2019一级结构工程师《钢筋混凝土结构》讲义：第二章第三节

2.3 混凝土与钢筋的粘结

2.3.1 粘 结 的 意 义

1. 粘结的意义

钢筋和混凝土能共同工作，除了二者具有相近的线膨胀系数外，更主要的是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力。为了保证钢筋不被从混凝土中拔出或压出，还要求钢筋有良好的锚固。

粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。

2. 粘结应力

钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，通常把这种剪应力称为粘结应力。根据受力性质的不同，钢筋与混凝土之间的粘结应力可分为裂缝间的局部粘结应力和钢筋端部的锚固粘结应力两种:

(a) 锚固粘结应力 (b) 裂缝间的局部粘结应力

(1) 裂缝间的局部粘结应力

在相邻两个开裂截面之间产生的，钢筋应力的变化受到粘结应力的影响，粘结应力使相邻两个裂缝之间混凝土参与受拉。局部粘结应力的丧失会影响构件的刚度的降低和裂缝的开展。

(2) 钢筋端部的锚固粘结应力

钢筋伸进支座或在连续梁中承担负弯矩的上部钢筋在跨中截断时，需要延伸一段长度，即锚固长度。要使钢筋承受所需的拉力，就要求受拉钢筋有足够的锚固长度以积累足够的粘结力，否则，将发生锚固破坏。

2.3.2 粘 结 力 的 组 成

1. 粘结力的组成

钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分所组成：

(1)钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力(胶结力)。

(2)混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力。

(3)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)。

2. 光圆钢筋和变形钢筋的粘结机理的主要差别

光面钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力，而变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用(图2-28)。二者的差别，可以用钉入木料中的普通钉和螺丝钉的差别来理解。

2.3.3 粘 结 强 度

钢筋的粘结强度通常采用直接拔出试验来测定，为了反映弯矩的作用，也用梁式试件进行弯曲拔出试验。

由直接拔出试验，钢筋和混凝土之间的平均粘结应力τ可表示为

τ=N/πdι (2-22)

式中 N —— 钢筋的拉力; d —— 钢筋的直径; l —— 粘结长度。

(a) 直接拔出试验 (b) 弯曲拔出试验

2.3.4 影响粘结强度的因素

主要影响因素有混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力，以及浇筑混疑土时钢筋的位置等。

(l) 混凝土强度：光圆钢筋及变形钢筋的粘绍强度都随混凝土强度等级的提高而提高。

图2-30 不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移关系

(2) 保护层厚度：钢筋外围的混凝土保护层太薄，可能使外围混凝土因产生径向劈裂而使粘结强度降低。增大保护层厚度，保持一定的钢筋间距，可以提高外围混凝土的抗劈裂能力，有利于粘结强度的充分发挥。

(3) 钢筋净间距：混凝土构件截面上有多根钢筋并列在一排时，钢筋间的净距对粘结强度有重要影响，钢筋净间距过小，外围混凝土将发生水平劈裂，形成贯穿整个梁宽的劈裂裂缝，造成整个混凝土保护层剥落，粘结强度显著降低。一排钢筋的根数越多，净间距越小，粘结强度降低的就越多。

(4) 横向配筋：横向钢筋(如梁中的箍筋)可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。横向钢筋还可以限制到达构件表面的裂缝宽度，从而提高粘结强度。

(5) 侧向压应力：在直接支承的支座处，如梁的简支端，钢筋的锚固区受到来自支座的横向压应力，横向压应力约束了混凝土的横向变形，使钢筋与混凝土间抵抗滑动的摩阻力增大，因而可以提高粘结强度。

(6) 浇筑混疑土时钢筋的位置：浇筑混凝土时，深度过大(超过300mm)，钢筋底面的混凝土会出现沉淀收缩和离析泌水，气泡逸出，使混凝土与水平放置的钢筋之间产生强度较低的疏松空隙层，从而会削弱钢筋与混凝土的粘结作用。

另外，钢筋表面形状对粘结强度也有影响，变形钢筋的粘结强度大于光圆钢筋。

2.2.5 钢筋的锚固与搭接

1. 保证粘结的构造措施

《混凝土结构设计规范》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。保证粘结的构造措施有如下几个方面：

(1) 保证最小搭接长度和锚固长度;

(2) 满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求;

(3) 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。

(5) 在浇注大深度混凝土构件时，应分层浇注或二次浇捣。

(6) 一般除重锈钢筋外，可不必除锈。

2.基本锚固长度

《混凝土结构设计规范》规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度La ，它与钢筋强度、混凝土抗拉强度、钢筋直径及外形有关，可按式(5-27)计算:

La = α(fy/ft)d

式中 La —— 受拉钢筋的锚固长度;

fy —— 钢筋抗拉强度设计值;

ft —— 混凝土轴心抗拉强度设计值;当混凝土强度等级高于C40时，按C40取值;

d —— 钢筋的公称直径;

α—— 锚固钢筋的外形系数，详见表5-1

钢筋的锚固可采用机械锚固的形式，主要有弯钩、贴焊钢筋及焊锚板等。采用机械锚固可以减少锚固长度。锚固长度修正系数(折减系数)为0.7。

3. 钢筋的搭接

钢筋长度不够时，或需要采用施工缝或后浇带等构造措施时，钢筋就需要搭接。搭接是指将两根钢筋的端头在一定长度内并放，并采用适当的连接将一根钢筋的力传给另一根钢筋。

(1) 钢筋搭接的原则: ①接头应设置在受力较小处;②同一根钢筋上应尽量少设接头;③机械连接接头能产生较牢固的连接力，所以应优先采用机械连接。

(2) 搭接长度

受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度按下式计算：

L1=ζLa (2-23)

式中，ζ为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区段内搭接钢筋的截面面积有关，详见表5-3。

对于受压钢筋的搭接接头及焊接骨架的搭接，也应满足相应的构造要求，以

保证力的传递。