《高等钢筋混凝土理论》第6章粘结与锚固

1、第第6章章 粘结与锚固粘结与锚固 粘结力的作用和组成 粘结力的产生 图21钢筋的粘结和锚固状态 （a)无枯结，无锚具 (b)无粘结，端部设锚具 (c沿全长和端部粘结可靠 (d)平衡条件 粘结应力状态 图22 两类粘结应力状态 (a)筋端锚固粘结 (b) 缝间粘结 (1) 钢筋端部的锚固粘结 (2) 裂缝间粘结 粘结力的组成 （1）组成 混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，其 抗剪极限（ ）取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。 周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用。 它取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及 二者间的摩擦系数等。 钢

2、筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用， 即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力。其极限值受混凝土的抗剪强 度控制。 （2）钢筋和混凝土的粘结参数试验 粘 图23 钢筋和混凝土的粘结参数试验 (a)粘着力试验 (b)摩擦系数试验 (c)表面粗糙度和咬合力 粘结作用与粘结机理 裂缝出现前的粘结作用 P P M2=M1+M M1 T2=T1+TT1 x M2=M1+M M1 理想 分布 实际分布 st h M T 1 1 h MM h M T 212 2 h M T sss h V hx M x T 1 梁中粘结应力的分布与 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

3、变化 钢筋的周长 P P 裂缝出现后的粘结作用 T 两种粘结作用 锚固粘结 保证钢筋和混 凝土共同工作 缝间粘结 改善钢筋混凝 土的耗能性能 粘结试验 拔出试验 搭接长度 延伸长度 半梁试验 搭接长度试验 延伸长度试验 粘结破坏形态 光圆钢筋 钢筋拔出 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部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部 分组成：分组成： v（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一（）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，当接触面发生般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用

4、，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。 v（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 v（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（）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。（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。 v（4）钢筋端部的锚固力。）钢筋端部的锚固力。 粘结破坏形态 变形钢筋 纵向分量 径向分量 构件纵向开裂 粘结破坏形态 变形钢筋 纵向分量 径向分量 混凝土撕裂混凝土局部挤碎刮出式破坏 变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生变形

5、钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力斜向挤压力 (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，径向 分力使混凝土产生分力使混凝土产生环向拉力环向拉力(radial tension)。 轴向拉力和剪力使混凝土产生内部轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝斜向锥形裂缝 环向拉力使混凝土产生内部环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝径向裂缝。 In a deformed bar, bond is produced by the wedging effect of bar ribs in concrete. 当混

6、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，径向 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，产生机械咬合作用将很快丧失，产生“劈裂式劈裂式” 粘结破坏粘结破坏. 在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢 筋筋 ）或增加混凝土的保护层厚度（）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。 Influence factors (影响粘结强度的主要因素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、钢筋表面和混凝土强度、保护层厚度和钢筋净

7、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. 7.2 钢筋与混凝土的粘结 混凝土强度混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强：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，而与抗拉强成正比，而与抗拉强 度度 ft 成正比。成正比。 保护层厚度和钢筋净间距保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取：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，混凝土抵抗劈 裂破坏的能力也越大，

8、粘结强度越高。裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。 当当c/d 很大时，若锚固长度不够，则产生剪切很大时，若锚固长度不够，则产生剪切“刮梨式刮梨式”破坏。破坏。 同理，钢筋净距同理，钢筋净距s与钢筋直径与钢筋直径d 的比值的比值s/d 越大，粘结强度也越越大，粘结强度也越 高。高。 横向配筋横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘 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，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。比受弯垂直裂缝更大，将严重降低构件的耐

9、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。 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。 配置横向钢筋可以阻止径向裂缝的发展。因此对于直径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。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。来控制劈裂裂缝的发生。 7.2 钢筋与混凝土的粘结 7.2 钢筋与混凝土的粘

10、结 环氧涂层钢筋环氧涂层钢筋 7.2 钢筋与混凝土的粘结 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，从而 使摩擦作用增加使摩擦作用增加 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， 导致咬合作用降低导致咬合作用降低 7.2 钢筋与混凝土的粘结 l Tu 一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间 的平

11、均粘结强度 l T s u u 钢筋周长埋置长度 拔出拉力 影响因素 混凝土强度 浇注位置（水平浇注、竖向浇注） 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 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 d c c d p tt a t a ldcdpl 2 )2( t d c p) 2 1 ( 当t=ft时，锚固破坏 tu f d c p) 2 1 ( la 当变形钢筋肋倾角为45时 d p tt uu p a y a y as u

12、u l df dl fd l T 4 4/ 2 t y a f d c f d l ) 2 1 ( la d f f l t y a 6 dc2令 t y a f d c f d l ) 2 1 ( 2c 当c2d时，la的数值比上式的数值要小 d f f l t y a la 基本锚固长度（GB50010）： 锚固钢筋的外形系数 对不同的情况还要作修正 对上式作修正可 得搭接长度 dl ll 粘结应力滑移本构模型 在钢筋混凝土结构的有些设计或分析过程中要求应用钢筋和混凝土间的 粘结应力-滑移本构关系，例如非线性有限元分析中的粘结单元，计算钢筋的 锚固或搭接长度，确定构件混凝上开裂后的受拉刚化效应，计算抗震构件和节 点处的钢筋滑移变形量，等等。 特征值的计算 现有两种途径确定拉拔钢筋的劈裂应力值。一种是半理论、半经验的方法， 将钢筋周围的混凝土简化为一厚壁管，根据钢筋横肋对混凝土的挤压力，按弹 性或塑性理论进行推导，建立近似计算式。另一种途径则是直接统计试验数据， 用回归分析求得经验计算式。 （1）劈裂应力 cr 2