第七章粘結(jié)、錨固

1、第七章粘結(jié)、錨固及鋼筋布置第七章粘結(jié)、錨固及鋼筋布置v7.1概述概述v1、配筋構(gòu)造解決計(jì)算不能處理的問(wèn)題。v2、鋼筋與混凝土之間保持良好粘結(jié)。v3、鋼筋的截?cái)嗪蛷澠鹞恢萌绾未_定，以保證不影響梁的承載力。v以上是本章要討論和解決的問(wèn)題。v7.2鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié)v7 .2.1粘結(jié)的概念粘結(jié)的概念v鋼筋和混凝土這兩種材料能夠結(jié)合在一起共同工作，除了二者具有相近的線膨脹系數(shù)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，從而實(shí)現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力傳遞。 v為了保證鋼筋不被從混凝土中拔出或壓出，與混凝土更好地共同工作，還要求鋼筋有良好的錨固錨固

2、。v如圖軸拉構(gòu)件端部拉力作用于鋼筋，混凝土應(yīng)力為零，由于鋼筋與混凝土之間有粘結(jié)，隨著距端部距離的增加，拉力通過(guò)粘結(jié)應(yīng)力由鋼筋向混凝土傳遞，經(jīng)過(guò)鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力示意圖(a)錨固粘結(jié)應(yīng)力；(b)裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力 v一定距離粘結(jié)應(yīng)力傳遞后，二者變形一致，共同受力，圖(a)為粘結(jié)應(yīng)力。v7.2.2粘結(jié)的作用v粘結(jié)的作用有兩類：v第一類是錨固粘結(jié)或延伸粘結(jié)；v第二類是裂縫附近的局部粘結(jié)。v7.2.3 粘結(jié)機(jī)理粘結(jié)機(jī)理v鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力，主要由三部分組成。v一、鋼筋和混凝土接觸面由于化學(xué)作用產(chǎn)生的膠結(jié)力；膠結(jié)力；v二、由于混凝土硬化時(shí)收縮，對(duì)鋼筋產(chǎn)生握裹握裹作用；v三、機(jī)械咬合力咬合

3、力。v光面鋼筋的光面鋼筋的粘結(jié)力主要來(lái)自膠結(jié)力和摩阻力膠結(jié)力和摩阻力。 v變形鋼筋變形鋼筋的粘結(jié)力主要來(lái)自機(jī)械咬合作用機(jī)械咬合作用。v7.2.4粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度v鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度通常用拔出試驗(yàn)來(lái)確定。鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度通常用拔出試驗(yàn)來(lái)確定。 v影響粘結(jié)強(qiáng)度影響粘結(jié)強(qiáng)度主要影響因素有：v混凝土強(qiáng)度、混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側(cè)向混凝土壓應(yīng)力以及澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置等。v1、混凝土強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度成正比；v2、保護(hù)層厚度及鋼筋凈間距-保護(hù)層厚度大粘結(jié)強(qiáng)度高；v3、橫向配筋阻止劈裂破壞，提高粘結(jié)強(qiáng)度；v4、受力情況側(cè)壓力的存在，可提高粘結(jié)強(qiáng)度。v7.2.5粘結(jié)應(yīng)力粘

4、結(jié)應(yīng)力滑移關(guān)系（略）滑移關(guān)系（略）7.3保證鋼筋和混凝土間粘結(jié)力的措施保證鋼筋和混凝土間粘結(jié)力的措施（鋼筋的錨固和搭接）（鋼筋的錨固和搭接）v我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002，采用了不進(jìn)行粘結(jié)計(jì)算，規(guī)定構(gòu)造措施構(gòu)造措施的方法來(lái)保證鋼筋和混凝土的粘結(jié)力。v7.3.1基本錨固長(zhǎng)度基本錨固長(zhǎng)度v鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度v式中 d錨固鋼筋的直徑。v錨固鋼筋的外形系數(shù)，按下表取用dffltya v7.3.2混規(guī)混規(guī)的有關(guān)規(guī)定的有關(guān)規(guī)定v（1）規(guī)定了各種強(qiáng)度鋼筋和各種等級(jí)混凝土?xí)r，鋼筋的最小搭接長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度；最小搭接長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度；v（2）規(guī)定了鋼筋的最小間距最小間距和混凝土保護(hù)層的最小厚最小厚

5、度度；v（3）規(guī)定了鋼筋在搭接接頭范圍內(nèi)箍筋加密箍筋加密；v（4）規(guī)定了鋼筋的機(jī)械錨固機(jī)械錨固方法，如受拉的光面鋼筋光面鋼筋末端要帶末端要帶180o彎鉤彎鉤等；v（5）考慮到前述的由于混凝土澆注時(shí)的泌水下沉和氣泡逸出而形成空隙層對(duì)“頂部”水平鋼筋粘結(jié)力的影響，我國(guó)混凝土施工規(guī)范規(guī)定，對(duì)高度較大高度較大的梁，混凝土應(yīng)分層澆注分層澆注和采用二次澆搗二次澆搗。 v7.3.3縱筋的錨固縱筋的錨固v由于支座附近剪力較大，一旦出現(xiàn)斜裂縫，裂縫處縱筋的應(yīng)力會(huì)突然增大，如果沒(méi)有足夠的伸人支座的錨固長(zhǎng)度，往往會(huì)使縱筋滑移，甚至從混凝土中拔出而造成錨固破壞。為了防止這種破壞，對(duì)縱筋的錨固作了如下規(guī)定：v（1）伸人

6、梁支座范圍內(nèi)的縱向受力鋼筋數(shù)量，當(dāng)梁寬小于100 mm時(shí)可為一根。v(2)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁簡(jiǎn)支端的下部縱向鋼筋伸人梁支座范圍內(nèi)的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合下例要求：v當(dāng)縱向受力鋼筋伸人梁支座范圍內(nèi)的錨固長(zhǎng)度不符合上 v述規(guī)定時(shí)，應(yīng)采措施，如在鋼筋上加焊鋼板或?qū)摻畹亩瞬亢附釉诹憾说念A(yù)埋件上等。v(3)當(dāng)設(shè)置彎起鋼筋時(shí)，彎起鋼筋的彎終點(diǎn)外應(yīng)留有平行梁軸線方向的錨固長(zhǎng)度，在受拉區(qū)不應(yīng)小于20d，在受壓區(qū)不應(yīng)小于10d. v7.3.4箍筋的構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造要求v箍筋是受拉鋼筋，它的主要作用是使被斜裂縫分割的混 v凝土梁體能夠傳遞剪力并抑制斜裂縫的開(kāi)展。因此，在設(shè)計(jì)中必須有合理的形式，直徑和間距。同時(shí)箍

7、筋在受拉區(qū)和受壓區(qū)都要有足夠的錨固。v箍筋一般采用，級(jí)鋼，梁中箍筋一般為封閉式和開(kāi)口式兩種。除非T形截面梁其翼緣頂面另有橫向受拉鋼筋，也可以采用開(kāi)口式箍筋。v通常箍筋的肢數(shù)有單肢、雙肢和四肢，梁中常采用雙肢箍筋。為了使箍筋更好地發(fā)揮作用，應(yīng)將箍筋的端部錨固在受壓區(qū)，且彎鉤做成為135o。 v具體規(guī)定見(jiàn)教材P115119頁(yè)和混規(guī)。7.4斜截面抗彎承載力斜截面抗彎承載力（受彎構(gòu)件的鋼筋布置（受彎構(gòu)件的鋼筋布置) v受彎構(gòu)件沿斜截面除了會(huì)發(fā)生受剪破壞外，由于彎矩作用還可能發(fā)生彎曲破壞。縱向受拉鋼筋是按照正截面最大彎矩確定的，可以保證構(gòu)件不發(fā)生彎曲破壞。但是如果一部分縱向鋼筋在某一位置彎起或截?cái)鄷r(shí)，則

8、有可能斜截面受彎承載力得不到保證。v我們通過(guò)對(duì)縱向鋼筋的彎起、截?cái)嗉板^固彎起、截?cái)嗉板^固等構(gòu)造措施做出規(guī)定，以保證斜截面受彎承載力。即本節(jié)所謂受彎構(gòu)件的鋼筋布置v7.4.1抵抗彎矩圖抵抗彎矩圖v鋼筋可以彎起或截?cái)?。但是，既要保證正截面和斜截面有足夠的受彎承載力及鋼筋和混凝土共同工作和充分發(fā)揮鋼筋的作用外，還要考慮縱筋伸入支座的錨固長(zhǎng)度及箍筋的直徑、間距等構(gòu)造要求。通常采用繪制材料抵抗彎矩圖，來(lái)確定鋼筋截?cái)嗪蛷澠鸬姆绞?，以滿足正截面和斜截面承載力的要求。材料抵抗彎矩圖是用于核實(shí)正截面所能抵抗的彎矩的圖形。1、縱筋沿梁長(zhǎng)不變的、縱筋沿梁長(zhǎng)不變的Mu 圖圖 v如圖所示，均布荷載作用下的簡(jiǎn)支梁，其彎矩

9、圖為M圖，由跨中最大彎矩設(shè)計(jì)值決定配置縱筋，3根縱筋所能抵抗的彎矩為Md圖，如果縱筋在跨中不截?cái)嘁膊粡澠?，那么沿梁全長(zhǎng)抵抗彎矩的大小均為Md，顯然無(wú)論斜裂縫在什么位置上發(fā)生，正截面受彎承載力均能滿足.v但是，縱筋沿梁長(zhǎng)直通，除 跨中最大彎矩外，其余截面 鋼筋沒(méi)有得到充分利用，所 以，這種布置是不合理的。 為了充分合理利用縱筋，在 保證正截面和斜截面受彎承 載力的前提下，應(yīng)該將部分 縱筋在截面抗彎強(qiáng)度不需要 v處彎起或截?cái)唷．?dāng)縱筋彎起或截?cái)嗪?，只要材料抵抗彎矩圖（Md圖）包在彎矩圖（M圖）之外，就說(shuō)明梁的正截面的抗彎承載力是得到滿足的。接下來(lái)，需要解決如何保證彎起后斜截面的抗彎承載力，即如何確定

10、彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置的問(wèn)題。v2縱向受拉鋼筋彎起和截?cái)嗟脑韛在梁的底部承受正彎矩的縱筋彎起后主要承受剪力或作為在支座承受負(fù)彎矩的鋼筋。v縱筋彎起時(shí)，首先需要根據(jù)斜截面抗剪承載力確定彎起鋼筋的數(shù)量，然后由保證斜截面受彎承載力確定彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置。v如圖,跨中實(shí)際配置縱向受拉鋼筋718,共能承受彎矩 Mu =286 kNm,按與設(shè)計(jì)彎矩圖同一比例繪出水平線op, v此即跨內(nèi)縱向受拉鋼筋不彎起不截?cái)嗔憾蔚腗u 圖。按縱向受拉鋼筋截面面積的比例劃分出各鋼筋編號(hào)所能承擔(dān)的極限彎矩,這樣,每根鋼筋所能承擔(dān)的極限彎矩Mu=40.86 kN m。v把編號(hào)為的鋼筋從p 點(diǎn)的豎直位置彎起,并在n 點(diǎn)的豎直位

11、置上與梁軸線相交(彎起點(diǎn)至該交點(diǎn),編號(hào)為的鋼筋被認(rèn)為處于受拉區(qū),因此可以抵抗彎矩）,在抵抗彎矩圖上,點(diǎn)pn 之間用直線連接,n 點(diǎn)以右,編號(hào)為的鋼筋便再?zèng)]有抵抗正彎矩那一格了。同理,可繪出編號(hào)為的鋼筋在左端彎起及其它編號(hào)鋼筋彎起時(shí)的抵抗彎矩圖。v縱筋數(shù)量是根據(jù)最大彎矩確定的，理論上在彎矩較小區(qū)域可以截?cái)?，以?jié)約鋼材。同樣以前圖為例說(shuō)明。v對(duì)懸臂梁段,支座實(shí)際配置縱向受拉鋼筋518,共能承擔(dān)彎矩 Mu =185 kN m ,與繪op梁段相同的方法繪出dc , v因?yàn)閺睦碚撋现v,編號(hào)為、號(hào)的鋼筋(在抵抗彎矩圖共5 格中占兩格 )在z 點(diǎn)的豎直位置上可以截?cái)?z 點(diǎn)因此稱為編號(hào)為、號(hào)鋼筋的“理論截?cái)?/p>

12、點(diǎn)”又稱為“不需要點(diǎn)”).編號(hào)為、鋼筋截?cái)嗪?抵抗彎矩圖突減2 格至z 點(diǎn)(由于在z 點(diǎn),編號(hào)為的鋼筋可以充分發(fā)揮作用抵抗荷載彎矩,，所以z 點(diǎn)同時(shí)稱為編號(hào)為的鋼筋的“充分利用點(diǎn)”)。v鋼筋彎起和截?cái)嗟南群箜樞蚴?，在同一排鋼筋中先中間后兩邊；對(duì)不同排鋼筋，先內(nèi)排后外排。應(yīng)注意盡可能保持鋼筋的對(duì)稱性。抵抗彎矩圖完全包圍設(shè)計(jì)彎矩圖為安全；抵抗彎矩圖包圍設(shè)計(jì)彎矩圖且又接近，為既安全又經(jīng)濟(jì)。v7.4.2縱筋彎起和截?cái)嗫v筋彎起和截?cái)鄓1、縱筋的彎起 v在縱筋彎起時(shí)，首先需要根據(jù)斜截面抗剪承載力確定彎起鋼筋的數(shù)量，然后由保證斜截面受彎承載力確定彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置。這里重點(diǎn)討論彎起后如何保證斜截面受彎承載

13、力的問(wèn)題。 v如圖I一I截面（正截面）為彎起鋼筋的充分利用點(diǎn)，a為彎起點(diǎn)到充分利用點(diǎn)的距離。對(duì)彎起鋼筋而言，未彎起前在I一I截面處的抵抗彎矩為：v彎起后，在一截面（斜截面）處的抵抗彎矩為 ：v為了保證斜截面的受彎承載力，至少要求M2=M1，由圖所示即ZbZ，故有： v可得：v彎起鋼筋的彎起角 通常為45o 60o ， 一般情況下,Z=0.9h0， 故上式中的a 值約在 (0.370.52)h0 之間， 為了方便，近似地取v即在確定彎起鋼筋的彎起點(diǎn)時(shí)，必須將彎起鋼筋伸過(guò)它在正截面中的充分利用點(diǎn)至少0.5h0后才能彎起。這樣斜截面受彎承載力就有保證而不必進(jìn)行計(jì)算。 v混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定在梁的受

14、拉區(qū)段彎起鋼筋時(shí)，要保證材料抵抗彎矩圖形必須包在彎矩圖形之外，彎起點(diǎn)應(yīng)在按正截面受彎承載力計(jì)算不需要該鋼筋截面面積之前，到按計(jì)算充分利用該鋼筋截面面積點(diǎn)的距離不應(yīng)小于0.5h0。同時(shí)，為了保證每根彎起鋼筋都能與斜裂縫相交，彎起鋼筋的彎終點(diǎn)到支座邊或到前一彎起鋼筋彎起點(diǎn)的距離，都不應(yīng)大于箍筋的最大間距要求。v2、縱筋截?cái)?、縱筋截?cái)鄓1）截?cái)啵┙財(cái)鄓在支座范圍外的梁正彎矩區(qū)段截?cái)嗫v筋，由于鋼筋面積驟減，在縱筋截?cái)嗵幓炷廉a(chǎn)主拉應(yīng)力集中導(dǎo)致過(guò)早出現(xiàn)斜裂縫，所以除部分承受跨中正彎矩的縱筋由于承受支座邊界較大剪力的需要而彎起外，一般情況不宜在正彎矩區(qū)段內(nèi)截?cái)嗫v筋。 v而對(duì)懸臂梁、連續(xù)梁（板）等在支座附近

15、負(fù)彎矩區(qū)段配置的縱筋，通常根據(jù)彎矩圖的變化，將按計(jì)算不需要的縱筋截?cái)啵怨?jié)省鋼材。v圖為連續(xù)梁支座附近負(fù)彎矩及剪力分布情況。支座處的縱筋是根據(jù)該處最大負(fù)彎矩按照正截面承載力計(jì)算配置的，由于隨著遠(yuǎn)離支座，負(fù)彎矩迅速減小，所以可以將多余的縱筋截?cái)唷Ｎ唇財(cái)鄷r(shí)，全部縱筋參加工作的截面抵抗彎矩為過(guò)a點(diǎn)的水平線；截?cái)嘁桓v筋后，截面的抵抗彎矩為過(guò)b點(diǎn)的水平線，a點(diǎn)為這根鋼筋的充分利用點(diǎn)，b點(diǎn)為其理論截?cái)帱c(diǎn)，這樣就形成了一個(gè)臺(tái)階式的材料抵抗彎矩圖形。v2）延伸長(zhǎng)度）延伸長(zhǎng)度v為了充分利用鋼筋強(qiáng)度，在梁支座截面負(fù)彎矩區(qū)，如果 v需要分批截?cái)嗫v向受拉鋼筋，每批鋼筋必須過(guò)鋼筋的理論截?cái)帱c(diǎn)延伸至按正截面受彎承載力計(jì)算不需要該鋼筋的截面之外才能截 斷，這段距離稱為鋼筋的延伸長(zhǎng)度。v需要注意的是：鋼筋的延伸長(zhǎng)度不同于鋼筋在支座處的錨固作用，它是鋼筋在有斜裂縫的彎剪區(qū)段的粘結(jié)錨固問(wèn)題。v混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定梁支座截面負(fù)彎矩區(qū)縱向受拉鋼筋不宜在受拉區(qū)截?cái)啵绫仨毥財(cái)鄳?yīng)按以下規(guī)定進(jìn)行：v當(dāng)V0.7ftbh0時(shí)，應(yīng)延伸至按正截面受彎承載力計(jì)算不需要該鋼筋的截面以外不小于h0且不小于20d處