2.3 混凝土與鋼筋的粘結

2.3.1 粘 結 的 意 義

1. 粘結的意義

鋼筋和混凝土能共同工作，除了二者具有相近的線膨脹系數外，更主要的是由于混凝土硬化后，鋼筋與混凝土之間產生了良好的粘結力。為了保證鋼筋不被從混凝土中拔出或壓出，還要求鋼筋有良好的錨固。

粘結和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎。

2. 粘結應力

鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產生剪應力，通常把這種剪應力稱為粘結應力。根據受力性質的不同，鋼筋與混凝土之間的粘結應力可分為裂縫間的局部粘結應力和鋼筋端部的錨固粘結應力兩種:

(a) 錨固粘結應力 (b) 裂縫間的局部粘結應力

(1) 裂縫間的局部粘結應力

在相鄰兩個開裂截面之間產生的，鋼筋應力的變化受到粘結應力的影響，粘結應力使相鄰兩個裂縫之間混凝土參與受拉。局部粘結應力的喪失會影響構件的剛度的降低和裂縫的開展。

(2) 鋼筋端部的錨固粘結應力

鋼筋伸進支座或在連續梁中承擔負彎矩的上部鋼筋在跨中截斷時，需要延伸一段長度，即錨固長度。要使鋼筋承受所需的拉力，就要求受拉鋼筋有足夠的錨固長度以積累足夠的粘結力，否則，將發生錨固破壞。

2.3.2 粘 結 力 的 組 成

1. 粘結力的組成

鋼筋與混凝土的粘結作用主要由三部分所組成：

(1)鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力(膠結力)。

(2)混凝土收縮握裹鋼筋而產生摩阻力。

(3)鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合作用力(咬合力)。

2. 光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結機理的主要差別

光面鋼筋粘結力主要來自膠結力和摩阻力，而變形鋼筋的粘結力主要來自機械咬合作用(圖2-28)。二者的差別，可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘的差別來理解。

2.3.3 粘 結 強 度

鋼筋的粘結強度通常采用直接拔出試驗來測定，為了反映彎矩的作用，也用梁式試件進行彎曲拔出試驗。

由直接拔出試驗，鋼筋和混凝土之間的平均粘結應力τ可表示為

τ=N/πdι (2-22)

式中 N —— 鋼筋的拉力; d —— 鋼筋的直徑; l —— 粘結長度。

(a) 直接拔出試驗 (b) 彎曲拔出試驗

2.3.4 影響粘結強度的因素

主要影響因素有混凝土強度、保護層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側向壓應力，以及澆筑混疑土時鋼筋的位置等。

(l) 混凝土強度：光圓鋼筋及變形鋼筋的粘紹強度都隨混凝土強度等級的提高而提高。

圖2-30 不同強度混凝土的粘結應力和相對滑移關系

(2) 保護層厚度：鋼筋外圍的混凝土保護層太薄，可能使外圍混凝土因產生徑向劈裂而使粘結強度降低。增大保護層厚度，保持一定的鋼筋間距，可以提高外圍混凝土的抗劈裂能力，有利于粘結強度的充分發揮。

(3) 鋼筋凈間距：混凝土構件截面上有多根鋼筋并列在一排時，鋼筋間的凈距對粘結強度有重要影響，鋼筋凈間距過小，外圍混凝土將發生水平劈裂，形成貫穿整個梁寬的劈裂裂縫，造成整個混凝土保護層剝落，粘結強度顯著降低。一排鋼筋的根數越多，凈間距越小，粘結強度降低的就越多。

(4) 橫向配筋：橫向鋼筋(如梁中的箍筋)可以限制混凝土內部裂縫的發展，提高粘結強度。橫向鋼筋還可以限制到達構件表面的裂縫寬度，從而提高粘結強度。

(5) 側向壓應力：在直接支承的支座處，如梁的簡支端，鋼筋的錨固區受到來自支座的橫向壓應力，橫向壓應力約束了混凝土的橫向變形，使鋼筋與混凝土間抵抗滑動的摩阻力增大，因而可以提高粘結強度。

(6) 澆筑混疑土時鋼筋的位置：澆筑混凝土時，深度過大(超過300mm)，鋼筋底面的混凝土會出現沉淀收縮和離析泌水，氣泡逸出，使混凝土與水平放置的鋼筋之間產生強度較低的疏松空隙層，從而會削弱鋼筋與混凝土的粘結作用。

另外，鋼筋表面形狀對粘結強度也有影響，變形鋼筋的粘結強度大于光圓鋼筋。

2.2.5 鋼筋的錨固與搭接

1. 保證粘結的構造措施

《混凝土結構設計規范》采用不進行粘結計算，用構造措施來保證混凝土與鋼筋粘結。保證粘結的構造措施有如下幾個方面：

(1) 保證最小搭接長度和錨固長度;

(2) 滿足鋼筋最小間距和混凝土保護層最小厚度的要求;

(3) 鋼筋的搭接接頭范圍內應加密箍筋;

(4) 鋼筋端部應設置彎鉤。

(5) 在澆注大深度混凝土構件時，應分層澆注或二次澆搗。

(6) 一般除重銹鋼筋外，可不必除銹。

2.基本錨固長度

《混凝土結構設計規范》規定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的基本錨固長度La ，它與鋼筋強度、混凝土抗拉強度、鋼筋直徑及外形有關，可按式(5-27)計算:

La = α(fy/ft)d

式中 La —— 受拉鋼筋的錨固長度;

fy —— 鋼筋抗拉強度設計值;

ft —— 混凝土軸心抗拉強度設計值;當混凝土強度等級高于C40時，按C40取值;

d —— 鋼筋的公稱直徑;

α—— 錨固鋼筋的外形系數，詳見表5-1

鋼筋的錨固可采用機械錨固的形式，主要有彎鉤、貼焊鋼筋及焊錨板等。采用機械錨固可以減少錨固長度。錨固長度修正系數(折減系數)為0.7。

3. 鋼筋的搭接

鋼筋長度不夠時，或需要采用施工縫或后澆帶等構造措施時，鋼筋就需要搭接。搭接是指將兩根鋼筋的端頭在一定長度內并放，并采用適當的連接將一根鋼筋的力傳給另一根鋼筋。

(1) 鋼筋搭接的原則: ①接頭應設置在受力較小處;②同一根鋼筋上應盡量少設接頭;③機械連接接頭能產生較牢固的連接力，所以應優先采用機械連接。

(2) 搭接長度

受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度按下式計算：

L1=ζLa (2-23)

式中，ζ為受拉鋼筋搭接長度修正系數，它與同一連接區段內搭接鋼筋的截面面積有關，詳見表5-3。

對于受壓鋼筋的搭接接頭及焊接骨架的搭接，也應滿足相應的構造要求，以

保證力的傳遞。