浅谈钢筋混凝土的协同工作

浅谈钢筋混凝土的协同工作

【摘要】钢筋和混凝土有着互补力学性质，将二者有机结合能够较好的发挥二者的性能优势。而钢筋与混凝土的温度膨胀系数想接近则为二者协同工作提供了可能。本文简要阐述了钢筋混凝土协同工作的影响因素。

【关键词】钢筋混凝土；协同工作；粘结力

引言

以混凝土为主要材料制作的构件称为混凝土结构。它主要包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等。其中，钢筋混凝土构件因其良好的发挥了钢筋和混凝土两种材料的优势，在实际工程中有着广泛的应用。本文将就钢筋与混凝土协同工作的因素作简要分析。

1 钢筋与混凝土的力学性能特点

工程中常用的钢筋主要有热轧钢筋、冷加工钢筋和钢丝、钢绞线等。其中，热轧钢筋受拉时具有明显的屈服点和屈服台阶，达到屈服后有较长的强化阶段，延性较好。而中、高强钢丝和钢绞线受拉时虽无明显的屈服点和屈服台阶，但其抗拉强度很高，脆性性质不明显。

素混凝土具有典型的承压能力好的特点，其抗压强度随混凝土等级的提高而不断提高，但同时其脆性性质也愈加明显。另外，混凝土的抗拉性能较差，其抗拉强度仅为抗压强度的几分之一甚至十几分之一。作为承重构件，其脆性性质不能满足工程中对于构件延性的要求：作为梁构件，其抗压性能也得不到充分的发挥。

2 钢筋与混凝土协同工作的必要性

由钢筋和混凝土的力学性质的特点可知，将其二者搭配，使其协同工作可以在一定程度上较好的发挥二者的优越性，满足工程需要。这种优越性的具体体现，可以由以下破坏性试验看出：

图示为一根素混凝土简支梁，跨度4m，截面尺寸b×h=200mm×300mm，混凝土强度等级为C20，梁的跨中作用集中荷载F。当荷载F较小时，混凝土梁截面应力分布同弹性材料梁，应力沿截面高度呈线性分布；当荷载F不断增大，混凝土梁截面受拉侧混凝土达到极限拉应变时，该混凝土梁在此处产生裂缝，并迅速沿高度方向发展。该混凝土梁的断裂是瞬间完成的，呈现明显的塑性。同时，因混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，构件破坏始于拉裂，故混凝土的抗压强度的不到充分发挥，破坏荷载只有8kN左右。

如果在梁的受拉区布置三根直径为16ram的HPB235级钢筋，并在受压区布置两根直径为10mm的架立筋和适量的箍筋，进行同样的荷载试验，则可以看到当达到极限拉应变时，虽然混凝土开裂，但裂缝不会迅速扩展。直到受拉侧钢筋达到极限拉应变、受压区混凝土被充分利用时，才会出现梁的破坏。试件破坏前变形和裂缝都发展的很充分，呈现出明显的破坏预兆。虽然钢筋的截面面积只占整个截面面积的1%左右，但破坏荷载却可以提高到36kN。因此，钢筋与混凝土协同工作可以达到提高构件的承载力和延性效果。3钢筋混凝土协同工作的影响因素

3.1钢筋与混凝土的热膨胀系数

钢筋的线胀系数为1.2×10-5℃-1，混凝土的线胀系数为1.0×103～1.0×10-5℃-1，二者数值相接近。因此，当温度变化时，钢筋与混凝土之间不会存在较大的

相对变形和，aa应力而发生粘结破坏。

3.2钢筋混凝土之间的粘结

混凝土结硬后，能与钢筋牢固的粘结在一起，相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能共同工作的基础。

3.2.1粘结强度的分类

（1）化学胶结力：这种粘结力是存在与混凝土与钢筋接触面上的化学吸附力，通常较小，在接触面发生相对滑动时消失。

（2）摩擦力：混凝土硬结后会发生收缩，从而握裹住内部钢筋，产生摩擦力。这种摩擦力随着接触面粗糙程度的增大、挤压力的增大而增大。

（3）机械咬合力：机械咬合力是指钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的一种粘结力。它是变形钢筋粘结力的主要来源。

（4）钢筋端部的锚固力：这通常是指在采取钢筋端部弯折、弯钩，以及在锚固去焊短钢筋、角钢筋等措施后产生的锚固力。

4 影响粘结强度的因素

4.1混凝土强度

提高混凝土的强度，可以提高混凝土与钢筋的胶结力和机械咬合力。对于带肋钢筋，提高混凝土强度还可以推迟劈裂裂缝的出现，增强横肋间混凝土咬合齿的强度，从而提高粘结强度。实验表明，粘结强度与混凝土的抗拉强度成正比。

4.2混凝土保护层厚度及钢筋净间距

带肋钢筋的粘结破坏形态，与混凝土保护层厚度有关，保护层厚度较小时一般发生劈裂破坏，保护层较厚时发生刮犁式破坏，而后者的粘结强度比前者大。实验表明，当相对保护层厚度o/a>5 6（c为保护层厚度，d为钢筋直径）时，粘结破坏为刮犁式破坏。另外，钢筋见京剧对粘结强度也有一定影响，当钢筋间净距较大时，可能是保护层劈裂；当钢筋间净距较小时，则可能是沿钢筋连线劈裂，导致粘结强度降低。

4.3钢筋的外形

对于带肋钢筋而言，钢筋的外形决定了混凝土咬合齿的形状，钢筋的相对受力面积较小，粘结强度低。不同外形对于粘结强度的影响具体如图，可恨钢丝的粘结强度较低，而螺纹肋钢筋的粘结强度最高，且有很好的粘结延性。

另外，由于带肋钢筋的外形参数不随直径成比例变化，因此，对于大直径的钢筋，由于累的相对受力面积减小，粘结轻度也有所降低，如直径为32mm的钢筋比直径为16mm的钢筋粘结强度降低约12%。

4.4横向配筋

横向钢筋制的是沿钢筋纵向配置的箍筋或螺旋箍筋。横向钢筋可以限制径向裂缝的发展，延缓或阻止劈裂破坏，从而提高粘结强度。粘结强度的提高幅度与横向钢筋配置的数量有关。

4.5受力情况

在钢筋锚固范围内存在的侧压力，如支座处的反力、梁柱节点处柱上的轴压力等，可增大钢筋与混凝土的摩擦力和咬合力，从而提高粘结强度；剪力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，导致要合力减小，粘结强度降低。

4.6锚固长度

有实验结果表明，锚固长度较短时，粘结应力在锚固长度较短时，粘结应力在锚固长度范围内的分布比较均匀，平均粘结强度较高，随着锚固长度的增大，