钢筋混凝土课件-钢筋与混凝土的粘结性能.ppt

2.3 2.3 钢筋与混凝土之间的粘结性能钢筋与混凝土之间的粘结性能2.3.1 粘结的意义粘结的意义 钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝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。土共同受力、变形的基本前提。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。粘结的作用粘结的作用1 1、锚固粘结、锚固粘结2 2、裂缝间粘结、裂缝间粘结2.3.2 粘结力的组成粘结力的组成钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：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混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力胶结力；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摩擦力；机械咬合力。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。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。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。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。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，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，光面光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的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，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。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将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混，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。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。足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力斜向挤压力，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环向拉力向拉力。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。当混凝土保护层和钢筋间距较小时，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，产裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生生劈裂式粘结破坏劈裂式粘结破坏。在钢筋周围配置在钢筋周围配置横向钢筋横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。），可提高粘结强度。如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/dc/d）较大，径向裂缝很难）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，形成所谓的发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，形成所谓的“刮梨式刮梨式”破坏，破坏，“刮梨式刮梨式”破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。2.3.3 粘结强度粘结强度 Bond Strength 拔出试验拔出试验 Pull out test粘结强度粘结强度t t：粘结破坏：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）（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时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力2.3.4 影响粘结强度的主要因素影响粘结强度的主要因素 Influence factors1.混凝土强度混凝土强度2.混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度3.钢筋间距钢筋间距4.横向钢筋横向钢筋5.受力情况受力情况6.钢筋位置钢筋位置7.钢筋表面形状钢筋表面形状 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度的提高而增加，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但并不与立方体强度fcu成正比成正比，而与抗拉强度，而与抗拉强度 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：对于变形钢对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度相对保护层厚度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，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，则产生剪很大时，若锚固长度不够，则产生剪切切“刮梨式刮梨式”破坏。破坏。同理，钢筋净距同理，钢筋净距s与与钢筋直径钢筋直径d 的比值的比值s/d 越大，粘结强度越大，粘结强度也越高。也越高。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，使粘结强度得到提高。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，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。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因此应保证不使径向裂缝到达构件表面形成劈裂裂缝劈裂裂缝。所以，保护层应具有一定。所以，保护层应具有一定的厚度，钢筋净距也应保证。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。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。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。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。受力情况受力情况：在锚固范围内存在在锚固范围内存在侧压力侧压力可提高粘结强度可提高粘结强度 剪力产生的斜裂缝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，从而使摩擦作用增加 受反复荷载作用的钢筋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，肋前后的混凝土均会被挤碎，导致咬合作用降低钢筋位置钢筋位置：钢筋底面的混凝土出现沉淀收缩和离析泌水，气泡溢出，是两者间产生酥松空钢筋底面的混凝土出现沉淀收缩和离析泌水，气泡溢出，是两者间产生酥松空隙层，削弱粘结作用。隙层，削弱粘结作用。钢筋表面和外形特征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。光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。变形钢筋螺纹肋优于月牙肋变形钢筋螺纹肋优于月牙肋 由于变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化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，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。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。将有所降低。2.3.5 钢筋的锚固与搭接钢筋的锚固与搭接一、保证粘结的构造措施一、保证粘结的构造措施 规范规范采用不进行粘结计算，用构造措施来保证混凝土与钢筋粘结的方采用不进行粘结计算，用构造措施来保证混凝土与钢筋粘结的方法。有以下几个方面：法。有以下几个方面：1.对不同等级混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚对不同等级混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚 固长度；固长度；2.必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层厚度的要求；必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层厚度的要求；3.在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；4.钢筋端部应设置弯钩。钢筋端部应设置弯钩。此外：此外：合理浇筑混凝土；正确对待钢筋的锈蚀。合理浇筑混凝土；正确对待钢筋的锈蚀。二、基本锚固长度二、基本锚固长度 规范规范是以拔出试验为基础确定是以拔出试验为基础确定基本锚固长度基本锚固长度的。取粘结强度的。取粘结强度t tu与混凝土抗拉强与混凝土抗拉强度度 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，成正比，并根据试验结果，取钢筋受拉时的基本锚固长度为，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，采用影响，采用基本锚固长度基本锚固长度la乘以以下修正系数，并不小于乘以以下修正系数，并不小于最小锚固长度，也不小于最小锚固长度，也不小于0.7la和和250mm。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并筋的等效直径等效直径de（双并筋（双并筋de=1.4d，三并筋，三并筋de=1.7d）；）；当月牙肋钢筋锚固区混凝土当月牙肋钢筋锚固区混凝土保护层厚度大于保护层厚度大于2d时，锚固长度可乘以时，锚固长度可乘以保护层修正系保护层修正系数数，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。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；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施工扰动系数扰动系数1.1；除构造需要的锚固长度外，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，当受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，锚锚固长度可乘以设计计算面积与实际配筋面积比值的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配筋余量修正系数，但不得小于最，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。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。三、钢筋的搭接三、钢筋的搭接试验表明，影响搭接区段的粘结强度试验表明，影响搭接区段的粘结强度t tu的因素与拔出试验的粘结强度基本的因素与拔出试验的粘结强度基本相同，相同，但由于钢筋净间距的减小使劈但由于钢筋净间距的减小使劈裂裂缝更早出现，粘结强度降低裂裂缝更早出现，粘结强度降低。因。因此此规范规范规定规定:当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头的百分率不超过的百分率不超过25%时，搭接长度为时，搭接长度为相应基本锚固长度的相应基本锚固长度的1.2倍。倍。当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头的百分率超过的百分率超过25%时，搭接长度按下时，搭接长度按下式计算，但不小于式计算，但不小于300mm。ll=zyla