高等钢筋混凝土结构-06.粘结与锚固

Influence factors (影响粘结强度的主要因素)
混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋、 混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋、钢筋表面和 外形特征、受力情况及锚固长度. 外形特征、受力情况及锚固长度 (1) 混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强 混凝土强度： 度的提高而增加，但并不与立方体强度f 成正比， 度的提高而增加，但并不与立方体强度 cu成正比，而与抗拉强 成正比。 度 ft 成正比。 (2) 保护层厚度和钢筋净间距 ：对于变形钢筋， 粘结强度主要取 保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋， 决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大， 混凝土抵抗劈 越大， 决于劈裂破坏。 因此相对保护层厚度 裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。 裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。 很大时，若锚固长度不够，则产生剪切“刮梨式”破坏。 当c/d 很大时，若锚固长度不够，则产生剪切“刮梨式”破坏。 同理，钢筋净距s与钢筋直径 的比值s/d 越大，粘结强度也越 与钢筋直径d 越大， 同理，钢筋净距 与钢筋直径 的比值 高。
◆ 当混凝土保护层和钢筋间距较小时，径向 当混凝土保护层和钢筋间距较小时，
裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝， 裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝， 机械咬合作用将很快丧失，产生“劈裂式” 机械咬合作用将很快丧失，产生“劈裂式” 粘结破坏. 粘结破坏 在钢筋周围配置横向钢筋（ ◆在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢 或增加混凝土的保护层厚度（ ）， 筋 ）或增加混凝土的保护层厚度（c/d）， 可提高粘结强度。 可提高粘结强度。
◆光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三 光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理， 部分组成： 部分组成： 钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。 ）。一 （１）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一 般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用， 般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生 相对滑移时，该力即消失。 相对滑移时，该力即消失。 混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 （２）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 （３）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力 咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。 ）。对于光圆钢筋 （咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。 （4）钢筋端部的锚固力。 ）钢筋端部的锚固力。
2c
基本锚固长度（GB50010）：
la = α
fy ft
d
对不同的情况还要作修正
锚固钢筋的外形系数 对上式作修正可 得搭接长度
ll = ζld
la
7.2 钢筋与混凝土的粘结
(3) 横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘 横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展， 结强度得到提高。 结强度得到提高。 ● 由于劈裂裂缝是顺钢筋方向产生的，其对钢筋锈蚀的影响 由于劈裂裂缝是顺钢筋方向产生的， 比受弯垂直裂缝更大，将严重降低构件的耐久性。 比受弯垂直裂缝更大，将严重降低构件的耐久性。 ● ● ● 因此应保证不使径向裂缝到达构件表面形成劈裂裂缝。 因此应保证不使径向裂缝到达构件表面形成劈裂裂缝。 配置横向钢筋可以阻止径向裂缝的发展。 配置横向钢筋可以阻止径向裂缝的发展。因此对于直径 当一排并列钢筋的数量较多时， 当一排并列钢筋的数量较多时，也应考虑增加横向钢筋 所以，保护层应具有一定的厚度，钢筋净距也应保证。 所以，保护层应具有一定的厚度，钢筋净距也应保证。 较大钢筋的锚固区和搭接长度范围，均应增加横向钢筋。 较大钢筋的锚固区和搭接长度范围，均应增加横向钢筋。 来控制劈裂裂缝的发生。 来控制劈裂裂缝的发生。
粘结破坏形态
变形钢筋
径向分量 纵向分量
构件纵向开裂
粘结破坏形态
变形钢筋
径向分量 纵向分量
混凝土撕裂
混凝土局部挤碎
刮出式破坏
In a deformed bar, bond is produced by the wedging effect of bar ribs in concrete.
◆ 变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力 变形钢筋受力后，
7.2 钢筋与混凝土的粘结
一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间 的平均粘结强度
拔出拉力
l
Tu τu = µ sl
Tu 钢筋周长 埋置长度
混凝土强度 浇注位置（水平浇注、竖向浇注）
影响因素
钢筋的外形特征 保护层厚度和钢筋的净距
锚固长度的理论分析
原则
钢筋屈服时正好发生锚固破坏
对象
以直径为2c的混凝土试件内配 直径为d的变形钢筋为例
第六章 粘结与锚固
粘结作用与粘结机理
P P
裂缝出现前的粘结作用
M 2 M 1 + ∆M 2 M1 T2 ≈ = T1 = γh γh γh ∆M ∆T = γh
M1 M2=M1+∆M T2=T1+∆T
τ
T1 M1 ∆x
梁中粘结应力的分布与 M2=M1+∆M V的分布规律相同； 实际上由于微裂缝的存 在分布规律还要变化 钢筋的周长 实际分布
(bearing pressure)
◆ 其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向 其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，
分力使混凝土产生环向拉力 环向拉力(radial tension)。 分力使混凝土产生环向拉力 。
◆ 轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝 ◆ 环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。 环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝 径向裂缝。
p
σt
d
σt
τ u = pu
πd 2 f y / 4 df y Tu τu = = = µ s la πdla 4la
fy la = d ( c − 1) f t d 2
la
fy la = d ( c − 1) f t d 2
令c = 2 d
la =
fy 6 ft
d
当c>2d时，la的数值比上式的数值要小
7.2 钢筋与混凝土的粘结
7.2 钢筋与混凝土的粘结
环氧涂层钢筋
7.2 钢筋与混凝土的粘结
(5) 受力情况： 受力情况： ● 在锚固范围内存在侧压力可提高粘结强度 ● 剪力产生的斜裂缝则会使锚固钢筋受到销栓作用而降 低粘结强度 ● 受压钢筋由于直径增大会增加对混凝土的挤压，从而 受压钢筋由于直径增大会增加对混凝土的挤压， 使摩擦作用增加 ● 受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎， 受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎， 导致咬合作用降低
V ∆T ∆M 1 τ= = = ∆xµ s ∆x γhµ s γhµ s
σst τ
理想 分布
裂缝出现后的粘结作用
P P
两种粘结作用
T
保证钢筋和混 凝土共同工作
锚固粘结
缝间粘结
改善钢筋混凝 土的耗能性能
粘结试验
搭接长度
搭接长度试验 半梁试验 拔出试验
延伸长度
延伸长度试验
粘结破坏形态
光圆钢筋
钢筋拔出
假定
纵裂发生在刮出式破坏以前
锚固长度的理论分析
假定由于p引起的混凝土中的拉应 力按线形分布
la d p
la ⋅ p ⋅ d = (2c − d )
σt
2
la
c 1 p = ( − )σ t d 2
当σt=ft时，锚固破坏 c
σt
c d
σt
c 1Fra Baidu bibliotekpu = ( − ) f t d 2
当变形钢筋肋倾角为45º时