钢筋与混凝土的粘结机理及影响因素研究.ppt

钢筋与混凝土的粘结机理及影响因素研究一、粘结机理
1.光圆钢筋的粘结机理
2.变形钢筋的粘结机理
二、影响因素
1.钢筋直径和表面形状
2.混凝土的强度
3.配筋率
4.保护层厚度
5.混凝土浇筑方向
6.横向配筋
7.钢筋锈蚀度
8.其他因素
钢筋混凝土是由钢筋与混凝土这两种特性完全不同的材料组成，其作为一种非均质的整体材料，必须保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结和锚固。只有两者之间有可靠地粘结，才能在钢筋与混凝土交界面处实现应力传递，从而建立起结构承载所必须的工作应力。

一、粘结机理
对钢筋同混凝土间粘结机理的研究，一般借助拉拔实验进行。由于钢筋表面形状的不同，光圆钢筋与变形钢筋同混凝土间的极限粘结强度相差很大，并且粘结机理、钢筋滑移量及破坏形态也各有不同。
1、光圆钢筋的粘结机理

由于钢筋同混凝土间的胶着强度很小，在小应变下，就足以产生使胶着力失效的局部滑动。一旦出现相对滑移，钢筋同混凝土脱开，粘结力就有摩擦咬合作用来承担。在加载过程中，相对滑动由加载端逐步向自由端发展，胶着长度不断变小，应力峰值内移，最终钢筋被拔出，而混凝土一般不发生劈裂或破碎，呈剪切破坏形态。当相对埋长较大，且混凝土强度较高时，钢筋也可能在粘结破坏之前就已经屈服。对光圆钢筋，由于其化学胶着力很小，其粘结强度即取决于摩擦咬合作用。
虽然轻度的表面锈蚀有利于增加钢筋同混凝土间的摩擦力，但其增大作用也很有限；同时，光圆钢筋表面的自然凹凸度很小，其机械咬合作用也不大，因此光圆钢筋同混凝土间的粘结强度也较低，是其粘结的主要问题。2、变形钢筋的粘结机理
对变形钢筋来说，其粘结性能同光圆钢筋有很大区别，由于纵横肋的存在，改变了钢筋同混凝土间相互作用的方式，大大改善了粘结效用。虽然胶着力与摩擦力作用仍然存在，但变形钢筋的粘结强度主要取决于横肋同混凝土间的机械咬合作用。
二、粘结强度的影响因素
粘结强度的主要影响因素可以归纳为如下几点：
1、钢筋直径和表面形状
由于钢筋所受拉力与截面积成正比，粘结面积与截面周长成正比，分析可知相对粘结面积与钢筋直径成反比。对于直径较小的钢筋，其相对粘结面积较大，与混凝土结合较好，产生的粘结强度也相应较高。也就是说，粘结强度是随着钢筋直径的增加而减小的，故在截面设计时，在满足设计要求的情况下，应尽量采用较小直径的钢筋。
钢筋的外形对粘结强度的影响较大，在其他条件差别不大时，变形钢筋的粘结强度要高于光圆钢筋。且在给定滑移量的情况下，粘结应力随着变形钢筋横肋高度及倾斜角度的增加、肋间距的减小而增大。
2、混凝土的强度
当混凝土的强度提高时，钢筋同混凝土间的化学胶结力及机械咬合力也随之增大，同时混凝土抗拉强度的提高也使得试件的內裂和劈裂应力增大，从而使得极限粘结强度提高，即粘结强度是随着混凝土强度的增加而增大的。3、配筋率
对于配筋率较小的构件，粘结作用对其荷载-挠度曲线的影响较小，钢筋屈服；对于配筋率较大的构件，粘结作用主要对其荷载-挠度曲线的后期刚度影响较大，钢筋不屈服。由此可知，对于配筋率较小的构件，粘结作用的影响可以忽略，而对于配筋率较大的构件，粘结作用影响构件的受力性能，不能被忽略。
4、保护层厚度
保护层厚度对粘结强度的影响一般是通过相对保护层厚度来表示的。随着c/d的增加，粘结强度与混凝土抗拉强度的比值增大，即粘结强度提高。但当c/d大至一定程度时，粘结强度与混凝土抗拉强度的比值是趋于不变的。
5、混凝土浇筑方向
对于平位浇筑，即钢筋为水平布置，混凝土浇筑方向为垂直向的情况，由于钢筋下面的混凝土下沉及泌水，与钢筋不能紧密接触，故粘结强度降低。
6、横向配筋
横向配置钢筋，可有效延缓径向内裂的发展、限制劈裂裂缝的开展，从而使粘结强度得以提高。因此，对于较大直径钢筋的锚固区段以及搭接长度范围内，均应设置一定数量的横向钢筋，以提高构件的粘结强度。
7、钢筋锈蚀度
钢筋轻度锈蚀情况下，由于锈蚀物向周围混凝土渗透，从而加强了钢筋和混凝土之间的粘结作用。但当粘结强度增加至一定程度后，随着钢筋锈蚀程度的增加，粘结强度降低。
8、其他因素
能够影响混凝土本身质量和强度的各种因素，如制作过程中的塌落度、混凝土养护条件、浇筑时钢筋所在位置等，均会对钢筋同混凝土间的粘结性能产生一定的影响。

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