螺旋箍筋在混凝土构件中的研究与应用

付中英 郑 周 徐小君 齐高林 王宪雄

(1.徐州中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司，江苏 徐州 221008； 2.淮安市城市建设设计研究院有限公司，江苏 淮安 223001；3.徐州中国矿业大学结构可靠性与环境灾变实验室，江苏 徐州 221008)

·结构·抗震·

螺旋箍筋在混凝土构件中的研究与应用

付中英1郑 周2徐小君3齐高林3王宪雄3

(1.徐州中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司，江苏 徐州 221008； 2.淮安市城市建设设计研究院有限公司，江苏 淮安 223001；3.徐州中国矿业大学结构可靠性与环境灾变实验室，江苏 徐州 221008)

介绍了钢筋混凝土结构中箍筋的形式及发展历程，分析了螺旋箍筋在实践工程中的应用优势，并对螺旋箍筋在柱与梁中的应用技术进行了探讨研究，指出螺旋箍筋省工省料，可提高构件的承载力与整体性，应用前景广阔。

箍筋，应用，混凝土柱，研究

混凝土结构因其可模性好、耐久性好、耐火性较好、材料利用合理、易于就地取材等诸多优点而得到广泛应用。梁、柱是最常见的混凝土承重构件，沿着钢筋混凝土梁、柱的纵轴方向，按一定间距布置封闭环形箍筋，既可以承受因外荷载作用而产生的剪力、扭矩，也可防止纵筋压屈，还可与纵向钢筋共同形成钢筋骨架。本文首先介绍箍筋形式的发展，随后阐述螺旋箍筋在梁、柱中的研究与应用现状。

1 箍筋形式的发展

1)箍筋的形式。在钢筋混凝土结构的发展过程中，最早出现的箍筋形式是普通单片箍筋(见图1)，包括矩形和圆形两种，接头处通常采用弯钩或焊接固定。单片箍筋的约束效应有限，每个箍筋末端的锚固弯钩或焊接点很容易在混凝土开裂后拉直崩开。随后出现的是传统复合箍筋(见图2)，它多由单片矩形箍筋组合而成，这种箍筋在角隅处仍然需要弯钩固定，且各箍筋之间缺乏联系，对混凝土约束效应较差，而且用钢量也较大。

在传统复合箍筋之后出现的是螺旋箍筋(见图3)，它解决了以上出现的问题，但迄今为止主要用在柱中。

2)螺旋箍筋的优势。钢筋混凝土梁、柱构件的箍筋用量是比较大的，若能改用螺旋箍筋，则可以节约大量锚固弯钩(见图4)，弯钩直线段长度在非抗震设计中不应小于5d，抗震结构中不应小于10d(d为箍筋直径)。再加上普通箍筋重叠的圆弧段。据文献[1]测算，使用螺旋箍筋可比使用普通箍筋节约8%～12%的箍筋量。螺旋箍筋可以垂直斜裂缝布置，对于抗剪、抗扭效果明显优于普通箍筋，有利于约束斜裂缝的开展。

工程实践中的箍筋多为人工绕制，往往会出现大量的尺寸偏差(见图5)，这些偏差同样会造成钢筋的浪费。而螺旋箍筋是用一根钢筋连续弯成来取代多个普通箍筋，且目前已有成熟的工艺和设备，可以保证质量，避免人工绕制所产生的尺寸偏差。

普通箍筋的安装和弯曲是一个非常耗时的工作，这些工作占去最终工程成本的很大一部分，而螺旋箍筋可以用机械完成制作，这将在减少大量的尺寸偏差的同时节约大量的人工。即使人工弯制也可以减少钢筋下料的根数和折断次数，同时可以减少箍筋成型所需的弯数。由于没有众多135°弯钩的勾连，能更快绑扎箍筋提高绑扎效率，从而节省大量人工工时。螺旋箍筋在绑扎时可自动撑起钢筋骨架，使梁、柱中的钢骨架更加稳固，不易变位，且能在运输搬运过程中保证骨架的几何尺寸[3]。若在柱中配置螺旋箍筋，不仅能够避免普通箍筋的松扣、拉直现象以及震害中“灯笼”状破坏，还能够有效的约束核心混凝土，提高承载力。

2 螺旋箍筋在柱中的研究与应用

螺旋箍筋在承重柱中的研究较成熟，应用较广。研究表明，在柱中配置螺旋箍筋，即使是外围混凝土的保护层剥落，也不会发生箍筋末端崩开的问题，螺旋箍筋柱的耗能能力和抵抗变形的能力比配置普通箍筋要大，其强度和抗震性能有大幅度提升[4]。在圆形截面柱中配螺旋箍筋，考虑其环向应力的作用，可以提高圆柱的承载能力(见图6)。同样，若在方形截面柱中配置方形螺旋箍筋，在纵向力作用下将产生垂直于箍筋的应力，螺旋箍筋对受压混凝土和纵向钢筋也有相似的法向约束力(见图7)。在工程实践中，圆形截面的钢筋混凝土轴心受压构件配置螺旋箍筋较为普遍，因此我国《混凝土结构设计规范》[2]对于配置螺旋箍筋的钢筋混凝土圆形轴心受压构件设计提出了相应的计算和构造要求。

3 螺旋箍筋在梁中的研究和应用

2001年，张雄枝[1]探讨了RC梁中螺旋箍筋的应用问题，他首次提出在钢筋混凝土梁中配置螺旋箍筋。张雄枝认为在梁中使用螺旋箍筋后，在剪力作用下，混凝土梁两侧的各肢螺旋箍筋各间距范围所相对处始终错开S/2间隔，每对螺旋箍筋在间距内由上往下存在着力矩，这将影响结构自身的内力平衡。

2011年，林锋、江世永、李柄宏[5]开始用试验研究配置BFRP(玄武岩纤维增强塑料筋)螺旋箍筋混凝土梁的抗剪性能。试验在跨中集中荷载作用下，通过改变配箍率、配筋率和剪跨比，得出BFRP螺旋箍筋混凝土梁的抗剪性能且给出了抗剪承载力相对精确的计算公式。文中指出，配置螺旋箍筋后，梁中由箍筋承担的剪力需乘以一个折减系数，即螺旋箍筋的使用使得梁整体的抗剪承载力有所降低。文中还做了两根配置螺旋钢箍的试验，但是作

者只是从宏观上阐述相关影响，没有作具体分析。

2013年，国外的Chris G. Karayannis，Constantin E.Chalioris[6]研究了矩形横截面的钢筋混凝土梁和连续矩形螺旋箍筋梁在单向荷载作用下的受力特性。他们的研究表明，在抗剪试验中矩形螺旋钢筋较垂直箍筋体现了更好的抗剪能力，矩形螺旋箍筋的使用增强了梁的抗剪能力并改善了梁的效应。同年，De Corte，Veerle Boel[7]也作了相关的研究，其研究结果表明，在标准情况下，对于大的剪跨比来说螺旋箍筋显示了与普通分离式箍筋相同的效果；对于小剪跨比的梁，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关研究，其主要结论如下：与同数量箍筋的普通梁相比，在施加扭转作用与螺旋箍筋绕制方向相同时会使螺旋箍筋梁的测试值增加14%～18%；在施加扭转作用与螺旋箍筋绕制方向相反时，螺旋箍筋梁的抗扭承载力降低了19%～23%，并且观察到有大量的混凝土剥落，虽然在这种情况下没有观察到螺旋箍筋的滑移，但可以清楚的发现螺旋箍筋的有效性在降低。

4 结语

螺旋箍筋作为箍筋的新形式，研究和应用主要体现在圆形钢筋混凝土柱，矩形螺旋箍筋的研究比较少。近年来，连续矩形螺旋箍筋已经开始在钢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，然而我国规范对矩形螺旋箍筋在钢筋混凝土柱中的使用还没有具体规定，因此，这一领域有待进一步系统的研究。目前，梁中配置螺旋箍筋是否有利还没有统一的认识。若混凝土梁中使用矩形螺旋箍筋在省工省料的同时，还能够提高混凝土梁的抗剪承载力，则梁中配置矩形螺旋箍筋将是一个很有前景的发展方向。

[1] 张雄枝.在RC梁中螺旋箍筋应用问题的探讨[J].福建建筑,2001(3):47-49.

[2] GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

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

[4] 吴 静.多重螺旋箍筋增韧轻质混凝土抗震性能研究[D].武汉：武汉理工大学,2010.

[5] 林 锋,江世永,李柄宏.混凝土梁中BFRP螺旋箍筋抗剪性能试验研究[J].施工技术,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，硕士，高级工程师； 郑 周(1988- )，男，硕士； 徐小君(1988- )，女，硕士； 齐高林(1988- )，女，硕士； 王宪雄(1987- )，男，硕士

TU756.1

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