第3节 钢筋和混凝土之间的粘结力

1.3.1 概述

1. 粘结的概念
钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。
粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。在钢筋和周围砼之间起到传递内力的作用，使钢筋应力沿其长度方向发生变化。因此构件内粘结力的存在，能阻止钢筋与砼之间的相对滑移，并使钢筋在砼内二者能很好的共同参与受力工作。
2. 粘结应力的分类
按作用性质不同：
（1）弯曲粘结应力

（2）局部粘结应力：裂缝间的局部粘结应力和锚固端的粘结应力

3.粘结的作用

（1）锚固粘结

（2）裂缝间粘结

1.3.2 粘结力的性能
1. 粘结力的组成
钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：
⑴混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力；当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失；
⑵混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间摩擦力；其大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数；
⑶钢筋表面凸凹不平与混凝土之间产生机械咬合力。

2. 粘结力的性能
（1）光圆钢筋
◆ 对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。
◆ 由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。
◆ 为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。

（2）变形钢筋

◆ 将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。 对于强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。

◆ 变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力，其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力。轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝， 环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。 当混凝土保护层和钢筋间距较小时，径向裂缝可发展到构件表面，产生劈裂裂缝，咬合作用将很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。

3. 粘结强度
通过拔出试验得出
（1）拔出试验
粘结强度：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力， 其值沿钢筋成曲线分布。

（2）影响粘结强度的主要因素
◆ 混凝土强度：粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，与抗拉强度 f_t 成正比。
◆ 保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，保护层厚度与钢筋直径的比值c/d 越大，抵抗劈裂破坏的能力越强，粘结强度越高；钢筋净距与钢筋直径的比值s/d 越大，粘结强度也越高。
◆ 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。

◆ 钢筋表面和外形特征：
● 光面钢筋表面凹凸较小，咬合作用小，粘结强度低。
● 月牙肋和螺纹肋变形钢筋，前者肋挤压混凝土的面积与钢筋截面积的比值较小，粘结强度低一些。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。

◆ 受力情况：
● 在锚固范围内存在侧压力可提高粘结强度；
● 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。
总结
●钢筋的成分、种类和级别、钢筋的应力－应变曲线及塑性性能；
*热轧钢筋：HPB235级 HRB335级 HRB400级 RRB400级
HPB235级：f_yk = 235 N/mm²； HRB335级： f_yk = 335 N/mm²
HRB400级、RRB400级： f_yk = 400 N/mm²
HPB235级(Ⅰ级)钢筋：
多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。
HRB335级(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)钢筋：
强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。
RRB400级钢筋：
强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。
钢筋的应力—应变曲线及塑性性能
（1） 有明显屈服点的钢筋

（2）无明显屈服点的钢筋

a点：比例极限，约为0.65f_u
a点前：应力-应变关系为线弹性
a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点

强度设计指标——条件屈服点：
残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取

●混凝土三种强度及影响因素；混凝土一次短期加载时的应力－应变性能及混凝土的横向变形系数、变形模量等概念，混凝土在重复荷载下的变形性能，混凝土的徐变和收缩的机理；
(1) 应力-应变关系（本构关系）曲线

（2）徐变收缩曲线（徐变收缩-时间）曲线

在应力（≤0.5f_c）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（70~80）%，以后增长逐渐缓慢，第1年可完成 90%左右, 2~3年后趋于稳定。

●钢筋与混凝土之间的粘结性能。
粘结力的组成
钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：
⑴混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力；当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失；
⑵混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间摩擦力；其大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数；
⑶钢筋表面凸凹不平与混凝土之间产生机械咬合力。