應變硬化水泥基復合材料結構

技術規程

總則為指導應變硬化水泥基復合材料在建筑、橋梁、公路、隧道等工程建設及其加固修補工程設計和施工中的應用，促進技術進步、保障工程質量，按照安全、適用、經濟、美觀、耐久、環保的原則，制定本規程。條文說明近20多年來，以超高韌性纖維增強水泥基復合材料（EngineeredCementitiousComposites，簡稱ECC）為主要代表的應變硬化水泥基復合材料得到了較為廣泛的研究和應用。相比于普通混凝土，應變硬化水泥基復合材料具有極高的受拉延性和極小的裂縫寬度，在受拉開裂之后具有明顯的應變硬化過程，最終極限拉應變可達到3%以上；并且在此過程中也產生了良好的裂縫控制能力，在極限拉應變處裂縫平均寬度不超過150μm。上述特性能夠顯著提升傳統混凝土結構的延性和韌性，改善結構的抗裂、抗震和耐久性能。目前國內尚沒有針對應變硬化水泥基復合材料和結構設計與施工方面系統的規范/規程，不能滿足當前應變硬化水泥基復合材料結構快速發展的需要。本規程編寫時吸取了應變硬化水泥基復合材料和結構設計和施工中的最新研究成果和實際工程經驗，參考和借鑒了國外先進的標準規范，并廣泛征求了設計、施工、建設、管理等部門的意見，旨在為應變硬化水泥基復合材料在建筑、橋梁、公路、隧道等工程建設及其加固修補工程的設計和施工中的應用提供指導性和參考性的技術規定。本規程適用于采用應變硬化水泥基復合材料的新建建筑結構、橋梁隧道結構和公路工程，以及既有結構加固修補工程的設計、施工與驗收。條文說明應變硬化水泥基復合材料在新建和既有結構中均有較為廣泛的應用實例和推廣前景，本規范主要總結了目前研究和應用比較成熟的場景，給出了相應的技術規定，具體包括：建筑結構構件設計與施工（包括梁、板、柱、梁柱節點和剪力墻中的連梁）、既有建筑結構加固與裂縫修補（包括梁、板、柱、梁柱節點和砌體）、鋼-混凝土組合梁負彎矩區、伸縮縫填料、新建及加固橋面鋪裝、路面修補、隧道襯砌噴射修補等。除此之外，實際上ECC還有更為廣闊的應用場景和發展空間。本規程在配筋ECC構件正截面和斜截面承載力計算、ECC材料力學性能等基本理論以及ECC制備與施工等方面的規定，對于其他類型ECC結構的設計和施工也具有一定的參考價值。應變硬化水泥基復合材料結構設計、施工與驗收除應符合本規程外，尚應符合國家現行有關標準的規定。條文說明限于篇幅，本規程僅就應變硬化水泥基復合材料結構設計、施工與驗收中，能夠充分體現應變硬化水泥基復合材料特點及其與普通混凝土材料區別的關鍵技術，給出相關規定。實際上，作為一種水泥基材料，其在材料和結構層面，還必須遵守相關的國家現行有關標準，本規程不再贅述。術語、符號術語2.1.1應變硬化水泥基復合材料strain-hardeningcementitiouscomposites具有受拉應變硬化特征的水泥基復合材料。2.1.2超高韌性纖維增強水泥基復合材料engineeredcementitiouscomposites一種基于細觀力學設計的纖維增強水泥基復合材料，是一種典型的應變硬化水泥基復合材料，具有高抗拉延性、應變硬化和多點開裂特征。本規程所指應變硬化水泥基復合材料均為超高韌性纖維增強水泥基復合材料，簡稱ECC。2.1.3抗拉開裂強度tensilecrackingstrength軸拉應力-應變曲線上初始線性段末端對應的應力值。2.1.4抗拉開裂應變tensilecrackingstrain軸拉應力-應變曲線上初始線性段末端對應的應力值。2.1.5應變硬化strain-hardening當拉應力超過抗拉開裂強度后，拉應力隨應變增大仍不斷增大的現象。2.1.6抗拉強度tensilestrength軸拉應力-應變曲線上的應力峰值。2.1.7極限拉應變ultimatetensilestrain軸拉應力-應變曲線上應力峰值所對應的拉應變。2.1.8預混料premix由水泥、礦物摻和料和/或骨料按級配要求而配制的干粉料。條文說明超高韌性纖維增強水泥基復合材料，英文名稱為EngineeredCementitiousComposites（簡稱ECC），指基于細觀力學理論，通過對基體、纖維及兩者界面的精細化設計，得到的具有單軸拉伸條件下應變硬化特征的一種水泥基復合材料。ECC的應變硬化性能是通過多縫開裂實現的，其極限拉應變可達5%以上，且極限拉應變對應的最大裂縫寬度不大于0.15mm，在具有較高的抗拉延性同時還能夠保持較小的裂縫寬度。因而ECC的抗凍、抗水滲透、抗氯離子滲透、早期抗裂、抗碳化、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標也均明顯優于普通混凝土。實際上，除了ECC之外，超高性能混凝土（UHPC）等其他水泥基復合材料也可以實現應變硬化，但其極限拉應變通常小于1%，且裂縫寬度更大。因此本規程中的應變硬化水泥基復合材料專指超高韌性纖維增強水泥基復合材料（ECC），相關規定不適用于其他類型的應變硬化水泥基復合材料。關于抗拉開裂強度、抗拉開裂應變、應變硬化、抗拉強度、極限拉應變的術語定義，均基于以下材料單軸拉伸應力-應變曲線。一般來說，水泥基材料單軸拉伸存在應變硬化和應變軟化兩種現象。對于普通混凝土材料，當拉應力超過抗拉開裂強度后，拉應力隨應變增大迅速下降，呈現應變軟化的現象。對于ECC，由于對基體、纖維及兩者界面的精細化設計，當拉應力超過抗拉開裂強度后，拉應力隨應變增大仍可不斷增大，呈現多點開裂和應變硬化的現象，同時也帶來了較高的抗拉延性。圖1水泥基材料典型單軸拉伸應力-應變曲線符號材料性能Es—鋼筋的彈性模量；Ec—ECC的彈性模量；Ec0—混凝土的彈性模量；Gc—ECC的剪切變形模量；c—ECC的比熱容；fc—ECC軸心抗壓強度設計值；fc0—混凝土軸心受壓抗壓強度設計值；fck—ECC軸心抗壓強度的標準值；fcu.k—ECC立方體抗壓強度標準值；ft—ECC軸心抗拉強度設計值；ftk—ECC軸心抗拉強度標準值;ftc—ECC軸心抗拉開裂強度設計值；ftc,k—ECC軸心抗拉開裂強度標準值;ftk0—混凝土軸心抗拉強度標準值；fy—普通鋼筋抗拉強度設計值；f’y—普通鋼筋抗壓強度設計值；c—ECC的線膨脹系數；tc—ECC抗拉開裂應變；tu—ECC極限拉應變；—ECC的導熱系數；作用與作用效應M—彎矩設計值；N—軸向力設計值；Ves—采用ECC加固后提高的受剪承載力；cu—非均勻受壓時ECC的極限壓應變；s—鋼筋的拉應力，屈服前σs=Esεs，屈服后σs=fy，εs為鋼筋的拉應變；幾何參數A—構件的截面面積；As—受拉區縱向普通鋼筋的截面面積；A’s—受壓區縱向普通鋼筋的截面面積；Asvj—核心區有效驗算寬度范圍內同一截面驗算方向箍筋各肢的全部截面面積；At—試件變形測量區的初始橫截面積；Ltg—微變形測量儀的測量標距；a’s—受壓區縱向普通鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離；b—截面的寬度；h—截面的高度；h0—截面有效高度；s—沿構件長度方向的箍筋間距；計算系數及其他xb—界限受壓區高度；—應力等效系數；—等效受壓區高度系數；RE—承載力抗震調整系數；—縱向受拉鋼筋配筋率，對鋼筋水泥基材料受彎構件，取為As/bh0；te—縱筋有效配筋率；b—相對界限受壓區高度。基本規定一般規定ECC應具有拉應力超過抗拉開裂強度后拉應力仍隨應變增加不斷增大的力學特征。ECC結構包括配筋和不配筋兩種形式，用于結構受力時宜采用配筋ECC。ECC結構應采用以概率理論為基礎的極限狀態設計法，用分項系數設計表達式進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態計算。ECC結構應進行下列兩類極限狀態設計：承載能力極限狀態：對應于結構及其構件達到最大承載能力或出現不適于繼續承載的變形或變位的狀態，包括構件和連接的強度破壞、疲勞破壞，結構、構件喪失穩定及結構傾覆、滑移。正常使用極限狀態：對應于結構及其構件達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態，包括影響結構、構件正常使用的變形、開裂及影響結構耐久性的局部損壞。ECC在建筑結構中的具體應用場景可包括建筑結構構件設計與施工（包括梁、板、柱、梁柱節點和剪力墻中的連梁）、既有建筑結構加固與裂縫修補（包括梁、板、柱、梁柱節點和砌體）。條文說明ECC在抗拉、抗壓延性，裂縫寬度控制，耐久性等方面的優點，使其在建筑結構構件中具有良好的應用前景，例如應用于梁、板、柱、節點和剪力墻連梁等基本構件時，在提升其抗震、抗裂能力，簡化配筋構造等方面具有明顯的優勢，同時也非常適合進行加固和裂縫修補。ECC在橋梁隧道結構和公路工程中的具體應用場景可包括鋼-混凝土組合梁負彎矩區、橋梁及路面伸縮縫填料、新建及加固橋面鋪裝、路面修補、隧道襯砌噴射修補等。條文說明ECC在抗拉、抗壓延性，裂縫寬度控制，耐久性等方面的優點，使其在橋梁隧道結構和公路工程中也具有良好的應用前景，例如應用于鋼-混凝土組合梁負彎矩區、橋梁及路面伸縮縫填料、橋面鋪裝等時，在提升其抗裂能力和耐久性，簡化配筋構造等方面具有明顯的優勢，同時也非常適合進行橋面鋪裝、路面和隧道襯砌等基礎設施的結構加固和裂縫修補。ECC結構的設計與施工應遵循以下原則：材料結構一體化設計。應在充分發揮材料性能優勢的基礎上，根據結構具體性能需求，確定合理的材料性能指標和應用區域，特別是確定合理的ECC抗拉強度和極限拉應變。ECC與普通混凝土、鋼材之間的界面需保證可靠有效的傳力。ECC的制備與澆筑過程應采取措施保證纖維分散的均勻性。條文說明本條結合ECC材料特點，規定了ECC結構設計與施工應遵循的基本原則。第1款是新材料結構設計中應該重點考慮的原則。ECC材料作為一種可設計的材料，其抗拉強度、極限拉應變等關鍵力學指標都是可以依據細觀力學原理，通過原材料選取、配合比調整等方法實現定制化設計的。而結構中不同的構件類型、荷載和環境條件，都會對材料產生不同的性能需求。因此應當具體問題具體分析，對不同的工程提出不同的材料性能指標要求，以做到物盡其用。同時考慮到ECC材料相比于普通混凝土更高的成本，應當在其具體的結構應用區域范圍上做出盡量優化的選擇，以實現“好鋼用在刀刃上”，從而降低綜合成本。第2款是為保證ECC材料能夠充分發揮作用。由于實際工程應用中，往往是局部應用ECC，因而存在ECC與普通混凝土，ECC與鋼材等的界面，設計和施工中必須考慮到界面這一可能的薄弱環節，對其進行必要的構造加強和受力驗算。第3款是考慮到ECC作為一種纖維增強材料，其優越力學性能的關鍵在于纖維橋接作用的有效發揮。纖維分布的均勻程度、纖維方向的隨機性等都對其力學性能有不可忽略的影響，因此在制備與澆筑過程中應特別關注并采取必要的措施保證纖維分散的均勻性。材料原材料配制ECC的水泥應符合現行相應標準的性能指標要求。條文說明 配制ECC所用的水泥品種不做特殊規定，一般適用于結構混凝土的水泥均可用于配制ECC，其性能指標應符合現行相應標準的要求。配制ECC的礦物摻合料應符合現行相應標準的性能指標要求。條文說明配制ECC宜摻加礦物摻合料，其性能指標應符合現行相應標準的要求。國內外研究結果表明，礦物摻合料在優化纖維-基材界面、調整漿體流變性、降低水泥水化熱等方面的作用明顯，其具體摻量可根據ECC的設計要求進行調整。配制ECC的骨料應符合現行相應標準的性能指標要求，宜為中砂、細砂或特細砂，并且骨料最大粒徑不宜大于5.0mm。條文說明 配制ECC不宜采用粗骨料，所采用的細骨料宜為中砂、細砂或特細砂。根據大量試驗研究結果，骨料粒徑偏大時不利于纖維橋接作用的發揮，ECC的應變硬化性能將受到削弱。當采用公稱粒徑大于5.0mm的骨料時，應通過試驗確認所制備的ECC拉伸應變硬化性能滿足本規程要求。纖維宜選用短切高強度高模量聚乙烯醇（PVA）纖維和聚乙烯（PE）纖維，其力學性能指標應符合表4.1.4的規定。可選用聚丙烯（PP）纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等其他品種的纖維作為輔助纖維，其性能指標應符合現行相應標準的規定，并通過試驗確認所制備的ECC拉伸應變硬化性能滿足本規程要求。所用纖維應具有良好的分散性、耐堿性和抗老化性，不得含有雜質，表面不得污染，其耐久性能指標應符合相應標準的要求。表4.1.4短切高強度高模量PVA纖維和PE纖維的力學性能指標項目抗拉強度(×103N/mm2)彈性模量(×104N/mm2)PVA纖維≥1.2≥3.0PE纖維≥2.4≥6.0條文說明配制ECC應摻入增強增韌纖維，目前常用的纖維有短切高強度高模量聚乙烯醇（PVA）纖維、高強度高模量聚乙烯（PE）纖維、聚丙烯（PP）纖維等。配制ECC宜選用PVA纖維或PE纖維作為主摻纖維，本條給出了兩種纖維的抗拉強度和彈性模量的指標要求。其他品種的纖維，如PP纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等，可作為輔助纖維與主摻纖維混合使用，也可單獨使用，并應通過試驗確認所制備的ECC拉伸應變硬化性能滿足本規程要求。外加劑應符合現行國家標準《混凝土外加劑》GB8076和《混凝土外加劑應用技術規范》GB50119的規定。條文說明 配制ECC的外加劑不做特殊規定，其性能指標應符合現行國家標準GB8076和GB50119的規定。ECC的拌和用水和養護用水應符合國家現行標準《混凝土用水標準》JGJ63的要求。ECC結構中采用的其他材料，如鋼筋、螺栓、鋼板、型鋼及復合材料，其性能指標應符合現行相應標準的要求。條文說明 在ECC結構中，ECC材料通常需要與鋼筋、螺栓、鋼板、型鋼、復合材料等材料配合使用，各種材料的性能指標均應符合現行相應標準的要求。應用ECC材料進行結構加固修復時，界面劑可采用水泥凈漿或無機界面劑。配制界面劑的粉料應在有效期內使用，不得受潮、結塊。界面劑的各項性能指標應符合現行國家標準《混凝土結構加固設計規范》GB50367和《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》GB50728的規定。性能等級ECC的強度等級應按立方體抗壓強度標準值fcu,k確定。立方體抗壓強度標準值系指按標準方法制作、養護的100mm×100mm×100mm立方體試件，在28d或設計規定齡期以標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度值。條文說明ECC的強度等級由立方體抗壓強度標準值確定，立方體抗壓強度標準值fcu,k是本規程ECC各種力學指標的基本代表值。根據國內外研究結果，100mm×100mm×100mm與150mm×150mm×150mm立方體試件的抗壓強度可認為相等，因此本規程規定ECC立方體抗壓強度的測定采用邊長100mm的立方體試件作為標準試件。ECC強度等級的保證率為95%，按ECC強度總體分布的平均值減去1.645倍標準差的原則確定。由于ECC摻有較多摻合料，在不同摻合料種類和用量的情況下，ECC強度的發展規律會有所不同，確定ECC立方體抗壓強度標準值的試驗齡期不僅限于28d，可由設計根據具體情況適當延長。ECC軸心抗壓強度的標準值fck應按表4.2.2采用。表4.2.2ECC軸心抗壓強度標準值(N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80軸心抗壓強度標準值,fck13.420.126.833.441.249.357.7條文說明 ECC軸心抗壓強度標準值fck由立方體抗壓強度標準值fcu,k經計算確定。考慮到實際工程結構中ECC的實體強度與立方體試件ECC強度之間的差異，參照現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010中混凝土軸心抗壓強度標準值的計算方法，ECC軸心抗壓強度標準值fck按0.88c1c2fcu,k計算確定。其中，強度修正系數0.88是考慮實際構件與試件ECC強度的差異而采用的折減系數；c1為棱柱體強度與立方體強度之比，對ECC50及以下強度等級的ECC取0.76，對ECC80取0.82，中間按線性插值；c2為脆性折減系數，由于ECC為高延性材料，不發生脆性破壞，故c2取值為1.0。ECC軸心抗壓強度標準值fck的計算結果見表4.2.2。ECC軸心抗拉開裂強度的標準值ftc,k和軸心抗拉強度的標準值ftk宜通過試驗確定，軸心抗拉開裂強度和軸心抗拉強度的試驗方法應按本規程“第十章-材性測試”執行；當無試驗數據時，ECC軸心抗拉開裂強度的標準值ftc,k可按表4.2.3-1采用，軸心抗拉強度的標準值ftk可按表4.2.3-2采用。表4.2.3-1ECC軸心抗拉開裂強度標準值(N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80軸心抗拉開裂強度標準值,ftc,k1.201.792.392.993.594.194.78表4.2.3-2ECC軸心抗拉強度標準值(N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80軸心抗拉強度標準值,ftk1.522.283.043.804.565.326.08條文說明由于ECC所用纖維、原材料品種多，差異性大，且軸心抗拉開裂強度和軸心抗拉強度的測試離散性較大，本規程規定ECC軸心抗拉開裂強度標準值ftc,k和軸心抗拉強度標準值ftk宜通過試驗確定，當無實測數據時可分別按表4.2.3-1和表4.2.3-2采用。1根據大量試驗數據，ECC軸心抗拉開裂強度與立方體抗壓強度平均值之間的統計關系可取為：tc=0.068cu（1）其中，tc為實測ECC軸心抗拉開裂強度的平均值，cu為實測ECC立方體抗壓強度的平均值。參考《活性粉末混凝土結構技術規程》DBJ043/T325的計算方法，考慮實際構件與試件ECC抗拉開裂強度差異的折減系數仍沿用抗壓強度的取值0.88，ECC軸心抗拉開裂強度的變異系數近似取為與立方體抗壓強度的變異系數相同，則ECC軸心抗拉開裂強度標準值可按下式計算：（2）ECC軸心抗拉開裂強度標準值ftc,k的計算結果見表4.2.3-1。2根據大量試驗數據，ECC軸心抗拉強度與立方體抗壓強度平均值之間的統計關系可取為：t=0.101cu（3）其中，t為實測ECC軸心抗拉強度的平均值，cu為實測ECC立方體抗壓強度的平均值。由于ECC軸心抗拉強度多采用薄板型試件測試，纖維傾向于二維分布，而實際工程結構構件中纖維傾向于三維分布，因此試驗測得的軸心抗拉強度偏高。根據國內外研究結果，纖維傾向影響系數可以偏安全地取為0.85。考慮實際構件與試件ECC抗拉強度差異的折減系數仍沿用抗壓強度的取值0.88，ECC軸心抗拉強度的變異系數近似取為與立方體抗壓強度的變異系數相同。測得的軸心抗拉強度則ECC軸心抗拉強度標準值可按下式計算：（4）ECC軸心抗拉強度標準值ftk的計算結果見表4.2.3-2。ECC軸心抗壓強度的設計值fc應按表4.2.4-1采用；軸心抗拉開裂強度的設計值ftc可按表4.2.4-2采用；軸心抗拉強度的設計值ft可按表4.2.4-3采用。表4.2.4-1ECC軸心抗壓強度設計值(N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80軸心抗壓強度設計值,fc9.614.319.123.929.435.241.2表4.2.4-2ECC軸心抗拉開裂強度設計值(N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80軸心抗拉開裂強度設計值,ftc0.851.281.712.142.562.993.42表4.2.4-3ECC軸心抗拉強度設計值(N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80軸心抗拉強度設計值,ft1.091.632.172.713.263.804.34條文說明 ECC的強度設計值由強度標準值除ECC材料分項系數c確定。ECC的材料分項系數取為1.40。ECC的極限拉應變tu應根據工程實際需要進行定制化設計，并通過軸拉試驗確定；ECC的極限拉應變tu不應小于1.0%。條文說明ECC的極限拉應變tu可依據細觀力學原理，通過原材料選取、配合比調整等方法實現定制化設計。根據文獻報道，目前極限拉應變tu超過13%的ECC已經可以在實驗室中制備。由于ECC極限拉應變tu的大小與ECC強度等級并非一一對應，本規程規定ECC的極限拉應變tu應根據工程實際需要進行定制化設計，并通過試驗確定。為了發揮ECC的拉伸應變硬化和高延性優勢，本規程規定ECC的極限拉應變tu應不小于1.0%。ECC極限拉應變tu對應的平均裂縫寬度不應大于0.10mm，最大裂縫寬度不應大于0.15mm。條文說明 ECC的應變硬化性能是通過多縫開裂實現的，在裂縫數量一定時，裂縫寬度越大，ECC的極限拉應變越高。根據試驗研究結果，有些ECC材料雖然可以實現拉伸高延性，但其平均裂縫寬度超過0.2mm，這對于結構耐久性是不利的。因此，本規程在ECC軸拉性能測試中規定，極限拉應變tu對應的平均裂縫寬度應不大于0.10mm，最大裂縫寬度應不大于0.15mm，以保證ECC材料自身具有足夠的裂縫控制能力，從而滿足結構層面的裂縫控制要求。ECC的受拉和受壓彈性模量Ec宜按表4.2.7采用；剪切變形模量Gc可按相應彈性模量值的40%采用；泊松比可取為0.2。表4.2.7ECC的彈性模量Ec(×104N/mm2)強度等級ECC20ECC30ECC40ECC50ECC60ECC70ECC80彈性模量,Ec1.291.621.862.042.182.292.39注：1.當有可靠試驗依據時，彈性模量可根據實測數據確定。2.當摻有大量礦物摻合料時，彈性模量可按規定齡期根據實測數據確定。條文說明ECC的受壓和受拉彈性模量Ec是基于大量試驗結果，按照普通混凝土類似的表達形式統計回歸得出。ECC的彈性模量Ec以其立方體抗壓強度標準值fcu,k按下列公式計算：（5）ECC彈性模量Ec的計算結果見表4.2.7。配合比不同將導致變形性能的不確定性，因此必要時可根據試驗確定彈性模量。試驗研究結果表明，ECC的泊松比c分布在0.16~0.24，均值約為0.209，標準差約為0.030，并且與ECC強度等級的相關性不大，因此本規程將ECC的泊松比c取為0.2。由于ECC泊松比c的取值與普通混凝土一致，參照現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010的規定，本規程將ECC的剪切變形模量Gc取為彈性模量的40%。ECC的熱工參數宜通過試驗確定。當缺乏足夠的試驗數據時，ECC在0℃~100℃范圍內的熱工參數可按下列規定取值：線膨脹系數c：0.8×10-5/℃；導熱系數：2.3kJ/(mh℃)；比熱容c：1.4kJ/(kg℃)。條文說明 本條提供了進行ECC結構在收縮、溫度等間接作用效應計算時所需的線膨脹系數、導熱系數和比熱容等熱工參數。根據已有研究結果，在0℃~100℃范圍內ECC的線膨脹系數c介于0.7~0.9×10-5/℃，導熱系數介于1.7~4.6kJ/(mh℃)，比熱容c介于0.9~2.0kJ/(kg℃)，由此確定ECC各熱工參數的近似值。ECC的收縮和徐變宜通過試驗或已有數據確定，并應符合設計要求。對于有特殊要求的結構或構件，可通過濕養護或摻入膨脹劑、減縮劑等措施控制材料收縮，或采用具有低干縮特性的ECC。條文說明 由于ECC材料不含粗骨料，其收縮和徐變應予以有效控制，并應符合設計要求。已有試驗研究表明，ECC的收縮和徐變受到原材料、外加劑、養護方式等因素的顯著影響，差異性大、很難標準化，故本規程規定ECC的收縮和徐變宜通過試驗或已有數據確定。根據已有研究結果，濕養護或摻入膨脹劑、減縮劑等措施控制ECC收縮的效果顯著，并且低干縮ECC也已在國內研究應用多年，可以滿足對ECC收縮和徐變有特殊要求的結構或構件。ECC的抗凍、抗水滲透、抗氯離子滲透、早期抗裂、抗碳化、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能應符合設計要求。當有可靠試驗依據時，ECC結構構件在各類環境下的保護層厚度可比現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010和《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T50476規定的保護層最小厚度適當降低，降低幅度不宜超過10mm，且保護層最小厚度不得低于10mm。對于受力鋼筋保護層厚度大于50mm的結構構件，可適當放寬保護層的構造要求，必要時可取消配置防裂、防剝落的鋼筋網片。條文說明 國內外研究結果表明，ECC的抗凍、抗水滲透、抗氯離子滲透、早期抗裂、抗碳化、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標均明顯優于普通混凝土。在實際應用中，應根據工程設計要求進行ECC的耐久性檢測評定。考慮到ECC的耐久性優勢，本條規定ECC結構構件在各類環境下的保護層厚度在有可靠試驗依據時，可比現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010和《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T50476規定的保護層最小厚度適當降低。現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010對大于50mm的保護層規定采取有效的構造措施，防止混凝土開裂剝落、下墜，通常為保護層采用纖維混凝土或加配鋼筋網片。由于ECC本身具有良好的應變硬化性、裂縫自控功能和耐久性，ECC結構構件不存在開裂剝落和下墜的情況，因此可以放寬ECC保護層的構造要求。建筑結構設計一般規定結構分析的模型應符合下列要求：結構分析采用的計算簡圖、幾何尺寸、計算參數、邊界條件、結構材料性能指標以及構造措施等應符合實際工作狀況。結構上可能的作用及其組合、初始應力和變形狀況等，應符合結構的實際狀況。結構分析中所采用的各種近似假定和簡化，應有理論、試驗依據或經工程實踐驗證；計算結果的精度應符合工程設計的要求。結構分析應符合下列要求：滿足力學平衡條件。在不同程度上符合變形協調條件、平衡方程及本構方程。應采用合理的材料本構關系或構件單元的受力-變形關系。結構分析時，應根據結構類型、材料性能和受力特點等選擇下列分析方法：彈性分析方法。塑性內力重分布分析方法。彈塑性分析方法。塑性極限分析方法。試驗分析方法。承載能力極限狀態ECC構件的極限承載力計算，應滿足以下規定：應根據設計狀況和構件性能設計目標確定ECC和鋼筋的強度取值。鋼筋應力不應大于鋼筋的強度取值。ECC應力不應大于ECC的強度取值。條文說明本規范應用于ECC結構及構件的設計時，應同時符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010-2010在承載能力極限狀態等方面的規定，相同之處按普通混凝土結構設計的有關標準和規范執行。ECC構件正截面承載力應按下列基本假定進行計算：鋼筋縱向應變沿截面的高度方向呈直線變化。縱向鋼筋的極限拉應變取為0.01。縱向鋼筋的應力取鋼筋的應變與彈性模量的乘積，其值應滿足《混凝土結構設計規范》GB50010相關規定。ECC受壓的應力與應變關系按下列規定取用：當0≤εc≤ε0時（5.2.2-1）當ε0≤εc≤εcu時（5.2.2-2）式中：εc——ECC壓應變；σc——ECC壓應變為εc時的ECC壓應力；fc——ECC軸心抗壓強度設計值；ε0——ECC壓應力fc達到時的壓應變，本規范取0.48%；εcu——正截面的ECC極限壓應變，本規范取0.69%。考慮ECC的抗拉強度，ECC受拉應力與應變關系按下列規定取用：當0≤εc≤εtc時（5.2.2-3）當εtc≤εc≤εtu時（5.2.2-4）式中：t——ECC拉應變；σt——ECC拉應變為εt時的ECC拉應力；ft——ECC軸心抗拉強度設計值；ftc——ECC軸心抗拉開裂強度設計值；εtc——ECC抗拉開裂應變；εtu——ECC峰值拉應力所對應的拉應變，即極限拉應變。條文說明 ECC的單軸受壓和受拉本構關系與普通混凝土差別較大，在正截面分析中需要準確考慮。本規范中ECC單軸受壓本構采用非線性模型，符合ECC實際單軸受壓應力-應變全曲線特征，與普通混凝土材料受壓模型近似。在不同摻合料種類和用量的情況下，ECC強度的變化規律會有所不同，根據大量的ECC單軸受壓特征數據統計分析，規定ECC壓應力達到fc時的壓應變取0.48%，正截面的ECC極限壓應變取0.69%。ECC具有優秀的拉伸性能、較高的延性和裂縫控制能力。為了簡化應用，ECC的單軸受拉本構采用了雙線性拉伸模型，為了充分體現ECC應變硬化的特征，采用上升段來體現其拉伸性能，計算公式如式(5.2.2-4)所示。ECC構件正截面承載力計算時，受壓區應力圖形可簡化為等效的矩形應力圖，應力等效系數α1和等效受壓區高度系數β1按表5.2.3確定。矩形應力圖應力值可由ECC軸心抗壓強度設計值fc乘以系數α1確定。表5.2.3非線性受壓模型對應的α1和β1εc0.00030.00060.00090.00120.00150.00180.00210.0024α10.09130.17780.25940.33610.40810.47520.53760.5952β10.67020.67390.67780.68180.68610.69050.69510.7000εc0.00270.00300.00330.00360.00390.00420.00450.0048α10.64820.69640.73990.77880.81320.84290.86810.8889β10.70510.71050.71620.72220.72860.73530.74240.7500εc0.00510.00540.00570.00600.00630.00660.0069α10.90540.91860.92920.93800.94520.95130.9564β10.75800.76610.77410.78180.78930.79640.8031條文說明 基于5.2.2條規定的ECC單軸受壓本構關系，采用與混凝土結構類似的分析方法，可以得到等效的矩形應力圖中應力等效系數和等效受壓區高度系數。矩形應力圖應力值可由ECC軸心抗壓強度設計值fc乘以系數α1確定，矩形應力圖高度可取平截面假定所確定的中和軸高度乘以系數β1。ECC構件縱向鋼筋屈服和受壓區ECC破壞同時發生時，對有明顯屈服點的鋼筋，相對界限受壓區高度應按下列公式計算：ξb=xb/h0（5.2.4-1）（5.2.4-2）式中：ξb——相對界限受壓區高度；xb——界限受壓區高度；h0——截面有效高度：縱向受拉鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離；Es——鋼筋彈性模量，按現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010相關條款取用；εcu——非均勻受壓時ECC的極限壓應變，按本規程第5.2.2條確定；β1——截面等效受壓區高度系數，按本規程第5.2.3條確定。條文說明 ECC受彎構件的破壞特征與普通混凝土構件基本相同，構件截面的界限破壞亦為受拉鋼筋屈服與受壓區混凝土壓脆同時發生的破壞狀態。根據平截面假定，可得出截面相對受壓區ξb的計算公式。縱向鋼筋應力按《混凝土結構設計規范》GB50010的規定確定。受彎構件正截面受彎承載力應符合下列規定（圖5.2.6）：圖5.2.6矩形單筋截面受彎構件正截面受彎承載力計算當縱向鋼筋配筋率/b0.45：M≤（5.2.6-1）ρ（5.2.6-2）ECC受壓區高度應按下列公式確定：α（5.2.6-3）ECC受壓區高度尚應符合下列條件：（5.2.6-4）（5.2.6-5）式中：b——界限配筋率；M——彎矩設計值；εs——鋼筋的拉應變；σs——鋼筋的拉應力，屈服前σs=Esεs，屈服后σs=fy；ftc——ECC的軸心抗拉開裂強度設計值；α1——應力等效系數，按本規范5.2.3條的規定計算；β1——受壓區等效高度系數，按本規范5.2.3條的規定計算；As、As’——受拉區、受壓區縱向普通鋼筋的截面面積；b——構件截面寬度；h0——構件截面有效高度；fy——受拉縱向鋼筋抗拉強度設計值；x——等效矩形應力圖形的混凝土受壓區高度；as’——受壓區全部縱向鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離。條文說明 ECC材料在宏觀上表現出顯著的應變硬化特性，部分基體材料開裂后，開裂處釋放的應力會通過橋接作用傳遞給尚未開裂的基體材料，使得ECC在經受大變形下仍然可以繼續承擔較開裂荷載高的荷載。ECC受彎構件正截面受彎承載力應考慮ECC構件的抗拉作用。在不同摻合料種類和用量的情況下，ECC強度和變形會存在一定差異性，當無現場ECC試件參數時，設計人員可取正截面ECC極限壓應變為0.69%進行設計。當ECC構件縱向鋼筋配筋率/b>0.45時，不應考慮ECC的抗拉強度。ECC軸心受壓構件正截面受壓承載力應符合下列規定：（5.2.8）式中：N——ECC構件的軸向壓力設計值；φ1——受壓構件的穩定系數，按《混凝土結構設計規范》GB50010的規定確定；fc——ECC軸心抗壓強度設計值；A——構件截面面積；f'y——鋼筋抗壓強度設計值，按《混凝土結構設計規范》GB50010的規定確定；A's——全部縱向受壓鋼筋截面面積；ECC梁的受剪截面應符合下列條件： (5.2.10-1) (5.2.10-2) (5.2.10-3)(5.2.10-4)當計算值大于1時，取=1。式中，——ECC軟化系數，=0.75-σc/170且0.4；fc——ECC軸心抗壓強度設計值；ρsv——ECC梁截面配箍率；fvy——箍筋屈服強度設計值，按《混凝土結構設計規范》GB50010的規定確定；σf——斜裂縫處ECC提供的最大橋接應力，取σf=0.5ft；z——上下縱筋間距，取z=0.9h0，h0為截面有效高度；φ——ECC梁斜裂縫角度，取φ=45°；λ——剪跨比；η——考慮箍筋約束的截面有效系數，取η=1-b/(4z)。條文說明 ECC梁抗剪承載力采用桁架-拱模型，包括桁架模型和拱模型提供抗剪承載力的線性組合。ECC梁斜裂縫角度，當無實際設計參考資料時，可弱化箍筋和纖維對抗剪作用的貢獻，偏安全地取φ=45°。σf為斜裂縫處ECC提供的最大橋接應力，考慮到裂縫面拉應力不均勻的折減因子，取σf=0.5ft。正常使用極限狀態ECC構件應進行受拉邊緣應力或正截面抗裂驗算，裂縫控制等級及抗裂驗算可按《混凝土結構設計》GB50010相關規定進行。ECC受彎構件撓度可依據最小剛度原則按結構力學方法進行計算，且不應超過現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010規定的限值。ECC受彎構件考慮長期作用影響的剛度B可按下式進行計算：（5.3.4）式中：ψ——裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數，按5.3.2條取值；ns——鋼筋彈性模量與ECC彈性模量的比值，即Es/Ec；ρ——縱向受拉鋼筋配筋率，對鋼筋水泥基材料受彎構件，取為As/bh0；γ'f——T形，I形界面受壓翼緣面積與腹板面積的比值；b,h0——截面的寬度和有效高度。Bs——ECC構件的短期剛度。考慮荷載長期作用對鋼筋增強ECC受彎構件撓度增大的影響系數θ可按下列規定取用：當ρ'=0時，取θ=2.4；當ρ'=ρ時，取θ=1.9;當ρ'為中間值時，可按線性內插。此處，ρ'=A's/bh0，ρ=As/bh0對翼緣位于受拉區的倒T形截面，θ應增加20%。框架梁柱節點抗震設計節點核心區應用ECC的框架梁柱節點抗震受剪承載力應符合下列規定：9度設防烈度的一級抗震等級框架(5.4.1-1)其他情況(5.4.1-2)式中：N——對應于考慮地震組合剪力設計值的節點上柱底部的軸向力設計值；當N為壓力時，取軸向壓力設計值的較小值，且當N大于0.5fcbchc時，取0.5fcbchc；當N為拉力時，取為0；bc和hc分別為柱截面長度和寬度；Asvj——核心區有效驗算寬度范圍內同一截面驗算方向箍筋各肢的全部截面面積；hb0——框架梁截面有效高度，節點兩側梁截面高度不等時取平均值；hj——框架節點核心區的截面高度，可取驗算方向的柱截面高度hc；bj——框架節點核心區的截面有效驗算寬度，當bb不小于bc/2時，可取bc；當bb小于bc/2時，可取（bb+0.5bc）和bc中較小值；當梁與柱的中線不重合且偏心距e0不大于bc/4時，可取（bb+0.5hc）、（0.5bb+0.5bc+0.25hc-e0）和bc三者中的最小值。此外，bb為驗算方向梁截面寬度，bc為該側柱截面寬度；fcd——ECC軸心抗壓強度設計值；fyv——橫向鋼筋的抗拉強度設計值；s——沿構件長度方向的箍筋間距；as'——受壓區縱向普通鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離。條文說明本條參照《混凝土結構設計規范》GB50010的11.6.4條，考慮到ECC可以提升框架節點核心區的抗剪強度，并結合試驗結果，對基體材料的貢獻項進行修改，以減少ECC框架節點的箍筋用量。框架梁和框架柱的縱向受力鋼筋在框架節點區的錨固和搭接應符合下列要求：對于框架中間層中間節點、中間層端節點、頂層中間節點以及頂層端節點，梁、柱縱向鋼筋在節點部位的錨固和搭接，應符合《混凝土結構設計規范》GB50010的相關構造規定。其中llE按式(5.4.2-1)取用，labE按式(5.4.2-2)取用：(5.4.2-1)(5.4.2-2)式中：l——縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數，按《混凝土結構設計規范》GB50010第8.4.4條規定取用；aE—縱向受拉鋼筋的抗震錨固長度修正系數，對一、二級抗震等級取1.15，對三級抗震等級取1.05，對四級抗震等級取1.00；a—錨固長度修正系數，對普通鋼筋按《混凝土結構設計規范》GB50010第8.3.2條規定取用，當多于一項時，可按連乘計算，但不應小于0.6，對預應力筋，可取1.0；lab—受拉鋼筋的基本錨固長度，可按《混凝土結構設計規范》GB50010第8.3.1條規定乘0.9的折減系數取用。條文說明本條參照《混凝土結構設計規范》GB50010的8.3.1條和11.6.7條，考慮到ECC可以提升鋼筋的錨固強度，并結合試驗結果，對llE和labE進行折減，其中llE折減為混凝土計算結果的80%，labE折減為混凝土計算結果的90%。框架節點區箍筋的最大間距、最小直徑宜按表5.4.3采用。對一、二、三級抗震等級的框架節點核心區，配箍特征值分別不宜小于0.06、0.05和0.04，且其箍筋體積配筋率分別不宜小于0.30％、0.25％和0.20％。表5.4.3梁柱框架節點箍筋的構造要求抗震等級箍筋最大間距（mm）箍筋最小直徑（mm）一級縱向鋼筋直徑的12倍和200中的較小值10二級縱向鋼筋直徑的16倍和200中的較小值8三級縱向鋼筋直徑的16倍和300中的較小值8四級縱向鋼筋直徑的16倍和300中的較小值6條文說明本條參照《混凝土結構設計規范》GB50010的11.6.8條，考慮到ECC可以提升框架節點的抗剪強度和約束能力，對節點箍筋的構造要求進行適當放寬。根據試驗結果，ECC節點中配置按照規范計算的50%箍筋即可獲得與配置100%箍筋的混凝土節點相似的抗震性能，因此將箍筋最大間距放大至原要求的2倍，并下調最低配箍特征值和箍筋體積配筋率要求。當在裝配整體式混凝土框架節點核心后澆區域應用ECC時，應對預制梁混凝土與ECC的界面設置抗剪鍵和界面抗剪鋼筋，以保證界面連接性能。條文說明隨著裝配式結構的推廣，ECC在裝配式結構中有著廣闊的發展前景。但在試驗中也觀察到ECC和混凝土的新舊界面間發生界面破壞，因此需要采取措施保證界面的牢固性。剪力墻洞口連梁抗震設計ECC連梁配筋形式宜采用普通配筋或混合配筋形式，如圖5.5.1所示。其中普通配筋連梁參與抗彎的鋼筋全部為與連梁軸向平行的縱筋；混合配筋連梁則包含縱筋和斜筋。對于一、二級抗震等級的連梁，當跨高比不大于2.5時，宜采用混合配筋形式；其他情況下可采用普通配筋形式。(a)普通配筋連梁(b)混合配筋連梁圖5.5.1不同配筋形式的ECC連梁條文說明小跨高比連梁更容易發生剪切破壞，考慮到斜筋連梁施工困難和ECC對連梁剪切承載力的貢獻，因此建議采用混合配筋連梁形式。隨著連梁跨高比的增大，彎曲破壞更易發生，對于跨高比較大的ECC連梁也可采用普通配筋連梁。各等級的普通配筋連梁，其截面限制條件及斜截面受剪承載力應符合下列規定：受剪截面應符合下列要求：(5.5.2-1)斜截面受剪承載力應符合下列要求：(5.5.2-2)式中：b——連梁截面的寬度；h0—連梁截面的有效高度；h—連梁截面的高度；ln—連梁凈跨；fyv—箍筋的抗拉強度設計值；Asv—箍筋面積；s—箍筋間距；c—ECC強度影響系數：當ECC強度等級不超過C50時，c取1.0；當ECC強度等級為C80時，c取0.8；其間按線性內插法確定；。條文說明根據試驗結果，ECC可顯著提高連梁的抗剪承載力，因此不再區分跨高比不同對連梁受剪截面的影響，統一取為《混凝土結構設計規范》GB50010第11.7.9條中對于跨高比大于2.5的混凝土連梁的受剪截面限值。根據現有ECC連梁試驗數據，回歸了ECC連梁的剪切承載力計算公式，如式(5.5.2-2)所示。混合配筋連梁其截面限制條件及斜截面受剪承載力應符合下列規定：受剪截面應符合下列要求(5.5.3-1)斜截面受剪承載力應符合下列要求：(5.5.3-2)式中：nd——每束斜筋數量；Asd—每根斜筋的面積；fyd—斜筋的抗拉強度設計值；—斜筋與連梁軸向的夾角。條文說明根據試驗結果，ECC可顯著提高連梁的抗剪承載力，因此適當增加《混凝土結構設計規范》GB5001011.7.9條中對于配置斜向交叉鋼筋的混凝土連梁的受剪截面限值。根據現有ECC連梁試驗數據，回歸了ECC連梁的剪切承載力計算公式，如式(5.5.3-2)所示。連梁可按照基于平截面假定的截面模型計算其抗彎承載力。計算含斜筋連梁的抗彎承載力時，可將斜筋束等效為單根縱筋，等效縱筋面積為該束斜筋總面積乘以斜筋與連梁軸向夾角的余弦，高度與斜筋束在端部的幾何中心位置一致。連梁在墻肢約束作用下會產生較大的軸力，在計算連梁抗彎承載力時宜考慮0.1的軸壓比。條文說明根據配置斜筋連梁的試驗數據，采用此方法等效計算得到的彎曲承載力與試驗結果吻合良好。在地震中，連梁會受到墻肢的約束作用而產生軸壓力。在試驗中也測得連梁的最大軸壓比，集中分布在10%附近。根據平截面假定10%的軸壓力會明顯增加試件的抗彎承載力。連梁實際承載力為按5.5.3條計算抗剪承載力和5.5.4條計算抗彎承載力二者之間較小值。條文說明根據現有試驗結果，ECC連梁主要發生由彎曲承載力控制的彎曲破壞或剪切受壓破壞和由剪切承載力控制的剪切受拉破壞，因此連梁的實際承載力需取彎曲承載力和剪切承載力的較小值。剪力墻及筒體洞口連梁的縱向鋼筋、斜筋及箍筋的構造應符合下列要求：連梁沿上、下邊緣單側縱向鋼筋的最小配筋率不應小于0.15％，且配筋不宜少于2Φ12；混合配筋連梁中每束對角斜筋應至少由2根直徑不小于12mm的鋼筋組成。普通配筋連梁全長箍筋的構造可按《混凝土結構設計規范》GB50010第11.3.6條和第11.3.8條框架梁梁端加密區箍筋的構造要求采用；混合配筋連梁沿連梁全長箍筋的間距可按《混凝土結構設計規范》GB50010表11.3.6-2中規定值的3倍取用。條文說明本條參照《混凝土結構設計規范》GB50010的11.7.1條，同時結合試驗結果，考慮到ECC可以提升混合配筋連梁的抗剪強度和對斜筋的約束能力，對混合配筋連梁的最大箍筋間距進行適當放寬。宜在ECC連梁與混凝土墻肢連接界面處設置剪力鍵，以保證界面連接性能，同時應設置一定數量的界面構造鋼筋。條文說明隨著裝配式結構的推廣，ECC在裝配式結構中有著廣闊的發展前景。但在試驗中也觀察到ECC和混凝土的新舊界面間發生界面破壞，因此需要采取措施保證界面的牢固性。橋梁與道路工程設計一般規定公路橋梁及道路用鋼筋增強ECC結構及構件的設計使用年限應符合現行行業標準《公路工程技術標準》JTGB01的規定。條文說明本規范應用于公路橋涵及道路的鋼筋增強ECC結構及構件的設計時，應同時符合現行行業標準《公路工程技術標準》JTGB01在使用年限等方面的規定。橋梁及道路用ECC宜滿足高強度、干燥收縮小等特征。具體材料性能指標要求包括：強度等級不低于C40，干燥收縮不大于400。條文說明橋梁與道路結構及構件在應用ECC時，應充分考慮結構自身受力特征，需要對材料特征及性能指標提出最低要求，在有充分試驗驗證的情況下，可以對提及的指標做適當放寬處理。橋面負彎矩區可部分采用ECC代替傳統混凝土來提高其抗裂性能。當同時采用抗拔不抗剪連接技術與ECC材料時，結構在正常使用極限狀態可不驗算裂縫寬度。條文說明ECC應用于橋梁工程負彎矩區可以有效解決混凝土開裂問題，本條基于ECC多點開裂及最大裂縫寬度不超過規范裂縫寬度限值的特征，給出了不需要進行專門裂縫寬度驗算的建議。(a)連續組合梁負彎矩區 (b)組合剛構橋負彎矩區(c)懸索橋橋面系吊桿附近 (d)斜拉橋橋面系拉索附近圖6.1.3負彎矩區抗裂橋面鋪裝應用示意ECC可用來實現預制梁橋面連續，采用ECC方案時，橋面連續長度應根據跨度進行調整且不宜小于2m，橋面連續范圍配筋同原普通混凝土結構設計。條文說明ECC應用于簡支梁橋面連續可以取消伸縮縫等構造，其良好的延性可以用來釋放梁段的位移和轉角，減小橋面連續結構的受力，極限拉應變可滿足橋面連續部位的變形要求，在降低開裂風險的同時可以簡化施工。圖6.1.4無伸縮縫橋面連續應用示意ECC作為橋面鋪裝層時，不宜考慮其參與結構受力，鋪裝層設計應按現行行業標準《公路瀝青路面設計規范》JTGD50實施。條文說明ECC應用于橋面鋪裝材料時通過對裂縫寬度的有效控制可以增強橋面鋪裝的耐久性，同時降低鋼橋面的腐蝕風險。圖6.1.5鋼橋面鋪裝應用示意公路ECC橋涵結構及構件所處環境類別應按現行行業標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362和《公路工程混凝土結構耐久性設計規范》JTG/T3310的規定確定。公路ECC橋涵結構設計應滿足耐久性的構造要求，并遵循可檢查、可維修的基本原則，應符合現行行業標準《公路工程混凝土結構耐久性設計規范》JTG/T3310的規定外，其中ECC保護層最小厚度應符合本規范第6.4.1條的規定。采用ECC的公路鋼混組合橋梁中的連接件設計應參照《公路鋼混組合橋梁設計與施工規范》JTG/TD64-01中的相關規定進行驗算。采用ECC作為路面時，應根據公路等級、交通荷載、路基條件、當地溫度和濕度狀況以及使用性能要求，選擇及組合與之相適應的路面結構。采用ECC作為道路面板中縱向和橫向接縫時，接縫設計可參考《公路水泥混凝土路面設計規范》JTGD40。條文說明ECC的超高韌性可以改善路面接縫易開裂的問題。本規范未明確規定的結構設計事項，應符合現行行業標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362和《公路水泥混凝土路面設計規范》JTGD40的相關規定。持久狀況承載能力極限狀態計算公路ECC橋涵結構及構件的持久狀況設計應按承載能力極限狀態的要求，對構件進行承載能力及穩定計算，必要時尚應進行結構的傾覆和滑移驗算。在進行承載能力極限狀態計算時，作用的效應（其中汽車荷載應計入沖擊系數）應采用其組合設計值，結構材料性能應采用其強度設計值。條文說明本節所述承載能力極限狀態計算，均指對持久狀況下的ECC結構。這種狀況的承載能力極限狀態應包括對構件的抗彎、抗壓、抗拉、抗剪、抗扭等的強度及受壓構件的穩定進行計算；必要時，還應對結構的傾覆和滑移進行驗算。這是結構設計最主要的部分。具體規定可參考《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362及《公路水泥混凝土路面設計規范》JTGD40的相關規定。公路ECC橋涵疲勞驗算時，應對ECC橋面板的彎拉應力，即正截面受拉區邊緣的ECC彎拉應力進行驗算，并應符合下列規定：疲勞應力計算應按現行行業標準《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60）考慮荷載作用，各項荷載應取用標準值。ECC應力計算可采用名義應力法，按線彈性狀態計算。ECC橋面板疲勞驗算時，受拉區邊緣ECC彎拉應力應不大于名義疲勞彎拉應力允許值。名義疲勞彎拉應力允許值可取ft,df=0.5ft.dECC作為道路面層時，其結構設計標準應為設計基準期內，在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，面層不產生疲勞斷裂；并以最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產生疲勞斷裂作為驗算標準。具體驗算可參考《公路水泥混凝土路面設計規范》JTGD40的相關規定。ECC作為道路面層時，設計強度應采用28d齡期的抗折強度。在極重、特重以及重交通荷載等級下，抗折強度標準值不應小于6MPa；在中等交通荷載等級下，抗折強度標準值不應小于5.5MPa；在輕交通荷載等級下，抗折強度標準值不應小于5MPa。持久狀況正常使用極限狀態計算公路ECC橋涵的持久狀況設計應按正常使用極限狀態的要求，采用作用頻遇組合、作用準永久組合或作用頻遇組合并考慮作用長期效應的影響，對構件的抗裂、裂縫寬度和撓度進行驗算，并使各項計算值不超過本規范規定的各相應限值。在上述的各種組合中，汽車荷載效應可不計沖擊系數。條文說明正常使用極限狀態設計應按作用頻遇組合和準永久組合計算作用效應；作用頻遇組合為永久作用標準值與主導可變作用頻遇值、伴隨可變作用準永久值的組合，與原規范的短期效應組合類同；作用準永久組合為永久作用標準值與主導可變作用準永久值的組合。具體規定可參考《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362及《公路水泥混凝土路面設計規范》JTGD40的相關規定。ECC構件的裂縫寬度驗算是指驗算ECC表面裂縫寬度，各類環境中ECC最大裂縫寬度限值應符合現行行業標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362規定。鋼筋增強ECC受彎構件的撓度驗算除應符合現行行業標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362的規定，還應在受彎構件的開裂截面抗彎剛度Bcr計算時考慮ECC拉應力的貢獻。撓度長期增長系數ηθ計算中使用的ECC鋼筋增強ECC構件在混凝土裂縫寬度限值不小于0.15mm的環境下可不做裂縫寬度驗算。條文說明應變硬化水泥基復合材料在開裂狀態時裂縫寬度小于0.1mm，可以有效保證結構耐久性。在近海或海洋氯化物環境、除冰鹽等其他氯化物環境、化學腐蝕環境下，混凝土裂縫寬度限值為0.15mm；一般環境、凍融環境、磨蝕環境下，混凝土裂縫寬度限值為0.20mm。在上述環境下可不驗算ECC裂縫寬度。構造規定普通鋼筋和預應力鋼筋的混凝土保護層厚度應滿足下列要求：普通鋼筋保護層厚度取鋼筋外緣至混凝土表面的距離，不應小于鋼筋公稱直徑；當鋼筋為束筋時，保護層厚度不應小于束筋的等代直徑；先張法構件中預應力鋼筋的保護層厚度取鋼筋外緣至混凝土表面的距離，不應小于鋼筋公稱直徑；后張法構件中預應力鋼筋的保護層厚度取預應力管道外緣至混凝土表面的距離，不應小于其管道直徑的1/2；普通鋼筋和預應力鋼筋的保護層厚度應不小于1.5倍鋼纖維長度；最外側鋼筋的混凝土保護層厚度應不小于表6.5.1的規定值。普通鋼筋和預應力鋼筋的混凝土保護層厚度應滿足下列要求：表6.4.2混凝土保護層最小厚度環境類別應變硬化水泥基復合材料梁、板最小保護層厚度（mm）Ⅰ類-一般環境15Ⅱ類-凍融環境20Ⅲ類-近海或海洋氯化物環境25Ⅳ類-除冰鹽等氯化物環境25Ⅴ類-鹽結晶環境20Ⅵ類-化學腐蝕環境25Ⅶ類-磨蝕環境25注：1表中數值是針對各環境類別的最低作用等級、鋼筋和ECC無特殊防腐措施規定的。2對鋼筋和ECC有特殊防腐措施處理的，保護層最小厚度可將表中相應數值減小5mm，但不得小于15mm。3對工程預制的混凝土構件，其保護層最小厚度可將表中相應數值減小5mm，但不得小于15mm。普通鋼筋和預應力鋼筋的混凝土鋼筋凈距應滿足下列要求：普通鋼筋凈距不應小于1.5倍鋼筋公稱直徑，不應小于1.5倍纖維長度，且不應小于20mm。先張法構件中預應力鋼筋的鋼筋凈距不應小于1.5倍鋼筋公稱直徑，不應小于1.5倍纖維長度，且不應小于30mm。后張法構件中預應力鋼筋管道的管道凈距不應小于0.5倍管道直徑，不應小于1.5倍纖維長度，且不應小于40mm。在滿足最小保護層厚度、鋼筋布置要求的條件下，鋼筋增強ECC板應滿足結構承載力、剛度及局部穩定等要求，且板的最小厚度不應小于50mm。T形、I形、箱形截面ECC梁的腹板寬度，未配置箍筋時不應小于75mm，配置箍筋時不應小于100mm。當腹板厚度有變化時，其過渡段長度不宜小于12倍腹板寬度差。ECC梁式橋中現澆濕接縫的構造應進行必要的強化處理。濕接縫預埋鋼筋直徑不應小于12mm，間距不應大于200mm。ECC路面層的計算厚度，可根據交通荷載等級、公路等級和變異水平等級綜合確定。設計厚度應依據計算厚度加6mm磨耗層后，按10mm向上取整。ECC路面層厚度宜為普通混凝土面層厚度的0.75~0.65倍。特重或重交通荷載時，其最小厚度應為180mm；中等或輕交通荷載時，其最小厚度應為160mm。條文說明 公路橋涵及道路的鋼筋增強ECC結構及構件的構造規定條文依據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362及《公路水泥混凝土路面設計規范》JTGD40的相關規定及應變硬化水泥基復合材料在公路橋涵及道路的工程經驗總結確定。結構加固與修復設計一般規定采用ECC材料對混凝土結構構件進行加固時，ECC加固層宜配置增強筋材，例如普通鋼筋網、鋼絞線網片，FRP格柵等。條文說明ECC具有超高的拉伸延性，在拉伸作用下與鋼筋網及鋼絞線網片具有較好的協同作用，適宜于結構工程加固。采用筋材增強ECC加固混凝土結構構件時，應按現行國家標準《工程結構可靠性設計統一標準》GB50153及《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068采用以概率理論為基礎的極限狀態設計法進行承載能力極限狀態計算，并應符合下列規定：原結構構件的受力鋼筋和混凝土材料宜根據檢測得到實際強度，按現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010確定其相應的材料強度設計指標。被加固混凝土構件實測混凝土強度等級不應低于C15。被加固結構的原承載力設計值不應低于其荷載效應準永久組合值。結構上的荷載作用，應經調查或檢測核實，并按照現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009確定的規定和要求確定其標準值或代表值。鋼絞線等增強筋材應根據構件達到極限狀態時的應變，按其應力應變關系確定其相應的應力。驗算加固后結構構件承載力時，應考慮結構在加固時的實際受力狀況，及加固部分與原結構共同工作的程度。考慮地震作用效應組合的結構構件，應將其截面承載力除以承載力抗震調整系數，并按現行行業標準《建筑抗震加固技術規程》JGJ116的規定取值。應計算加固后對結構中其它構件受力產生的影響。加固施工時宜卸除結構上的活荷載作用，并應采取減小被加固構件的初始受力對加固后二次受力的影響的措施。當不能完全卸載進行加固時，應分析計算二次受力對加固的不利影響。當被加固結構、構件的表面有防火要求時，應按現行國家標準《建筑設計防火規范》GB50016規定的耐火等級及耐火極限要求，對加固層進行防護。加固后如果改變傳力路徑或使結構質量增大時，應對相關結構、構件及建筑物地基基礎進行必要的驗算。對于加固部分構件的梁、柱邊緣宜進行倒角處理。圓角半徑不應小于10mm，折角處理時直角邊長不應小于15mm。采用ECC材料對混凝土結構構件和砌體進行加固時，應保證新增加固部件與原結構連接可靠，形成整體共同工作。梁的加固采用鋼絞線網片ECC對鋼筋混凝土梁進行受彎加固時的承載力宜按附錄A.0.1條計算。條文說明為了提高加固結構的安全性，附錄A.0.1條未考慮ECC材料的抗拉貢獻。采用FRP格柵-ECC面層對鋼筋混凝土梁進行受彎加固時的承載力宜按附錄A.0.2條計算。條文說明為了提高加固結構的安全性，附錄A.0.2條未考慮ECC材料的抗拉貢獻。采用ECC進行鋼筋混凝土梁受剪加固時的承載力計算，應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010對受剪構件斜截面承載力計算的基本假定。采用ECC進行鋼筋混凝土梁受剪加固時的承載力宜按附錄A.0.3條計算。條文說明附錄A.0.3條計算公式為經驗公式，目前對于ECC材料的抗剪加固研究相對缺乏，可結合精細有限元等輔助計算和設計方法。采用ECC面層加固鋼筋混凝土構件前，應先清理、修補原構件，并進行界面處理。ECC面層的厚度，不應小于25mm，也不宜大于35mm；加固層內設置增強筋材時，增強筋材的保護層厚度不應小于15mm。ECC面層的表面應噴涂一層與該品種砂漿相適配的防護材料，提高面層耐環境因素作用的能力。ECC抗拉開裂強度設計值ftc>1.5MPa時，不規定最小配箍率。ECC抗拉開裂條文說明通常條件下，ECC材料均能滿足ftc>1.5MPa的要求，但是高粉煤灰摻量的E若計算表明梁需要抗剪鋼筋時，布置箍筋間距應小于構件有效高度的1/2且小于300mm，在等于構件有效高度的抗剪鋼筋區域末端處提供相同數量的抗剪鋼筋。箍筋布置應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010的規定。當箍筋錨固在受拉區域時，由于錨定在拉伸區域中的ECC的粘結強度尚未明確，應通過測試等方法進行確認。條文說明相比混凝土，ECC材料與鋼筋具有更高的粘結強度。ECC與鋼筋的粘結測試方法可采用單軸拉伸試驗。采用鋼絞線網片對鋼筋混凝土梁進行受彎加固時，應符合下列規定：對梁、板構件進行正截面受彎加固時，鋼絞線網片宜延伸至支座邊緣；鋼絞線網片端部與加固構件應有可靠連接。對梁、板負彎矩區進行受彎加固時，鋼絞線網片的截斷位置距支座邊緣的延伸長度應根據負彎矩分布確定，且對板不小于1/4跨度，對梁不小于1/3跨度，截斷位置鋼絞線與加固構件需有可靠連接。當采用鋼絞線網片對框架梁負彎矩區進行受彎加固時，應采取可靠錨固措施與支座連接。當鋼絞線網片需繞過柱時，宜在梁側4倍受壓翼緣高度的范圍內布置，當有可靠依據和經驗時，此限制可適當放寬。在集中荷載作用點兩側宜設置構造的鋼絞線網片U形箍。采用FRP格柵-ECC進行加固時，應符合以下構造要求。對正彎矩區進行受彎加固時，FRP格柵宜延伸至支座邊緣。在集中荷載作用點兩側應設置構造的FRP格柵U形箍（對梁）。FRP格柵的切斷位置距其充分利用截面的距離不應小于按下式計算得出的粘結延伸長度ld，并應延伸至不需要FRP格柵截面之外不小于200mm（圖7.2.10）。 ld=式中，ld——FRP格柵從強度充分利用截面向外延伸所需的粘結長度；cf——充分利用截面處FRP格柵的拉應變；cf——FRP格柵與混凝土間的粘結強度設計值，取0.5MPa；bcf——受拉面上粘貼的FRP格柵的寬度。LLd≥200mmFRP格柵梁原鋼筋部分承擔的彎矩加固后提高的彎矩圖7.2.10FRP格柵的粘結延伸長度柱的受壓加固采用ECC加固混凝土柱應符合國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010規定的結構分析基本原則，且一般情況下，應采用線彈性方法計算結構的作用效應。采用ECC加固混凝土柱時，應按照以下規定進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的設計驗算：被加固柱的作用效應，應按照下列要求確定：（1）受壓柱的計算圖形，應符合其實際受力和構造狀況；（2）作用效應和組合值系數以及作用的分項系數，應按照現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009確定，并應考慮由于實際荷載偏心、結構變形、溫度作用等造成的附加內力。受壓柱的尺寸，對原有部分采用實測值；對新增部分，可采用加固設計文件給出的名義值。采用增大截面法加固鋼筋混凝土軸心受壓柱時，其正截面軸心受壓承載力應按附錄B.0.1條計算。采用增大截面法加固鋼筋混凝土偏心受壓柱時，其正截面受壓承載力應按附錄B.0.2條計算。加固混凝土結構時，ECC加固層厚度宜為25mm~45mm，增強筋材的保護層厚度不應小于15mm。為了保證ECC加固層與原混凝土之間的可靠粘結，加固構件表面應進行鑿毛處理，鑿毛后粗糙度等級不宜低于Ⅱ級；對于臨時建筑結構的加固，混凝土構件表面的粗糙度等級不宜低于Ⅰ級：構件表面經鑿毛后的粗糙度可按下式計算：(7.3.8-1)式中：——界面粗糙度；——平均抹砂深度；——表面鑿毛最大深度限制，取10mm；加固混凝土構件表面鑿毛程度可按下列規定劃分為三個粗糙度等級：Ⅰ級粗糙度：；Ⅱ級粗糙度：；Ⅲ級粗糙度：；節點加固采用增強筋材加固后框架節點的抗剪承載力宜按附錄C.1.1條計算，應考慮三部分貢獻：1）原框架節點核心區混凝土抗剪承載力；2）新增加的加固層增強筋材的抗剪承載力；3）加固層ECC材料的抗剪承載力。加固混凝土框架節點時，ECC加固層厚度宜為25mm~45mm；當增強筋材的保護層厚度不小于15mm，被加固構件的耐火極限要求分別為1.5h、2.0h、2.5h時，應在ECC層表面分別加抹不少于2mm、5mm、10mm厚的石膏、石灰砂漿面層或防火砂漿。條文說明相比混凝土，ECC材料具有更高的耐火極限和火災后剩余強度。為進一步提高火災安全性，本條建議對ECC層表面做防火處理。增強筋材采用普通鋼筋網和CFRP網時，應在加固構件表面植入剪切銷釘，植入深度不應小于5d（d為銷釘直徑），且不應小于40mm，剪切銷釘的間距不應小于銷釘植入深度的2倍，銷釘與試件邊緣的距離不應小于60mm。樓板加固采用ECC進行樓板抗彎加固時，應對原混凝土表面進行人工鑿毛處理，粗糙度為0.9-1.5mm；澆筑ECC前需對鑿毛后的混凝土表面澆水潤濕，確保ECC加固層與混凝土變形協調，共同受力。條文說明ECC與混凝土的基體均為水泥基材料，通過表面鑿毛處理可有效提高兩者之間的機械咬合作用。采用FRP格柵增強ECC進行樓板加固時，應符合以下規定：FRP格柵可采用單層或雙層，格柵應采用專用的金屬脹栓固定在構件上；金屬脹栓間距宜為400mm，交錯布置。當設置單層FRP格柵時，ECC厚度不宜小于15mm；當設置雙層格柵時，ECC厚度不宜小于30mm。宜采用噴射法進行ECC施工。采用普通鋼筋網增強ECC進行樓板加固時，應符合以下規定：普通鋼筋網可采用單層或雙層，普通鋼筋網應采用專用的金屬脹栓固定在構件上，且保證施工過程中鋼筋彎位置不發生變動。當設置單層普通鋼筋網時，ECC厚度不宜小于25mm；當設置雙層普通鋼筋網時，ECC厚度不宜小于40mm；兩層普通鋼筋網間距大于鋼筋網縱向鋼筋直徑，且最外層普通鋼筋網保護層厚度大于15mm。宜采用噴射法進行ECC施工。采用ECC直接進行樓板加固時的承載力宜按附錄C.2.1條計算。采用FRP格柵增強ECC進行樓板加固時的承載力宜按附錄C.2.2條計算。采用普通鋼筋網增強ECC進行樓板加固時的承載力宜按附錄C.2.3條計算。砌體加固采用ECC面層加固砌體結構時，面層厚度宜為10mm-25mm；采用雙面加固時，每側ECC面層的厚度不宜小于10mm；采用單面加固時，面層厚度不宜小于15mm。當面層厚度超過25mm時，宜采用鋼筋網、高強鋼絞線網或FRP格柵等增強筋材與ECC復合加固，增強筋材保護層厚度不小于15mm。采用增強筋材與ECC復合加固砌體結構時，原墻體砌塊的實際強度等級不宜低于MU7.5。加固后砌體結構的環境溫度不宜超過80℃。條文說明ECC中的有機短切纖維（如PVA纖維）在高溫及次高溫環境下，易出現纖維變脆現象，導致ECC延性降低。被加固砌體構件表面粗糙度等級應滿足國家行業標準《水泥基復合砂漿鋼筋網加固混凝土結構技術規程》CECS242中的有關規定。加固后砌體結構的安全等級，應根據結構破壞后果的嚴重性、結構的重要性和加固設計使用年限，由委托方按實際情況共同商定。未經技術鑒定或設計許可，不得改變加固后砌體結構的用途和使用環境。本規程的各種砌體加固方法，在具體采用時應在設計、計算和構造上執行現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011和現行行業標準《建筑抗震加固技術規程》JGJ115的有關規定和要求。ECC加固砌體結構宜采用線彈性分析方法計算結構的作用效應，并應符合現行國家標準《砌體結構設計規范》GB50003的有關規定。原結構、構件的砌體強度等級應按下列規定取值：當原設計文件有效，且不懷疑結構有嚴重的性能退化時，可采用原設計值。結構的可靠性鑒定認為應重新進行現場檢測時，應采用檢測結果推定的標準值。采用ECC面層或鋼筋網-ECC復合加固軸心受壓的砌體結構時，其正截面受壓承載力宜按附錄D.0.1條計算。采用ECC面層或增強筋材-ECC復合加固墻體時，其受剪承載力宜按附錄D.0.2條計算。采用ECC面層加固后提高的受剪承載力宜按附錄D.0.3條計算。采用ECC面層或增強筋材-ECC面層對砌體結構進行抗震加固時，宜采用雙面加固以增強結構的整體性。采用ECC面層或增強筋材-ECC面層加固砌體墻的抗震受剪承載力宜按附錄E.0.4條計算。ECC面層加固墻體四周應采用嵌縫、L形倒角或拉