铁路工程混凝土结构高强钢筋设计规定

铁路混凝土结构高强钢筋设计规定
第一章 总 则
第一条 为贯彻落实国家产业政策，统一HRB400、HRB500高强钢筋应用技术要求，充分发挥其技术经济性制定本规定。

第二条 本规定适用于铁路工程混凝土结构设计。

第三条 铁路工程混凝土结构设计，除按本规定执行外，尚应符合国家及铁路行业相关标准的规定。

第二章 材料要求和基本设计参数
第四条 铁路工程采用的HRB400、HRB500钢筋不得经过高压穿水处理，其碳当量C eq （熔炼分析）分别不大于0.5%、0.52%。

第五条 钢筋抗拉强度标准值、抗拉和抗压强度设计参数应按表1采用。

表 1 钢筋强度设计参数（MPa ）
注：括号内数值适用于桥涵专业。

第六条 钢筋容许应力应按表2采用。

表 2 钢筋容许应力（MPa ）
第七条 混凝土结构的最小配筋率应符合下列规定：
1. 按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 1000
2.3、《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》Q/CR 9300设计的混凝土受弯构件的截面最小配筋率（仅计受拉区钢筋）不应低于表3所列数值，受压构件的截面最小配筋率不应低于表4所列数值。

表 3 受弯构件的截面最小配筋百分率（%）
注：1 受压构件全部纵向钢筋和一侧纵向钢筋的配筋率应按构件的全截面面积计算。

2 当钢筋沿构件截面周边布置时，“一侧纵向钢筋”系指沿受力方向两个对边中一边布置的纵向钢筋。

2.按《混凝土结构设计规范》
GB50010设计的混凝土构件，其截面最小配筋率应满足《混凝土结构设计规范》GB50010的要求。

第八条 钢筋弹性模量E s 应按表5采用。

表 5 钢筋弹性模量（MPa ）
第三章疲劳强度
第九条 HRB400、HRB500钢筋母材及其连接接头的基本应力幅按表 6采用。

表 6 钢筋母材及连接接头基本应力幅（MPa ）
第十条 HRB400、HRB500钢筋母材及其连接接头疲劳强度设计值（应力幅）
应按下式计算。

（1）式中：
—应力比影响系数，母材、闪光对焊按表7采用，滚轧直螺纹连接、电弧焊取1.0；
—钢筋直径影响系数，按表8采用；
—钢筋强度等级系数，按表9采用；
—疲劳损伤系数，按表10采用。

表7 γ1应力比影响系数
表9 γ3钢筋强度等级系数
表10 γ4疲劳损伤系数
第四章 计算裂缝宽度
第十一条 按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3、《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》Q/CR 9300设计的钢筋混凝土矩形、T 形及工字形截面受弯及偏心受压构件的计算裂缝宽度可按下列公式计算：
1280.4(80s f s d
K K r
E σω=+ （2）
M
M M M K 2
125.01++=α
（3）
()cl
sl
z A A n n n 332211βββμ++=
（4）
ab A cl 2=
（5）
式中：
f ω—计算裂缝宽度(mm)；
1K —钢筋表面形状影响系数，光钢筋1K 取1.0，带肋钢筋1K 取0.72； 2K —荷载特征影响系数；
α—系数，光钢筋取0.5，带肋钢筋取0.3；
1M —活载作用下的弯矩(MN ·m)；
2M —恒载作用下的弯矩(MN ·m)；
M —全部计算荷载作用下的弯矩，当主力作用时为恒载弯矩与活载弯矩之
和，主力加附加力作用时为恒载弯矩、活载弯矩及附加力弯矩之和(MN ·m)；
γ—中性轴至受拉边缘的距离与中性轴至受拉钢筋重心的距离之比，对梁和
板，γ分别取1.1和1.2；
s σ—受拉钢筋重心处的钢筋应力(MPa)；
s E —钢筋的弹性模量(MPa)；
d —受拉钢筋直径(mm)；
z μ—受拉钢筋的有效配筋率；
1n ,2n ,3n —单根、两根一束、三根一束的受拉钢筋根数；
1β,2β,3β —考虑成束钢筋的系数，单根钢筋1β取1.0，两根一束取0.85，三根一束3β取0.70；
1s A —单根钢筋的截面积(m 2)；
1c A —与受拉钢筋相互作用的受拉混凝土面积，取与受拉钢筋重心相重的混
凝土面积(m ２) ，即图1中的阴影面积，图中a 为钢筋重心至受拉边缘的距离。

图1 1c A 计算示意图
第十二条 按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3或《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》Q/CR 9300设计的钢筋混凝土圆形或环形截面偏心受压构件的计算裂缝宽度，可按下列公式计算：
12340.2(100)
s f s z
d
K K K r E σωμ=+ （6）
x
r R x
R r s -+-=
2≤1.2
（7）
z
sl
z A A n n n )(332211βββμ++=
（8） )(4s s z
r R r A -=π
（9）
式中：
1K ，2K —同第11条；
3K —截面形状系数，圆形截面取1.0，环形截面取1.1；
r —中性轴至受拉边缘的距离与中性轴至最大拉应力钢筋中心的距离之比，按图2计算，当r 大于1.2时取1.2；
s σ—钢筋的最大拉应力(MPa)；
d —纵向钢筋直径(mm)，当钢筋直径不同时，按大直径取用；
z μ—纵向钢筋的有效配筋率，当z μ小于0.005时取0.005；计算时，1n ～3
n 应计入全部纵向钢筋；
z A —与纵向钢筋相互作用的混凝土面积(m 2)，即图3中的阴影面积。

图2 r计算示意图图3 z A计算示意图第十三条按《混凝土结构设计规范》GB 50010设计的混凝土结构，其裂缝宽度应满足《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。

第五章构造规定
第十四条受拉区域的钢筋可以单根或两至三根成束布置，钢筋的净距不得小于钢筋的直径(对带肋钢筋为计算直径)，并不得小于30 mm。

当钢筋(包括成束钢筋)层数等于或多于三层时，其净距横向不得小于1.5倍的钢筋直径并不得小于45 mm，竖向仍不得小于钢筋直径并不得小于30 mm。

第十五条钢筋弯钩应符合下列规定：
1. 光圆钢筋端部半圆形弯钩的内径不应小于
2.5d（d为钢筋直径）。

2. 钢筋直径不大于25mm时，HRB400钢筋直钩的内径不应小于4d，HRB500不应小于6d，并在钩的端部留一直段；HRB400直段长度不应小于10d，HRB500不应小于12d。

3.钢筋直径大于25mm时，HRB400钢筋直钩的内径不应小于5d，HRB500不应小于7d，并在钩的端部留一直段；HRB400直段长度不应小于10d，HRB500不应小于12d。

4. 钢筋直径不大于25mm时，HRB400钢筋135B弯钩的内径不应小于4d，HRB500不应小于6d，并在钩的端部留一直段；HRB400直段长度不应小于5d，HRB500不应小于6d。

5. 钢筋直径大于25mm时，HRB400钢筋135°弯钩的内径不应小于5d，HRB500不应小于7d，并在钩的端部留一直段；HRB400直段长度不应小于5d，HRB500不应小于6d。

如图4所示。

图4 钢筋标准弯钩图
第十六条钢筋的锚固及最小弯曲半径应符合下列规定：
1. 钢筋最小锚固长度应符合表11的规定。

2. 梁端部钢筋伸过支点的长度不应小于10d（d为钢筋直径），并设置标准弯钩。

3. HPB300钢筋的最小弯曲半径应为10d，HRB400钢筋的最小弯曲半径应为14d，HRB500钢筋的最小弯曲半径应为18d。

表11 钢筋最小锚固长度(mm)
钢筋种类HPB300 HRB400 HRB500
混凝土等级C25 C30 ≥C40 C25 C30 ≥C40 C25 C30 ≥C40 受压钢筋（直端）30d 25d 20d 35d 30d 25d 40d 35d 30d
受拉钢筋
直端- - - 45d 40d 35d 50d 45d 40d 弯钩端25d 20d 20d 30d 25d 20d 35d 30d 25d
注： 1 当带肋钢筋直径大于25 mm时，其锚固长度应增加10%；
2 受弯及大偏心受压构件中的受拉钢筋截断时宜避开受拉区。

3 采用环氧树脂涂层钢筋时，受拉钢筋最小锚固长度应增加25%。

4 当混凝土在凝固过程中易受扰动时，锚固长度应增加10%。

第十七条钢筋直螺纹连接接头的螺距，当钢筋直径为16mm～20mm时，应取2.0mm；钢筋直径为22mm～25mm时，应取2.5mm；钢筋直径为28mm～32mm时，应取3.0mm。

第六章附则
第十八条其他标准与本规定不一致的，按本规定执行。

第十九条本规定由中国铁路总公司建设管理部负责解释。

条文说明
第一～二条为满足铁路建设需要，充分发挥HRB400、HRB500高强钢筋的技术经济性，在《铁路工程应用高强钢筋试验》试验成果的基础上，编制了本规定。

内容包括高强钢筋的材料要求、基本设计参数、疲劳强度、裂缝宽度计算公式、构造规定等，适用于采用容许应力法或极限状态法设计的铁路工程桥涵、隧道、路基、轨道等混凝土结构。

第四条规定高强钢筋的材料基本要求，并强调不得采用高压穿水工艺处理钢筋，确保钢筋质量。

《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》(GB1499.2)中有关高强钢筋碳当量（熔炼分析Cast analysis）的要求没有区分强度级别，总体要求偏低，不利于保证钢筋的焊接性能。

目前，国内绝大部分钢筋生产厂均能达到本条规定的碳当量。

《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3对HRB400钢筋亦规定了相同的碳当量要求。

第五条钢筋抗拉强度标准值与现行国家标准《钢筋混凝土用钢》GB1499的规定一致。

采用极限状态法设计时，桥涵专业钢筋抗拉强度设计值的材料分项系数取1.25，其它专业采用与《混凝土结构设计规范》GB50010-2010相同的分项系数，即对HPB300、HRB400钢筋取1.10，对HRB500钢筋取1.15。

第六条补充了HRB500钢筋的容许应力，其容许应力的安全系数与HRB400取相同值。

第七条最小配筋率作为钢筋混凝土结构的一种基本设计要求，是为了保证在裂缝形成时钢筋中的应力仍在弹性范围内。

参照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3和《钢筋混凝土结构设计原理》（F.莱昂哈特 E.门希著）7.5节确定受弯时的最小配筋率，其中：HPB300和HRB400参照现行《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》的最小配筋率，HRB500参照《钢筋混凝土结构设计原理》中BStⅣ级钢筋确定；参照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的8.5.1条和《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3确定了受压钢筋的最小配筋率，相比《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）受压钢筋最小配筋率减小0.05%，对于HRB400则与原桥规最小配筋率相同。

铁路工程的隧道、路基、轨道等专业参照《混凝土结构设计规范》（GB50010）进行结构设计时，其最小配筋率应符合《混凝土结构设计规范》的
规定。

第九～十条 中国铁路总公司立项开展的《铁路工程应用高强钢筋试验》针对两种生产工艺(微合金化、细晶粒)，两个强度级别（400MPa 、500MPa ），四种直径（16mm 、20mm 、25mm 、32mm ）的高强钢筋进行了母材低温力学性能试验、母材及连接接头疲劳性能试验和混凝土构件验证性试验，根据其研究成果提出了高强钢筋疲劳设计参数和公式。

高强钢筋设计疲劳曲线采用双对数双折线模型，即lgS-lgN 两段折线模型，系指坐标系中横、竖坐标均采用对数，即x=lgN ，y=lgS 。

其中：N 为应力循环次数，S 为应力范围（应力幅）。

钢筋p-S-N 曲线：
4114
22lg lg lg 20010lg lg lg 20010
⎧=-<⨯⎪⎨=-≥⨯⎪⎩N A m S
N N A m S
N
（1）
钢筋特征疲劳强度曲线，如说明图1所示。

0lg N
lg σ
说明图1 钢筋特征疲劳强度曲线
铁路工程高强钢筋试验结果经过拟合，高强钢筋p-S-N 曲线（保证率97.7%，置信度75%）参数，见说明表1。

第十一～十三条1975年《桥规》的两个裂缝宽度计算公式是在1959年《桥规》的基础上，根据对国内一部分既有桥梁裂缝情况的调查，参考当时收集到的国内外资料制定的，与1959年《桥规》相比虽较合理，但尚缺乏自己的试验依据。

为验证1975年《桥规》的裂缝宽度计算公式，原长沙铁道学院作了6根试验梁的静载试验，并对其中4根梁进行了疲劳试验。

试验结果表明该规范用于螺纹钢筋的计算公式的计算值比试验值偏小约15%～25%，而用于光圆钢筋的计算值比试验值偏大约15%~25%。

以部分标准设计的主梁为例，将按规范公式的计算值与按国内外其他规范或文献的公式计算值对比，亦具有相似结论。

故将1975年《桥规》的公式作了修改，并将两个公式合并为一个公式。

公式的来源是在1975年《桥规》中计算公式的基础上，参照1985年桥规修订时少量试验梁的试验结果和国内外其他规范公式进行比较，并对部分标准设计图对照检算，采用拟合的方法将两个公式加以合并，得到2005年《桥规》中的公式。

在铁路桥涵设计规范修订过程中，螺纹钢筋的外形也发生了变化：上世纪50年为“竹节钢”，包括圆形和方形；上世纪60、70年代，为人字纹和螺旋形；1984年起带肋钢筋国标的螺纹为月牙肋与等高肋，1998年至今为月牙肋。

由于螺纹钢筋外形的变化对混凝土结构的裂缝宽度及其分布有显著的影响，现行规范裂缝宽度计算公式来源为“75桥规”。

《铁路工程应用高强钢筋试验》对56根高强钢筋混凝土试验梁进行了静载试验，并对其中8根梁进行了疲劳试验。

试验结果表明采用高强钢筋后的钢筋混凝土构件裂缝宽度按照2005年《桥规》计算公式计算结果与实测裂缝宽度偏大约15%～20%，结果偏差较大，没有充分发挥高强钢筋的技术经济性能。

《混凝土结构设计规范》GB50010的裂缝宽度计算公式考虑了高强钢筋的影响，裂缝宽度计算公式较2002版乘以了0.9的折减系数，体现在构件的受力特征系数上，在2002版规范中取2.1，在2010版规范中取1.9。

将按现行规范公式的计算值与按国内外其他规范及文献的公式计算值对比，亦具有相同的结论，故将2005年《桥规》的裂缝宽度公式进行了修改。

裂缝宽度实测值与修正后裂缝宽度计算公式的计算值之比平均值为0.91，变异系数0.29，具有95%的保证率，公式吻合良好。

铁路工程隧道、路基、轨道等专业一般参照《混凝土结构设计规范》GB50010进行裂缝宽度计算，其计算公式已经考虑了高强钢筋的折减系数0.9。

第十五条 HRB400钢筋弯钩内径按《钢筋混凝土用钢第2部分热轧带肋钢筋》GB 1499.2 表7执行。

当钢筋直径不大于25mm时，弯钩内径为4d，当直径大于25mm时，弯钩内径为5d。

HRB500钢筋弯钩内径按《钢筋混凝土用钢第2部分热轧带肋钢筋》GB 1499.2 表7执行。

当钢筋直径不大于25mm时，弯钩内径为6d，当直径大于25mm 时，弯钩内径为7d。

HRB400直钩的直段长度参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62，直段长度为10d。

HRB500直钩的直段长度参照《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010 第8.3.3条为12d。

HRB400 135°钩的直段长度参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62，直段长度为5d。

HRB500 135°钩的直段长度在HRB400的基础上增加为6d。

第十六条参照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）8.3节，制定了钢筋最小锚固长度。

说明表2 直端受拉钢筋的锚固长度
说明表3直钩端受拉钢筋的锚固长度
说明表4 直端受压钢筋的锚固长度
HPB300不能采用直端受拉钢筋，其余钢筋最小锚固长度按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）8.3节计算。

说明表2～4中括号内的数字为最小锚固长度的取值。

说明表5 钢筋最小锚固长度(mm)
第十七条根据《铁路混凝土工程钢筋机械连接疲劳性能试验研究报告》（南广工合201107号），从受力的均匀性、钢筋几何尺寸特点、加工难易程度及可行性而言，Φ16、Φ25、Φ32钢筋机械连接建议采用的螺距分别为2.0mm、2.5mm、3.0mm。

《铁路工程应用高强钢筋试验》中的直螺纹连接的螺距采用上述成果，并进行了疲劳试验。