簡(jiǎn)述混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋錨固的原理、作用和計(jì)算推導(dǎo)

周鵬

摘 要 錨固作用是實(shí)現(xiàn)鋼筋與混凝土之間的傳力以及變形協(xié)調(diào)的關(guān)鍵，是由兩種材料構(gòu)成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠承受荷載效應(yīng)的基礎(chǔ)。通過(guò)理解鋼筋錨固的原理，對(duì)錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 鋼筋;混凝土;協(xié)調(diào)工作;可靠黏結(jié);錨固長(zhǎng)度

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。

鋼筋混凝土構(gòu)件利用鋼筋和混凝土各自的優(yōu)勢(shì)和良好的協(xié)調(diào)工作性，以鋼筋承受拉力（或壓力）而混凝土承受壓力，很好地組合在一起共同承受荷載。

鋼筋與混凝土共同工作具有三大優(yōu)勢(shì)：一是混凝土凝結(jié)后與鋼筋牢固地黏結(jié)，能相互傳遞應(yīng)力;二是鋼筋與混凝土有相近的線(xiàn)膨脹系數(shù);三是混凝土可以保護(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕。

鋼筋和混凝土共同發(fā)揮作用是通過(guò)相互間的可靠黏結(jié)。鋼筋的黏結(jié)性能試驗(yàn)表明，鋼筋和混凝土的黏結(jié)力主要由四部分構(gòu)成：①化學(xué)膠結(jié)力，即鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附力;②摩擦力，即混凝土收縮后將鋼筋緊密握裹而產(chǎn)生的力;③機(jī)械咬合力，即鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合力;④鋼筋端部的錨固力，一般是在鋼筋端部彎鉤、彎折，在錨固區(qū)焊短鋼筋、短角鋼等方法提供錨固力。

這四部分黏結(jié)力都要求鋼筋必須具有一定的錨固長(zhǎng)度，才能保證與混凝土之間有效傳遞應(yīng)力，共同承受荷載。

101圖集對(duì)受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度lab、抗震設(shè)計(jì)時(shí)受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度labE、受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度la、受拉鋼筋抗震錨固長(zhǎng)度laE、縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度ll 、縱向受拉鋼筋抗震搭接長(zhǎng)度llE等用列表方式給出不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)、不同級(jí)別鋼筋配置下需要的錨固和搭接長(zhǎng)度值。取值雖然明確，但不能機(jī)械套用，需要在理解的基礎(chǔ)上靈活應(yīng)用。

1 基本錨固長(zhǎng)度lab

由受力鋼筋的臨界錨固長(zhǎng)度即鋼筋屈服而不發(fā)生錨固破壞的最小長(zhǎng)度，以及極限錨固長(zhǎng)度即鋼筋拉斷而不發(fā)生錨固破壞的最小長(zhǎng)度，確定基本錨固長(zhǎng)度lab介于臨界錨固長(zhǎng)度與極限錨固長(zhǎng)度之間，能保證鋼筋可靠承載受力而不發(fā)生錨固破壞[1]。

普通鋼筋

式中：lab 受拉鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度;

Fy 普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;

Ft 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)高于C60時(shí)，按C60;

d 錨固鋼筋的直徑;

α錨固鋼筋外形系數(shù)，光面鋼筋0.16，帶肋鋼筋0.14。

混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft（N/mm2）取值：

普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy取值：

HPB300：270N/mm2; HRB335、HRBF335：300N/mm2;

HRB400、HRBF400、RRB400：360N/mm2;HRB500、HRBF500：435N/mm2。

將α、fy、ft按上述取值代入公式? ，計(jì)算后所得值受拉鋼筋基本錨固長(zhǎng)度 lab表中的取值。

2 設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度la

根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受力鋼筋錨固的具體情況，在基本錨固長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上作相應(yīng)的修正，得出鋼筋的設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度la

la=ζalab

ζa為錨固長(zhǎng)度修正系數(shù)，反映錨固條件對(duì)錨固強(qiáng)度的影響?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第8.3.2 對(duì)錨固長(zhǎng)度修正系數(shù)規(guī)定如下：①當(dāng)帶肋鋼筋的公稱(chēng)直徑大于25mm時(shí)取1.10;②環(huán)氧樹(shù)脂涂層帶肋鋼筋取1.25;③施工過(guò)程中易受擾動(dòng)的鋼筋取1.10;④當(dāng)縱向受力鋼筋的實(shí)際配筋面積大于其設(shè)計(jì)計(jì)算面積時(shí)，修正系數(shù)取設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積的比值，但對(duì)有抗震設(shè)防要求及直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)考慮此項(xiàng)修正;⑤錨固鋼筋的保護(hù)層厚度為3d時(shí)修正系數(shù)可取0.80，保護(hù)層厚度為5d時(shí)修正系數(shù)可取0.70，中間按內(nèi)插取值，此處d為錨固鋼筋的直徑[2]。

3 抗震錨固長(zhǎng)度laE

縱向受拉鋼筋抗震錨固長(zhǎng)度laE=ζaEla

ζaE是縱向受拉鋼筋抗震錨固長(zhǎng)度修正系數(shù)，一、二級(jí)抗震等級(jí)取1.15，三級(jí)抗震等級(jí)取1.05，四級(jí)抗震等級(jí)取1.00。

4 縱向受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度ll、llE

非抗震搭接時(shí)? ? ?ll =ζlla

抗震搭接時(shí)? ? ?llE =ζllaE

ζl為縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)，其取值如下：

同一連接區(qū)段內(nèi)搭接鋼筋面積百分率（%） ≤25 50 100

受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)ζl 1.2 1.4 1.6

綜上所述，縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度計(jì)算公式可歸納如下，以清晰的表明其推導(dǎo)計(jì)算過(guò)程。

llE=ζllaE =ζlζaEla = ζlζaEζalab = ζlζaEζa

通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋錨固的原理及作用的解讀，以及對(duì)錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式的推導(dǎo)，即可自行計(jì)算各種情況下的錨固長(zhǎng)度;同時(shí)，結(jié)合力學(xué)和結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，根據(jù)不同構(gòu)件、不同節(jié)點(diǎn)，采取直錨、彎錨、機(jī)械錨固等方式，就可以靈活地應(yīng)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中非常重要的鋼筋錨固問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010-2010[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50011-2010[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.