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協(xié)會(huì)刊物

淺談混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的錨固

時(shí)間日期：2008-7-4 已被閱讀次：[11411]

佛山市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院　盧安邦

　　[摘　要]　通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中受力鋼筋的錨固機(jī)理、影響因素的分析，對(duì)新修訂國(guó)家
　　　　　　　標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010－2002）中錨固長(zhǎng)度及修正方法作了
　　　　　　　詳細(xì)說(shuō)明，并介紹了新增的鋼筋機(jī)械錨固的有關(guān)內(nèi)容。
　　[關(guān)鍵詞]　混凝土結(jié)構(gòu)　鋼筋錨固長(zhǎng)度
　　
　　一、受力鋼筋的錨固機(jī)理
　　近年來(lái)，鋼筋強(qiáng)度不斷提高，外形也在改變，因此，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂對(duì)鋼
筋錨固有關(guān)內(nèi)容作了較大調(diào)整。在國(guó)外規(guī)范中，鋼筋粘結(jié)錨固設(shè)計(jì)往往獨(dú)成一章，因?yàn)殇摻?
錨固失效將引起承載力喪失并引發(fā)塌垮等災(zāi)難性后果，其重要性非常明顯。
　　鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)錨固由膠結(jié)力、摩阻力、咬合力構(gòu)成。而后者表現(xiàn)為鋼筋橫肋
與混凝土咬合齒的擠壓，是錨固作用的主要成分。由于擠壓力是斜向的，故在屋裹層混凝土
中將引起環(huán)向拉應(yīng)力бθ，這可能導(dǎo)致縱向劈裂而使錨固失效。鋼筋橫助的分布導(dǎo)致劈裂的
方向性，且其強(qiáng)度還受到錨固條件（圍箍約束）的影響。錨固性能表現(xiàn)為錨固強(qiáng)度（抗拔力
）、錨固剛度（滑移控制）及錨固延性（大滑移時(shí)的承載力）。影響錨固性能的主要因素有
：受力鋼筋的強(qiáng)度和外形、握裹層混凝土的強(qiáng)度及厚度、錨固區(qū)域的配箍及其它約束條件，
這些因素都影響錨固設(shè)計(jì)。其它一些因素（如側(cè)向壓力、混凝土的澆筑狀態(tài)等）目前暫不考
慮，以免使錨固設(shè)計(jì)復(fù)雜化。
　　二、鋼筋的錨固長(zhǎng)度
　　1．錨固長(zhǎng)度的控制
　　在通常情況下，縱向鋼筋的承載受力是通過(guò)一定長(zhǎng)度上鋼筋表面與握裹層混凝土的粘結(jié)
錨固作用實(shí)現(xiàn)的。因此，錨固設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定錨固長(zhǎng)度。取設(shè)計(jì)規(guī)范中混凝土保護(hù)層厚度
的最小值以及構(gòu)造配箍的最低要求。
　　試驗(yàn)及分析表明，隨著錨固長(zhǎng)度La的增加，錨固抗力Fa加大。當(dāng)錨固抗力等于鋼筋的屈
服力Fy時(shí)，相應(yīng)的錨固長(zhǎng)度為臨界錨固長(zhǎng)度Lcra，這是保證受力鋼筋不發(fā)生錨固破壞的最小
長(zhǎng)度。隨著鋼筋屈服后的強(qiáng)化，錨固抗力還會(huì)增加。當(dāng)錨固抗力等于鋼筋的極限拉力時(shí)Fu時(shí)
，相應(yīng)的錨固長(zhǎng)度為極限錨固長(zhǎng)度La，顯然，超過(guò)此值的錨固長(zhǎng)度部分將不起作用。
　　2．錨固長(zhǎng)度的表達(dá)
　　我國(guó)傳統(tǒng)的錨固設(shè)計(jì)是用查表的方式并以5d（d為鋼筋直徑）為進(jìn)位確定錨固長(zhǎng)度。隨
著鋼筋強(qiáng)度的提高和外形的多樣化，并考慮到錨固條件的影響，表格法的局限性日漸突出。
目前國(guó)外規(guī)范都以計(jì)算方式確定錨固長(zhǎng)度，并根據(jù)錨固條件的不同而加以修正。因此，此次
規(guī)范修訂也遵從國(guó)際慣例作了相應(yīng)的修改。
　　3．基本錨固長(zhǎng)度
　　新規(guī)范第9.3.1條給出了計(jì)算縱向受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度的La公式。
　　式中參數(shù)取值詳見(jiàn)規(guī)范。三、錨固長(zhǎng)度的修正
　　隨著錨固條件的變化，鋼筋的錨固性能變化很大。因此，錨固長(zhǎng)度應(yīng)以基本錨固長(zhǎng)度為
基礎(chǔ)作相應(yīng)調(diào)整。
　　1．粗直徑鋼筋的修正
　　我國(guó)鋼筋鋼筋中規(guī)定了熱軋變形鋼筋的外形。當(dāng)其直徑加大時(shí)，橫肋相對(duì)高度降低，雖
然加密助距可彌補(bǔ)咬合力的不足，但錨固強(qiáng)度仍然降低。因此，對(duì)直徑大于25mm的粗直徑月
牙肋鋼筋，錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以修正系數(shù)1.1。
　　2．涂層鋼筋的錨固長(zhǎng)度
　　為解決惡劣環(huán)境中鋼筋的耐久性問(wèn)題，我國(guó)已開(kāi)始生產(chǎn)并使用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋。試驗(yàn)
研究表明，涂層削弱了鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固作用，錨固強(qiáng)度降低20％左右，故錨固長(zhǎng)度
應(yīng)乘以修正系數(shù)1.25。
　　3．施工擾動(dòng)的影響
　　對(duì)于滑模施工等施工擾動(dòng)影響混凝土終凝前結(jié)錨固作用的情況，錨固長(zhǎng)度應(yīng)增加以彌補(bǔ)
錨固作用的削弱，規(guī)范規(guī)定應(yīng)乘以修正系數(shù)1.1。
　　4．厚保護(hù)層的作用
　　握裹鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度較大時(shí)有利于錨固約束作用，較合力增強(qiáng)，錨固強(qiáng)度提高
。規(guī)范規(guī)定當(dāng)保護(hù)層厚度大于3d且配有箍筋時(shí)，錨固長(zhǎng)度可乘以修正系數(shù)0.8。
　　5．配筋余量的影響
　　基本錨固長(zhǎng)度以受力鋼筋達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為條件。各國(guó)規(guī)范都規(guī)定了當(dāng)應(yīng)力豐度（實(shí)際
應(yīng)力與屈服強(qiáng)度f(wàn)y之比）小于1時(shí)，按比例減小錨固長(zhǎng)度的方法。修訂規(guī)范簡(jiǎn)化計(jì)算，以設(shè)
計(jì)計(jì)算與實(shí)際配筋面積之比作為修正系數(shù)，減小錨固長(zhǎng)度。但此修正不適用于有抗震設(shè)防要
求及直接直接動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
　　6．驟然放張預(yù)應(yīng)力筋的影響
　　先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件采用驟然放張預(yù)應(yīng)力筋的施工工藝時(shí)，考慮到到?jīng)_擊造成的微裂等損
傷對(duì)端部錨固的不利影響，錨固長(zhǎng)度起點(diǎn)應(yīng)從距構(gòu)件末端0.25倍預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度處計(jì)算。
　　7．錨固長(zhǎng)度的限值
　　上述錨固長(zhǎng)度的修正系數(shù)可以連乘。但由于構(gòu)造的需要，受力鋼筋的錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于
某一限值。規(guī)范規(guī)定，經(jīng)修正后的實(shí)際工程中采用的錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于按式（1）計(jì)算的錨
固長(zhǎng)度的0.7倍，且不應(yīng)小于250mm。
　　四、鋼筋的機(jī)械錨固
　　1．機(jī)械錨固的形式
　　當(dāng)鋼筋的錨固長(zhǎng)度因截面尺寸限制而無(wú)法滿足時(shí)，可以在錨筋末端采用錨頭（機(jī)械錨固
）的形式利用局部混凝土的擠壓力實(shí)現(xiàn)錨固受力。各國(guó)規(guī)范均有對(duì)機(jī)械錨固的規(guī)定。我國(guó)傳
統(tǒng)對(duì)HPB235級(jí)光面鋼筋加彎鉤的要求實(shí)際上就是機(jī)械錨固的一種形式。
　　通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，規(guī)范9.3.2條選擇了三種合適的機(jī)械錨固形式，現(xiàn)在分述如下：1
）彎鉤：對(duì)于HRB330級(jí)、HRB400級(jí)和RRB400級(jí)縱向受拉鋼筋，均取135。彎鉤，以避免局部
擠壓引起混凝土破碎，彎弧內(nèi)徑為4d，彎后平直部分長(zhǎng)度為5d；2）焊錨板：錨板邊長(zhǎng)尺寸
不小于5d，錨筋應(yīng)采用穿孔塞焊方式與其連接；3）貼焊錨筋；錨固端貼焊的錨筋長(zhǎng)度不小
于5d且應(yīng)雙面焊接。
　　2．機(jī)械錨固長(zhǎng)度
　　機(jī)械錨固靠錨頭與混凝土的擠壓作用實(shí)現(xiàn)傳力，但錨固剛度較小，即受力伴隨著較大的
滑移。因此采用機(jī)械錨固以后仍應(yīng)具有一定的錨固長(zhǎng)度，即除錨頭外仍需有相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度與之
共同受力。新規(guī)范規(guī)定，采用機(jī)械錨固措施以后，其總錨固長(zhǎng)度（包括錨頭在內(nèi)的總水平投
影長(zhǎng)度）可取按式（1）計(jì)算錨固長(zhǎng)度的0.7倍。國(guó)外規(guī)范的規(guī)定與此相似。3．機(jī)械錨固的
構(gòu)造要求
　　機(jī)械錨固的擠壓較多地集中在錨頭附近，錨固區(qū)的混凝土容易破碎，故應(yīng)加以圍箍約束
。新規(guī)范規(guī)定，在機(jī)械錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)配置箍筋，其直徑不應(yīng)小于0.25d（d為縱向受力鋼
筋的直徑）間距不應(yīng)大于5d，數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)。但當(dāng)保護(hù)層厚度不小于5d時(shí)，由于握裹層
已能提供足夠的約束，可以不考慮上述配箍的要求。
　　五、受壓鋼筋的錨固
　　混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的受壓鋼筋（如受彎構(gòu)件的壓區(qū)配筋、柱或桁架上弦桿中的縱向受力
鋼筋等）同樣存在著錨固問(wèn)題。受壓鋼筋的錨固機(jī)理與受拉鋼筋相同，錨固作用同樣來(lái)源于
膠結(jié)、摩阻、咬合和機(jī)械錨固。鋼筋受壓錨固比受拉狀態(tài)更有利，這是因?yàn)榭v向受壓鋼筋的
端面對(duì)混凝土的擠壓力起到了機(jī)械錨固的作用，加強(qiáng)了錨固抗力。此外，鋼筋受壓時(shí)的鐓粗
效應(yīng)加大了界面的摩阻及咬合作用，也對(duì)錨固有利。由于錨固機(jī)理相同但受力更為有利，新
規(guī)范規(guī)定，受壓鋼筋的錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于按式（1）計(jì)算錨固長(zhǎng)度的0.7倍。原規(guī)范及國(guó)外規(guī)
范有相同的規(guī)定。
　　鋼筋在壓力作用下容易發(fā)生屈曲而喪失承載能力，應(yīng)保證其有足夠的側(cè)向圍箍約束。因
此，在受壓鋼筋的錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)具有規(guī)定的保證層厚度以及基本的配箍構(gòu)造要求。
　　彎鉤及貼焊錨筋等機(jī)械錨固形式在承受壓力作用時(shí)往往會(huì)引起偏心作用，容易發(fā)生壓曲
而影響構(gòu)件的受力性能，因此不宜采用彎鉤、貼焊錨筋等形式的機(jī)械錨固。
　　六、結(jié)語(yǔ)
　　新規(guī)范對(duì)于鋼筋錨固設(shè)計(jì)的內(nèi)容作了較大的修訂，歸納如下：1）基本錨固長(zhǎng)度不再查
表而改用計(jì)算方法確定；2）根據(jù)錨固條件的不同對(duì)基本錨固長(zhǎng)度進(jìn)行修正；3）增加了鋼筋
機(jī)械錨固形成及其配箍的構(gòu)造要求。
參考文獻(xiàn)
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