2019一級結(jié)構(gòu)工程師《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》講義：第二章第三節(jié)

2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié)

2.3.1 粘 結(jié) 的 意 義

1. 粘結(jié)的意義

鋼筋和混凝土能共同工作，除了二者具有相近的線膨脹系數(shù)外，更主要的是由于混凝土硬化后，鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力。為了保證鋼筋不被從混凝土中拔出或壓出，還要求鋼筋有良好的錨固。

粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎。

2. 粘結(jié)應力

鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應力，通常把這種剪應力稱為粘結(jié)應力。根據(jù)受力性質(zhì)的不同，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應力可分為裂縫間的局部粘結(jié)應力和鋼筋端部的錨固粘結(jié)應力兩種:

(a) 錨固粘結(jié)應力 (b) 裂縫間的局部粘結(jié)應力

(1) 裂縫間的局部粘結(jié)應力

在相鄰兩個開裂截面之間產(chǎn)生的，鋼筋應力的變化受到粘結(jié)應力的影響，粘結(jié)應力使相鄰兩個裂縫之間混凝土參與受拉。局部粘結(jié)應力的喪失會影響構(gòu)件的剛度的降低和裂縫的開展。

(2) 鋼筋端部的錨固粘結(jié)應力

鋼筋伸進支座或在連續(xù)梁中承擔負彎矩的上部鋼筋在跨中截斷時，需要延伸一段長度，即錨固長度。要使鋼筋承受所需的拉力，就要求受拉鋼筋有足夠的錨固長度以積累足夠的粘結(jié)力，否則，將發(fā)生錨固破壞。

2.3.2 粘 結(jié) 力 的 組 成

1. 粘結(jié)力的組成

鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用主要由三部分所組成：

(1)鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力(膠結(jié)力)。

(2)混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生摩阻力。

(3)鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力(咬合力)。

2. 光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)機理的主要差別

光面鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力，而變形鋼筋的粘結(jié)力主要來自機械咬合作用(圖2-28)。二者的差別，可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。

2.3.3 粘 結(jié) 強 度

鋼筋的粘結(jié)強度通常采用直接拔出試驗來測定，為了反映彎矩的作用，也用梁式試件進行彎曲拔出試驗。

由直接拔出試驗，鋼筋和混凝土之間的平均粘結(jié)應力τ可表示為

τ=N/πdι (2-22)

式中 N —— 鋼筋的拉力; d —— 鋼筋的直徑; l —— 粘結(jié)長度。

(a) 直接拔出試驗 (b) 彎曲拔出試驗

2.3.4 影響粘結(jié)強度的因素

主要影響因素有混凝土強度、保護層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側(cè)向壓應力，以及澆筑混疑土時鋼筋的位置等。

(l) 混凝土強度：光圓鋼筋及變形鋼筋的粘紹強度都隨混凝土強度等級的提高而提高。

圖2-30 不同強度混凝土的粘結(jié)應力和相對滑移關系

(2) 保護層厚度：鋼筋外圍的混凝土保護層太薄，可能使外圍混凝土因產(chǎn)生徑向劈裂而使粘結(jié)強度降低。增大保護層厚度，保持一定的鋼筋間距，可以提高外圍混凝土的抗劈裂能力，有利于粘結(jié)強度的充分發(fā)揮。

(3) 鋼筋凈間距：混凝土構(gòu)件截面上有多根鋼筋并列在一排時，鋼筋間的凈距對粘結(jié)強度有重要影響，鋼筋凈間距過小，外圍混凝土將發(fā)生水平劈裂，形成貫穿整個梁寬的劈裂裂縫，造成整個混凝土保護層剝落，粘結(jié)強度顯著降低。一排鋼筋的根數(shù)越多，凈間距越小，粘結(jié)強度降低的就越多。

(4) 橫向配筋：橫向鋼筋(如梁中的箍筋)可以限制混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展，提高粘結(jié)強度。橫向鋼筋還可以限制到達構(gòu)件表面的裂縫寬度，從而提高粘結(jié)強度。

(5) 側(cè)向壓應力：在直接支承的支座處，如梁的簡支端，鋼筋的錨固區(qū)受到來自支座的橫向壓應力，橫向壓應力約束了混凝土的橫向變形，使鋼筋與混凝土間抵抗滑動的摩阻力增大，因而可以提高粘結(jié)強度。

(6) 澆筑混疑土時鋼筋的位置：澆筑混凝土時，深度過大(超過300mm)，鋼筋底面的混凝土會出現(xiàn)沉淀收縮和離析泌水，氣泡逸出，使混凝土與水平放置的鋼筋之間產(chǎn)生強度較低的疏松空隙層，從而會削弱鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用。

另外，鋼筋表面形狀對粘結(jié)強度也有影響，變形鋼筋的粘結(jié)強度大于光圓鋼筋。

2.2.5 鋼筋的錨固與搭接

1. 保證粘結(jié)的構(gòu)造措施

《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》采用不進行粘結(jié)計算，用構(gòu)造措施來保證混凝土與鋼筋粘結(jié)。保證粘結(jié)的構(gòu)造措施有如下幾個方面：

(1) 保證最小搭接長度和錨固長度;

(2) 滿足鋼筋最小間距和混凝土保護層最小厚度的要求;

(3) 鋼筋的搭接接頭范圍內(nèi)應加密箍筋;

(4) 鋼筋端部應設置彎鉤。

(5) 在澆注大深度混凝土構(gòu)件時，應分層澆注或二次澆搗。

(6) 一般除重銹鋼筋外，可不必除銹。

2.基本錨固長度

《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的基本錨固長度La ，它與鋼筋強度、混凝土抗拉強度、鋼筋直徑及外形有關，可按式(5-27)計算:

La = α(fy/ft)d

式中 La —— 受拉鋼筋的錨固長度;

fy —— 鋼筋抗拉強度設計值;

ft —— 混凝土軸心抗拉強度設計值;當混凝土強度等級高于C40時，按C40取值;

d —— 鋼筋的公稱直徑;

α—— 錨固鋼筋的外形系數(shù)，詳見表5-1

鋼筋的錨固可采用機械錨固的形式，主要有彎鉤、貼焊鋼筋及焊錨板等。采用機械錨固可以減少錨固長度。錨固長度修正系數(shù)(折減系數(shù))為0.7。

3. 鋼筋的搭接

鋼筋長度不夠時，或需要采用施工縫或后澆帶等構(gòu)造措施時，鋼筋就需要搭接。搭接是指將兩根鋼筋的端頭在一定長度內(nèi)并放，并采用適當?shù)倪B接將一根鋼筋的力傳給另一根鋼筋。

(1) 鋼筋搭接的原則: ①接頭應設置在受力較小處;②同一根鋼筋上應盡量少設接頭;③機械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，所以應優(yōu)先采用機械連接。

(2) 搭接長度

受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度按下式計算：

L1=ζLa (2-23)

式中，ζ為受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，它與同一連接區(qū)段內(nèi)搭接鋼筋的截面面積有關，詳見表5-3。

對于受壓鋼筋的搭接接頭及焊接骨架的搭接，也應滿足相應的構(gòu)造要求，以

保證力的傳遞。