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学习情境1
材料准备与进场验收
1.4 钢筋与混凝土的相互作用—粘结力
1.4.1粘结力的概念
　1.概念　　
　　钢筋与混凝土能够在一起工作，除了二者的温度线膨胀系数相近以外，还有一个主要原因是钢筋和混凝土之间存在着粘结力。通常把钢筋与混凝土接触面单位截面面积上的剪应力称为粘结力。
2.组成
粘结力主要由三部分组成。
一是因为混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力。
二是因为混凝土颗粒的化学作用产生的胶合力。
三是由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。
其中机械咬合力约占总粘结力的一半以上，变形钢筋的机械咬合力要大大高于光面钢筋的机械咬合力。此外，钢筋表面的轻微锈蚀也增加它与混凝土的粘结力。
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。
粘结强度的测定通常采用拔出试验方法，将钢筋一端埋入混凝土中，在另一端施力将钢筋拔出。
1.4.2粘结力的测定
1.试验结论：
1)最大粘结应力在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小而变化，粘结应力沿钢筋长度是曲线分布的。
2)钢筋埋入长度越长，拔出力越大；但埋入长度过大时，则其尾部的粘结应力很小，基本不起作用。
3)粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大。
4)变形钢筋的粘结强度高于光面钢筋，而在光面钢筋末端做弯钩可以大大提高拔出力。
1.4.2粘结力的测定
5)混凝土浇筑深度过大时，由于混凝土的泌水下沉气泡逸出，使其与“顶部”水平钢筋之间产生空隙层，从而削弱钢筋与混凝土的粘结力；混凝土保护层太薄，可能使钢筋与混凝土因产生径向劈裂裂缝而使粘结强度降低；钢筋间距太小，可能出现水平劈裂而使整个保护层脱落，使粘结强度显著降低。
梁中的箍筋可以延缓径向劈裂裂缝向构件表面发展，并可限制到达构件表面的劈裂裂纹缝宽度，从而提高粘结强度。
1.4.2粘结力的测定
2.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、钢筋表面和外形特征、受力情况及锚固长度。
1)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，但并不与立方体强度fcu成正比，而与抗拉强度 ft 成正比。
2)保护层厚度和钢筋净间距：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c/d 越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。
当c/d 很大时，若锚固长度不够，则产生剪切“刮梨式”破坏。同理，钢筋净距s与钢筋直径d 的比值s/d 越大，粘结强度也越高。
3)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。
● 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。
● 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。
● 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。
● 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。
4)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。
● 月牙肋和螺纹肋变形钢筋，前者肋的相对受力面积（挤压混凝土的面积与钢筋截面积的比值）较小，粘结强度比螺纹钢筋低一些。
● 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，粘结强度也将有所降低。
5)受力情况。
● 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，导致咬合作用降低。
6)锚固长度。
● 拔出试验的锚固长度较短时，粘结应力在锚固长度范围分布比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较高。
● 锚固长度较大时，则平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固长度的增加而增大。
● 当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度la。
我国规范用规定构造措施的方法来保证钢筋和混凝土的粘结力。
构造措施规定了钢筋的最小搭接长度和锚固长度；规定了钢筋的最小间距和混凝土保护层的最小厚度；规定了钢筋在搭接接头范围内箍筋加密，还规定了受力的光面钢筋端部要做弯钩。
1.4.3保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施
1．钢筋的锚固长度
（1）锚固长度的计算
为保证钢筋受力后有可靠的粘结，不产生相对滑移，纵向钢筋必须伸过其受力截面在混凝土中有足够的埋入长度。《规范》以钢筋应力达到屈服强度fy时，不发生粘结锚固破坏时的最小埋入长度，作为确定锚固长度的依据。受拉钢筋的锚固长度又称为基本锚固长度，用la表示。按下式计算：
1.4.3保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施
———受拉钢筋的锚固长度；
———锚固钢筋的抗拉强度设计值；
———锚固区混凝土的抗拉强度设计值；
———锚固钢筋的直径或锚固并筋的等效直径；
———锚固钢筋的外形系数，按附表取用。
(2)钢筋锚固的要求
2．钢筋的连接
钢筋的连接可分为三类：绑扎搭接连接、机械连接（锥螺纹套筒、钢套筒挤压连接等）或焊接连接。
钢筋的搭接接头可视为锚固的一个特例，但搭接接头的受力情况较为不利。由于搭接范围内两根钢筋贴近且同时受力，钢筋与混凝土间的粘结作用被削弱，钢筋间的混凝土易被磨碎或剪坏。因此，如果同一截面内钢筋的搭接接头的百分率过大或搭接钢筋的横向间距过密时，锚固作用将会严重下降。
1.4.3保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施
位置：受力钢筋的连接接头宜设置在受力较小处。
间距：同一构件各根钢筋的搭接接头宜相互错开。不在同一连接范围内的搭接接头中心间距不应小于1.3倍的搭接长度，即搭接钢筋端部间距不应小于0.3倍搭接长度。
位于同一连接范围内的受拉钢筋搭接接头百分率不宜超过25%，搭接长度为相应锚固长度的1.2倍。当在同一连接范围内的受拉钢筋搭接接头百分率超过25%时，搭接接头的长度应按下式计算：
ll =zyla
式中： ———受拉钢筋的搭接长度；
———受拉钢筋的锚固长度；
———受拉钢筋搭接接头面积百分率系数。
1.4.3保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施
1.混凝土保护层
纵向受力钢筋及预应力钢筋、钢丝、钢绞线的混凝土保护层的厚度（从钢筋外边缘到混凝土外边缘的距离）不应小于钢筋的直径或并筋的等效直径；不应小于骨料的最大粒径的1.5倍；且应符合表3-4的规定。
并筋适用于当单根受力钢筋布置困难的情况。并筋的等效直径，对双并筋为单筋直径的1.4倍；对三并筋为单筋直径的1.7倍。
4.光面钢筋的粘结性能较差，故除直径12mm以下的受压钢筋及焊接网或焊接骨架的光面钢筋外，其余光面钢筋的末端均应设置弯钩。
5.粘结强度与浇注混凝土时的钢筋位置有关。在浇注深度超过300㎜以上的上部水平钢筋底面，由于混凝土的泌水骨料下沉和水分气泡的逸出，形成一层强度较低的混凝土层，它将削弱钢筋与混凝土的粘结作用。因此，对高度较大的梁应分层浇注和采用二次振捣。
1.4.3保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施

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