钢筋地锚固、连接与节点构造

1、钢筋保护层厚度

1.1、混凝土保护层的作用：

1）保证钢筋的锚固：

2.2、钢筋的机械锚固： (详《混规》第9.

3.2条)

当受拉钢筋的直线锚固长度所需的位置不够时，可以采用机械锚固形式，规推荐了三种机械锚固措施。图a所示加135°弯钩，靠弯钩侧对混凝土的局部压力和弯钩尾部斜直段外侧混凝土对弯钩的“板直”趋势的约束效应来提高锚固能力。此种机械锚固端周围应有相应的箍筋或有足够厚度的混凝土，否则，混凝土会因弯弧对混凝土所引起的劈裂力过大而大面积剥落。图b、c所示的锚固措施则是靠钢板或短钢筋端对混凝土的局部压力来提高锚固能力。

混凝土结构中钢筋能够受力是由于其与周围混凝土之间的粘结锚固作用，混凝土保护层越厚，则粘结锚固作用越大。规中受力钢筋的锚固长度是以混凝土保护层度不小于钢筋的直径为条件确定的。

l 结构设计说明中虽然特别注明了“受力钢筋保护层厚度不小于钢筋直径”，但在实际施工中往往没有做到，应注意。

2）耐久性：

混凝土的碱性环境使包裹在其中的钢筋表面形成钝化膜而不易锈蚀。但是碳化和脱钝会使钢筋遭受锈蚀，碳化的时间与混凝土的保厚层厚度有关，一定的钢筋保护层厚度是结构耐久性所必需的条件。

3）受力构件截面的有效高度：

从锚固和耐久性的角度，钢筋在混凝土中的保护层应该越大越好，然而从受力的角度而言，则正好相反。

l 因此，确定混凝土保护层厚度应综合考虑锚固、耐久性、截面有效高度三个因素。在能保证锚固和耐久性的条件下尽可能取较小的保护层厚度。

1.2、混凝土保护层最小厚度的规定及影响因素：

l 混凝土保护层最小厚度根据不同情况分别对待，详《混规》第9.2节。

1）环境类别的影响

2）构件类型的影响：

①板墙壳类——与大气只有一个接触面；

②梁、柱类——棱角部位受力钢筋与大气有两个接触面，碳化和有害介质的入侵更容易，因此最小保厚层厚度适当增加；对结构安全影响更大的柱类构件，保厚层厚度较梁类加大。

③基础—考虑处于地下水影响的潮湿环境；

④预制类构件—由于工厂化生产，预制构件的混凝土质量容易得到保证，因此保护层厚度适当减低。

⑤附助钢筋的保护层—箍筋、构造钢筋、分布筋。

1.3、保护层的其他构造要求

1）露天悬臂构件：

处于二、三类环境中的悬臂板，其上表面应另作水泥砂浆保护层或采取其他保护措施。

2）厚保护层的表面要求：

当保护层厚度大于40mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施，常用办法是在构件的表面配置焊接或绑扎的细钢筋网片。

3）混凝土结构的防火要求；

4）100年使用年限时的耐久性要求。

2、钢筋的锚固——详《混规》第9.3节；《高规》第6.5节

2.1、钢筋锚固机理：

l 混凝土结构中钢筋能够受力是由于它与混凝土之间的粘结锚固作用，因此锚固是混凝土结构受力的基础，保证钢筋的锚固是混凝土结构设计中的重要容。

1）粘结锚固力的构成：

钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用由胶结力、摩擦力、咬合力及机械锚固构成。咬合力表现为钢筋对混凝土咬合齿的挤压力，是锚固作用的主要成分。

2）锚固强度、锚固刚度：

l 钢筋的锚固强度和刚度由拉拔试验测定。

钢筋拉拔时，在钢筋与混凝土界面上存在沿钢筋长度方向的抗拔能力。“粘结应力”——即单位钢筋面积上的作用剪力；“粘结强度”——即为剪应力上限，或者说沿钢筋长度方向的界面抗剪强度。粘结应力沿钢筋表面传给混凝土，并在锚固段周围的混凝土中形成主应力场，此主应力场不是平面的，而是三维的。若钢筋锚固长度过短，除去钢筋可能因粘结破坏而拔出外，还可能将其周围的混凝土沿主压应力迹线拉裂，甚至拉出，形成“局部拉脱”破坏。（如图示）

钢筋拉拔时，埋入混凝土的一段长度钢筋表面的粘结能力把拉力有效地传入混凝土，抗拔出能力和抗拔出刚度（指滑出量不能过大）称为“锚固强度”、“锚固刚度”。

3）影响粘结锚固的因素：

①混凝土强度的影响——混凝土强度越高，咬合齿越强，握裹层混凝土的劈裂就越不容易发生，故粘结锚固作用越强。

②保护层厚度——混凝土保护层越厚，对锚固钢筋的约束越大；咬合力对握裹层混凝土的劈裂越难发生，粘结锚固作用越强。当保护层厚度大到一定程度，混凝土不会发生劈裂破坏，而会发生咬合齿挤压破碎引起的刮犁拔出破坏。

③钢筋的外形——钢筋的外形决定了混凝土咬合齿的形状，因而对锚固强度影响很大。

④锚固区域的配箍——锚固区箍筋可加大混凝土的约束。

ü第一种是由梁、柱纵筋的钢筋拉（压）力传入节点的部分所引起的在核心区混凝土形成剪力流承担剪力。此剪力流将引起核心区混凝土双向受力（一拉一压），随着地震反复作用，核心区将交叉开裂，原由混凝土承担的主拉应力，将改由平行受力方向的节点水平箍肢和节点正面及背面竖向柱筋承担，而主压应力仍由核心区混凝土承担。此受力机构称为“桁架机构”。随着受力的正、反交替，梁、柱筋的粘结逐步退化，“桁架机构”所承担的节点剪力比重也逐步下降。（如图示）

ü另一种是由梁、柱端的混凝土压力在核心区混凝土的相应对角线方向（在一定宽度）形成“斜压杆区”，起承担相应部分节点剪力的作用，构成——“斜压杆机构”。随着桁架机构的退化，斜压机构的受力上升，是节点区的主要抗剪机构。（如图示）

l 试验表明，节点水平箍筋对节点核心区的约束作用，提高了核心区斜压混凝土的抗剪能力——称为“约束机构”。这种“约束机构”对节点抗震能力发挥着非常重要的作用。另在“桁架机构”中，节点区箍筋的水平箍肢能承担由剪力流所引起核心区混凝土的主拉应力。可见节点区的水平箍筋对节点的抗震性能是非常关键的。

6.2、框架中间层端节点的受力特性

l 保证梁筋水平锚固段长度不论对于非抗震还是抗震中间层端节点都是非常关

键的。

框架中间层端节点因为只有一侧有梁，所以在地震作用占主导地位时，一个方向的地震作用会引起较大的梁端负弯矩（地震负弯矩和重力负弯矩叠加），而另一个方向的地震作用，此时由于地震作用产生梁端正弯矩，与重力作用的梁端负弯矩叠加，则会引起很小的梁端负弯矩或绝对值较小的梁端正弯矩。与中节点一样，其节点受力机构为：

“桁架机构”——由梁筋水平锚固段和柱筋贯穿段经粘结传入节点核心区的剪力仍将在核心区形成剪力场，受力机理同中节点。

②“斜压杆机构”——原理同中间层中节点。不同之处在于，中节点处仅由梁、柱端的混凝土压力形成“斜压杆”，端节点核心区的“斜压杆”构成如下：当柱截面足够大梁纵筋采用直锚时，节点核心区的“斜压杆”仅由梁、柱端的混凝土压力形成；当梁纵筋采用90°弯锚并按规要求构造时，梁纵筋90°弯弧和竖直尾段传入核心区的“弯弧力”（对混凝土的压应力），将参与构成节点核心区的“斜压杆”。

③同样，核心区水平箍筋也将形成“约束机构”。

l 综合以上三点可以看出，中间层端节点的受力在处理好梁上下纵筋的锚固前提下，与中间层中节点的受力规律和抗剪机构是相同的，只不过端节点只有一侧有梁，所以作