粘结、锚固及钢筋布置

一、概 述, 受弯构件正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力的计算中，钢筋强度的充分发挥是建立在可靠的配筋构造基础上的。 配筋构造是计算模型和构件受力的必要条件（如双筋梁，箍筋的构造要求是保证受压钢筋强度发挥的必要条件） 没有可靠的配筋构造，计算模型和构件受力就不可能成立 配筋构造与计算设计同等重要。由于疏忽配筋构造而造成工程事故的情况是很多的。故切不可重计算，轻构造。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置Bond, Anchorage and Details of Reinforcement,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.1 概 述,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.1 概 述,ss=0,ss=常数,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,7.2 钢筋与混凝土的粘结性能一、粘结的概念 钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。 通过钢筋与混凝土界面的粘结应力(bond stress)，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。 粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。 钢-混凝土组合梁,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,二、粘结的作用1、锚固粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,2、裂缝间粘结,三、粘结的机理钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力；混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力；机械咬合力。,当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。 由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。 为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。, 将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。 对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力， 其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向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。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 当混凝土保护层和钢筋间距较小时，径向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，产生劈裂式粘结破坏。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/d）较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，形成所谓的“刮梨式”破坏， “刮梨式”破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。,四、粘结强度 Bond Strength,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,拔出试验 Pull out test,粘结强度tu ：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力,影响粘结强度的主要因素 Influence factors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, 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度的提高而增加，但并不与立方体强度fcu成正比，而与抗拉强度 ft 成正比。 保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。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d 的比值s/d 越大，粘结强度也越高。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 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度的提高而增加，但并不与立方体强度fcu成正比，而与抗拉强度 ft 成正比。 保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。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d 的比值s/d 越大，粘结强度也越高。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,影响粘结强度的主要因素 Influence factors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, 横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。 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。所以，保护层应具有一定的厚度，钢筋净距也应保证。 配置横向钢筋可以阻止径向裂缝的发展。因此对于直径较大钢筋的锚固区和搭接长度范围，均应增加横向钢筋。 当一排并列钢筋的数量较多时，也应考虑增加横向钢筋来控制劈裂裂缝的发生。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 钢筋表面和外形特征： 光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。 月牙肋和螺纹肋变形钢筋，前者肋的相对受力面积（挤压混凝土的面积与钢筋截面积的比值）较小，粘结强度比螺纹钢筋低一些。 由于变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化，对于直径较大的变形钢筋，肋的相对受力面积减小，粘结强度也有所减小。 此外，当钢筋表面为防止锈蚀涂环氧树脂时，钢筋表面较为光滑，粘结强度也将有所降低。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 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，导致咬合作用降低,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结, 锚固长度： 拔出试验的锚固长度较短时，粘结应力在锚固长度范围分布比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较高 锚固长度较大时，则平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固长度的增加而增大 当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度la，,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.2 钢筋与混凝土的粘结,7.3 钢筋的锚固和搭接一、基本锚固长度 规范是以拔出试验为基础确定基本锚固长度的。取粘结强度tu与混凝土抗拉强度 ft 成正比，并根据试验结果，取钢筋受拉时的基本锚固长度为，,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,构件中钢筋的实际锚固长度应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、钢筋形式等的影响，采用基本锚固长度la乘以以下修正系数，并不小于最小锚固长度，也不小于0.7la和250mm。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,当受拉钢筋采用并筋形式时，由于其表面积减小，计算其基本锚固长度时应采用并筋的等效直径de（双并筋de=1.4d，三并筋de=1.7d）；当月牙肋钢筋锚固区混凝土保护层厚度大于2d时，锚固长度可乘以保护层修正系数，但对位于构件顶面混凝土中的水平钢筋，不进行保护层厚度修正。,当月牙肋钢筋末端采用图示机械锚固措施时，锚固长度可乘以机械锚固修正系数0.7。,受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍；当锚固钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时（如滑模施工），锚固长度应乘以施工扰动系数1.1；除构造需要的锚固长度外，当受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，锚固长度可乘以设计计算面积与实际配筋面积比值的配筋余量修正系数，但不得小于最小锚固长度。承受动力荷载和按抗震设计的结构，不考虑配筋余量修正系数。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,锚固区箍筋要求规范规定在受力钢筋锚固长度范围内箍筋的直径不小于0.25d（或0.25de），箍筋间距不大于10d，采用机械锚固措施时不应大于5d，在锚固长度范围内箍筋的数量不少于三个。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度大于5d（或5de）时，箍筋配置要求可放松。,2、简支支座锚固要求支座处有横向压应力，使粘结作用得到改善。因此支座处的锚固长度las可比基本锚固长度la减小。,光面钢筋末端应设置标准弯钩。当伸入支座的锚固长度不符合要求时，可在钢筋端部加焊锚固钢板或将钢筋焊接在梁端预埋件上。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,锚固区箍筋要求规范规定在受力钢筋锚固长度范围内箍筋的直径不小于0.25d（或0.25de），箍筋间距不大于10d，采用机械锚固措施时不应大于5d，在锚固长度范围内箍筋的数量不少于三个。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度大于5d（或5de）时，箍筋配置要求可放松。,2、简支支座锚固要求支座处有横向压应力，使粘结作用得到改善。因此支座处的锚固长度las可比基本锚固长度la减小。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,对于板，一般剪力较小，通常满足V0.7ftbh0的条件。且连续板的中间支座一般无正弯矩，因此板的简支支座和中间支座下部纵向受力钢筋的锚固长度均取las5d。,3、边支座,当柱截面高度足够时，框架梁上部纵筋可用直线方式伸入支座锚固，锚固长度不小于la，且应伸过注中心线不小于5d。当柱截面高度不足以布置直线钢筋时，应将梁上部纵筋伸至节点外边并向下弯折，但弯折前的水平投影长度lahaahla，混凝土强度等级为C20时，取aah=0.45；混凝土强度等级等于或大于C25时，取aah=0.4；弯折后的垂直长度不应小于15d。,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,3、边支座,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.3 钢筋的锚固和搭接,下部纵筋伸入支座的锚固要求：当计算中不利用其强度时，锚固长度可按V>0.7ftbh0时的简支支座情况考虑；当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，钢筋伸入支座的锚固长度不应小于la。若柱截面高度不够时，可将钢筋向上弯折，弯折的构造要求与上部钢筋向下弯折情况相同；,