩(wěn)固，不易變位，且能在運(yùn)輸搬運(yùn)過(guò)程中保證骨架的幾何尺寸[3]。若在柱中配置螺旋箍筋，不僅能夠避免普通箍筋的松扣、拉直現(xiàn)象以及震害中“燈籠”狀破壞，還能夠有效的約束核心混凝土，提高承載力。

2 螺旋箍筋在柱中的研究與應(yīng)用

螺旋箍筋在承重柱中的研究較成熟，應(yīng)用較廣。研究表明，在柱中配置螺旋箍筋，即使是外圍混凝土的保護(hù)層剝落，也不會(huì)發(fā)生箍筋末端崩開(kāi)的問(wèn)題，螺旋箍筋柱的耗能能力和抵抗變形的能力比配置普通箍筋要大，其強(qiáng)度和抗震性能有大幅度提升[4]。在圓形截面柱中配螺旋箍筋，考慮其環(huán)向應(yīng)力的作用，可以提高圓柱的承載能力(見(jiàn)圖6)。同樣，若在方形截面柱中配置方形螺旋箍筋，在縱向力作用下將產(chǎn)生垂直于箍筋的應(yīng)力，螺旋箍筋對(duì)受壓混凝土和縱向鋼筋也有相似的法向約束力(見(jiàn)圖7)。在工程實(shí)踐中，圓形截面的鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件配置螺旋箍筋較為普遍，因此我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]對(duì)于配置螺旋箍筋的鋼筋混凝土圓形軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造要求。

3 螺旋箍筋在梁中的研究和應(yīng)用

2001年，張雄枝[1]探討了RC梁中螺旋箍筋的應(yīng)用問(wèn)題，他首次提出在鋼筋混凝土梁中配置螺旋箍筋。張雄枝認(rèn)為在梁中使用螺旋箍筋后，在剪力作用下，混凝土梁兩側(cè)的各肢螺旋箍筋各間距范圍所相對(duì)處始終錯(cuò)開(kāi)S/2間隔，每對(duì)螺旋箍筋在間距內(nèi)由上往下存在著力矩，這將影響結(jié)構(gòu)自身的內(nèi)力平衡。

2011年，林鋒、江世永、李柄宏[5]開(kāi)始用試驗(yàn)研究配置BFRP(玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋)螺旋箍筋混凝土梁的抗剪性能。試驗(yàn)在跨中集中荷載作用下，通過(guò)改變配箍率、配筋率和剪跨比，得出BFRP螺旋箍筋混凝土梁的抗剪性能且給出了抗剪承載力相對(duì)精確的計(jì)算公式。文中指出，配置螺旋箍筋后，梁中由箍筋承擔(dān)的剪力需乘以一個(gè)折減系數(shù)，即螺旋箍筋的使用使得梁整體的抗剪承載力有所降低。文中還做了兩根配置螺旋鋼箍的試驗(yàn)，但是作

者只是從宏觀上闡述相關(guān)影響，沒(méi)有作具體分析。

2013年，國(guó)外的Chris G. Karayannis，Constantin E.Chalioris[6]研究了矩形橫截面的鋼筋混凝土梁和連續(xù)矩形螺旋箍筋梁在單向荷載作用下的受力特性。他們的研究表明，在抗剪試驗(yàn)中矩形螺旋鋼筋較垂直箍筋體現(xiàn)了更好的抗剪能力，矩形螺旋箍筋的使用增強(qiáng)了梁的抗剪能力并改善了梁的效應(yīng)。同年，De Corte，Veerle Boel[7]也作了相關(guān)的研究，其研究結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)情況下，對(duì)于大的剪跨比來(lái)說(shuō)螺旋箍筋顯示了與普通分離式箍筋相同的效果；對(duì)于小剪跨比的梁，螺旋箍筋梁的性能不如普通箍筋梁好。

Constantin E.Chalioris，Chris G. Karayannis[8]于2013年做了螺旋箍筋抗扭方面的相關(guān)研究，其主要結(jié)論如下：與同數(shù)量箍筋的普通梁相比，在施加扭轉(zhuǎn)作用與螺旋箍筋繞制方向相同時(shí)會(huì)使螺旋箍筋梁的測(cè)試值增加14%～18%；在施加扭轉(zhuǎn)作用與螺旋箍筋繞制方向相反時(shí)，螺旋箍筋梁的抗扭承載力降低了19%～23%，并且觀察到有大量的混凝土剝落，雖然在這種情況下沒(méi)有觀察到螺旋箍筋的滑移，但可以清楚的發(fā)現(xiàn)螺旋箍筋的有效性在降低。

4 結(jié)語(yǔ)

螺旋箍筋作為箍筋的新形式，研究和應(yīng)用主要體現(xiàn)在圓形鋼筋混凝土柱，矩形螺旋箍筋的研究比較少。近年來(lái)，連續(xù)矩形螺旋箍筋已經(jīng)開(kāi)始在鋼筋混凝土矩形截面中使用，在柱中使用矩形螺旋箍筋，可以提高其受力性能，然而我國(guó)規(guī)范對(duì)矩形螺旋箍筋在鋼筋混凝土柱中的使用還沒(méi)有具體規(guī)定，因此，這一領(lǐng)域有待進(jìn)一步系統(tǒng)的研究。目前，梁中配置螺旋箍筋是否有利還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。若混凝土梁中使用矩形螺旋箍筋在省工省料的同時(shí)，還能夠提高混凝土梁的抗剪承載力，則梁中配置矩形螺旋箍筋將是一個(gè)很有前景的發(fā)展方向。

[1] 張雄枝.在RC梁中螺旋箍筋應(yīng)用問(wèn)題的探討[J].福建建筑,2001(3):47-49.

[2] GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 肖紋錢(qián).梁柱中采用螺旋箍筋的施工工藝[J].建筑施工,1994(5):19-21.

[4] 吳 靜.多重螺旋箍筋增韌輕質(zhì)混凝土抗震性能研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2010.

[5] 林 鋒,江世永,李柄宏.混凝土梁中BFRP螺旋箍筋抗剪性能試驗(yàn)研究[J].施工技術(shù),2011,40(6):84-87.

[6] Karayannis C G, Chalioris C E. Shear tests of reinforced concrete beams with continuous rectangular spiral reinforcement[J].Construction and Building Materials,2013(46):86-97.

[7] De Corte W, Boel V. Effectiveness of spirally shaped stirrups in reinforced concrete beams[J].Engineering Structures,2013(52):667-675.

[8] Chalioris C E, Karayannis C G. Experimental investigation of RC beams with rectangular spiral reinforcement in torsion[J].Engineering Structures,2013(56):286-297.

Research and application of spiral stirrup in concrete member

FU Zhong-ying1ZHENG Zhou2XU Xiao-jun3QI Gao-lin3WANG Xian-xiong3

(1.XuzhouCUMTInstituteofArchitecturalDesignResearchandConsultingCo.,Ltd,Xuzhou221008,China;2.Huai’anUrbanConstructionDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Huai’an223001,China;3.ReliabilityandEnvironmentalCatastropheLabofXuzhouCUMT,Xuzhou221008,China)

The paper introduces the forms and development of the stirrup in reinforced concrete structures, analyzes the application advantages of the spiral stirrup in factual projects, explores and researches the application technique of the spiral stirrup of columns and beams, and points out it saves materials and improves the loading capacity and wholeness of the members with broad application future.

stirrup, application, concrete column, research

1009-6825(2014)28-0025-02

2014-07-26

付中英(1964- )，女，碩士，高級(jí)工程師； 鄭 周(1988- )，男，碩士； 徐小君(1988- )，女，碩士； 齊高林(1988- )，女，碩士； 王憲雄(1987- )，男，碩士

TU756.1

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