第六章 粘结和锚固特性的分析
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六钢筋与混凝土的粘结6.1 概述钢筋与混凝土的粘结是钢筋与外围混凝土之间的一种复杂的相互作用,通过它传递二者间的应力,协调变形,是钢筋与混凝土两种材料组成的复合构件共同工作的基本前提。
粘结应力是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力,实际上钢筋外围混凝土的应力及变形状态要复杂得多。
粘结力使钢筋应力沿钢筋长度而变化;反之,没有钢筋应力的变化,就不存在有粘结应力。
粘结应力按作用性质分为两类:(1)锚固粘结应力。
钢筋伸入支座(图6-1a)或在跨间切断时(图6-1b),必须有足够的“锚固长度”(或延伸长度),通过这段长度上粘结应力的积累,才能使钢筋中建立起所需的拉力;(2)裂缝附近的局部粘结应力。
开裂截面的钢筋拉力,通过裂缝两侧的粘结应力部分地向混凝土传递,使未开裂截面混凝土受拉(图6-1c)。
局部粘结应力的大小,反映受拉区混凝土参与工作的程度。
如梁中受力钢筋的锚固粘结不足,会出现较大的滑动,导致构件提前破坏,降低梁的抗弯及抗剪强度。
局部粘结应力的退化和丧失,使裂缝宽度增大,刚度降低。
粘结徐变是长期荷载作用下裂缝宽度增长的主要原因之一。
经受多次重复荷载的钢筋混凝土梁,可能由于锚固粘结疲劳使强度降低,或粘结应力的退化使裂缝和变形增大。
总之,在承载能力和使用极限状态下,钢筋强度能利用多少取决于粘结的有效程度。
光圆钢筋粘结的主要问题是强度低,不大的粘结应力下即可能产生较大的相对滑动。
高强度变形钢筋带来了的问题是外围混凝土的劈裂成为粘结破坏的主要危险。
高强度、大直径变形钢筋具有节约钢材、便于施工等优点,各国都相继推广使用。
但粘结性能是发挥其强度的关键,这就促使人们对各种类型钢筋的粘结进行广泛的研究。
粘结试验迄今已有百余年的历史,发表了众多的试验资料,但由于影响粘结的因素很多,破坏机理复杂,以及试验技术方面的原因等,目前粘结的某些基本问题还没有得到很好地解决。
特别是与钢筋混凝土其他领域的进展相比,人们对钢筋与混凝土粘结的了解还很不够,提不出一套比较完整的、有充分论据的粘结滑动理论。
混凝土的粘结性能分析一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料,具有优良的耐久性、强度和稳定性。
然而,混凝土结构的性能往往受到其粘结性能的制约。
因此,深入研究混凝土的粘结性能,对于提高混凝土结构的性能和安全具有重要意义。
二、混凝土的粘结性能混凝土的粘结性能是指混凝土与其他材料之间的黏着强度和剪切强度。
混凝土的主要黏着对象是钢筋、混凝土本身和其他材料,如砖、岩石等。
混凝土的主要剪切对象是钢筋和混凝土本身。
1. 混凝土与钢筋的粘结性能混凝土与钢筋的粘结性能对混凝土结构的强度和稳定性具有决定性影响。
混凝土与钢筋的粘结性能主要受以下因素影响:(1)混凝土强度:混凝土强度越高,其与钢筋的粘结性能越好。
(2)钢筋表面状态:钢筋表面的锈蚀、油污等会降低其与混凝土的粘结性能。
(3)混凝土表面状态:混凝土表面的凹凸不平、空鼓等会降低其与钢筋的粘结性能。
(4)混凝土与钢筋之间的锚固长度:锚固长度越长,混凝土与钢筋的粘结性能越好。
2. 混凝土与混凝土的粘结性能混凝土与混凝土之间的粘结性能对于混凝土结构的整体性能具有重要影响。
混凝土与混凝土之间的粘结性能主要受以下因素影响:(1)混凝土的强度:混凝土强度越高,其与混凝土的粘结性能越好。
(2)混凝土表面状态:混凝土表面的凹凸不平、空鼓等会降低其与混凝土的粘结性能。
(3)混凝土的龄期:混凝土的龄期越长,其与混凝土的粘结性能越好。
3. 混凝土与其他材料的粘结性能混凝土与其他材料的粘结性能对于混凝土结构的耐久性和稳定性具有重要影响。
混凝土与其他材料的粘结性能主要受以下因素影响:(1)其他材料的强度:其他材料的强度越高,其与混凝土的粘结性能越好。
(2)其他材料表面状态:其他材料表面的凹凸不平、油污等会降低其与混凝土的粘结性能。
(3)混凝土表面状态:混凝土表面的凹凸不平、空鼓等会降低其与其他材料的粘结性能。
三、混凝土粘结性能测试方法混凝土的粘结性能测试方法主要有剪切试验、拉拔试验、抗剥试验等。
混凝土收缩及钢筋锚固粘结混凝土的收缩普通混凝土的最终收缩值一般取为3×10^(-4)o水泥用量愈多、水灰比愈大,收缩愈大。
骨料的弹性模量愈大,级配好,密实度大,混凝土捣制愈密实,则收缩愈小。
因此加强养护、减少水灰比,加强振捣是减小收缩的有效措施。
用高标号水泥制成的混凝土收缩大。
另外,使用环境温、湿度大时,收缩减小。
混凝土体积与表面积的比值大时,收缩小。
当混凝土的收缩受到阻碍时,混凝土中将产生拉应力',从而会引起表面的或内部的收缩裂缝。
在预应力混凝土中,收缩还会产生预应力损失。
钢筋与混凝土的粘结钢筋与其周围混凝土之间的相互作用称为钢筋与混凝上的粘结,包括粘结力(应力)与相对滑移。
粘结的重要性在于它是钢筋与混凝土变形一致,共同受力的保证,如是粘结遭到破坏,就会使构件变形增加,裂缝剧烈开展甚至提前破坏。
在重复荷载特别是强烈地震的作用下,很多结构的破坏往往是由于粘结破坏及锚固失效所引起的。
1粘结力的组成钢筋与混凝土的粘结通常是用拉拔钢筋试验来进行的。
粘结力主要是由胶着力、摩擦力、机械咬合力三部分组成的。
一、胶着力混凝土在结硬过程中,水泥胶体与钢筋间会产生吸附胶着力。
混凝土强度等级愈高,胶着力愈大。
在拉拔钢筋试验中,加载初期,胶着力几乎承担了全部拉拔力,随着拉拔力的增大,加载端附近开始丧失胶结力,并出现滑移;当钢筋的自由端也有滑移时,胶着力全部丧失。
二、摩擦力混凝土收缩对钢筋产生正压力随着胶着力的丧失,钢筋与周围混凝土有相对滑移趋势时,在接触面上就出现摩擦力。
刚开始滑移时摩擦力最大,而后逐渐减小。
三、机械咬合力由于钢筋表面粗糙不平而产生的机械咬合作用。
胶着力在粘结力中所占比例较小,光圆钢筋的粘结很大程度上取决于钢筋的表面状况。
试验表明,表面锈蚀的光圆钢筋的粘结力比新轧制的光圆钢筋的大得多。
钢筋用时放在露天锈一下。
变形钢筋的粘结力除胶着力和摩擦力外,最主要的是机械咬合力,即混凝土对钢筋表面横肋的斜向挤压力形成了钢筋在混凝土中的滑移阻力。