混凝土结构中钢筋的锚固.pdf

第 卷 第“期建筑结构 年“月 混凝土结构中钢筋的锚固 徐有邻王晓锋 （中国建筑科学研究院北京 ） ［提要］ 通过对混凝土结构中受力钢筋的锚固机理、 影响因素的分析， 对新修订国家标准 混凝土结构设计规 范（ 7 2 3 * 80 ,3 *, * 6 0 6 . 4 , - . / 1 *5 * - , 0 6 5 , 8 0 3 6 0 , 4 2 7 * , - * 4 - 3 . / 6 * 2 * 8 8 * 8 0 ,3 *, * 时， 相应的锚固长度为临界锚固长度0 - / ， 这是保证受力钢 筋不发生锚固破坏的最小长度。随着钢筋屈服后的强 化， 锚固抗力还会增加。当锚固抗力等于钢筋的极限 拉力17时， 相应的锚固长度为极限锚固长度0 7 ， 显然， 超过此值的锚固长度部分将不起作用。 规范修订时， 用试验和分析的方法确定0 - / 和0 7 ， 然后经可靠度分析， 并与传统的锚固长度相校准以确 定锚固长度的设计值。确定该值时， 还参考了国外规 范中对类似钢筋的相应规定。 C锚固长度的表达 我国传统的锚固设计是用查表的方式并以“（ 为钢筋直径） 为进位确定锚固长度。随着钢筋强度的 提高和外形的多样化， 并考虑到锚固条件的影响， 表格 法的局限性日渐突出。目前国外规范都以计算方式确 定锚固长度， 并根据锚固条件的不同而加以修正。因 此， 此次规范修订也遵从国际惯例作了相应的修改。 C基本锚固长度 D 新规范第 “ “ 条给出了计算纵向受拉钢筋基本 锚固长度 的公式 “ ’ （） 式中参数取值详见规范。 规范修订前后热轧钢筋的锚固长度如图所示。 图中虚线为原规范的锚固长度。预应力钢丝、 钢绞线 因强度 不一， 不再图示表达。 图热轧钢筋的锚固长度 三、 锚固长度的修正 随着锚固条件的变化， 钢筋的锚固性能变化很大。 因此， 锚固长度应以基本锚固长度为基础作相应调整。 “粗直径钢筋的修正 我国钢筋标准中规定了热轧变形钢筋的外形。当 其直径加大时， 横肋相对高度降低， 虽然加密肋距可弥 补咬合力的不足， 但锚固强度仍然降低。因此， 对直径 大于 * 的粗直径月牙肋钢筋， 锚固长度应乘以修 正系数 “ 。 “涂层钢筋的锚固长度 为解决恶劣环境中钢筋的耐久性问题， 我国已开 始生产并使用环氧树脂涂层钢筋。试验研究表明， 涂 层削弱了钢筋与混凝土的粘结锚固作用， 锚固强度降 低 ,-左右， 故锚固长度应乘以修正系数 “ *。 “施工扰动的影响 对于滑模施工等施工扰动影响混凝土终凝前粘结 锚固作用的情况， 锚固长度应增加以弥补锚固作用的 削弱， 规范规定应乘以修正系数 “ 。 . “厚保护层的作用 握裹钢筋的混凝土保护层厚度较大时有利于锚固 约束作用， 咬合力增强， 锚固强度提高。规范规定当保 护层厚度大于且配有箍筋时， 锚固长度可乘以修 正系数, “ /。 * “配筋余量的影响 基本锚固长度以受力钢筋达到强度设计值为条 件。各国规范都规定了当应力丰度 （实际应力与屈服 强度 之比） 小于时， 按比例减小锚固长度的方法。 修订规范简化计算， 以设计计算与实际配筋面积之比 作为修正系数， 减小锚固长度。但此修正不适用于有 抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件。 0 “骤然放张预应力筋的影响 先张法预应力构件采用骤然放张预应力筋的施工 工艺时， 考虑到冲击造成的微裂等损伤对端部锚固的 不利影响， 锚固长度起点应从距构件末端, “ *倍预应 力传递长度处计算。 1 “锚固长度的限值 上述锚固长度的修正系数可以连乘。但由于构造 的需要， 受力钢筋的锚固长度不应小于某一限值。规 范规定， 经修正后在实际工程中采用的锚固长度不应 小于按式 （） 计算的锚固长度的, “ 1倍， 且不应小于 * , 。 四、 钢筋的机械锚固 “机械锚固的形式 当钢筋的锚固长度因截面尺寸限制而无法满足 时， 可以在锚筋末端采用锚头 （机械锚固） 的形式， 利用 局部混凝土的挤压力实现锚固受力。各国规范均有对 机械锚固的规定。我国传统对2 3 4 *级光面钢筋加 弯钩的要求实际上就是机械锚固的一种形式。 通过系统的试验研究， 规范 “ “ 条选择了三种 合适的机械锚固形式， 现在分述如 下 ） 弯 钩 对 于 2 5 4 *级、2 5 4 . , ,级和5 5 4 . , ,级纵向受拉钢筋， 均取 * 6弯钩， 以避免局部挤压引起混凝土破碎， 弯弧 内径为.， 弯后平直部分长度为*； ） 焊锚板 锚板 边长尺寸不小于*， 锚筋应采用穿孔塞焊方式与其连 接； ） 贴焊锚筋 锚固端贴焊的锚筋长度不小于*且 应双面焊接。 “机械锚固长度 机械锚固靠锚头与混凝土的挤压作用实现传力， 但锚固刚度较小， 即受力伴随着较大的滑移。因此， 采 用机械锚固以后仍应具有一定的锚固长度， 即除锚头 外仍需有相当的长度与之共同受力。新规范规定， 采 用机械锚固措施以后， 其总锚固长度 （包括锚头在内的 总水平投影长度） 可取按式 （） 计算锚固长度的, “ 1 倍。国外规范的规定与此相似。 “机械锚固的构造要求 机械锚固的锚固挤压较多地集中在锚头附近， 锚 固区的混凝土容易破碎， 故应加以围箍约束。新规范 规定， 在机械锚固的锚固长度范围内应配置箍筋， 其直 径不应小于, “ *（为纵向受力钢筋的直径） ， 间距 不应大于*， 数量不应少于个。但当保护层厚度不 小于*时， 由于握裹层已能提供足够的约束， 可以不 考虑上述配箍的要求。 （下转第1页） 二级抗震等级， 如果目前规范预测的罕遇地震水准不 变， 则上部各柱加强措施以取““ 为好。若 为了简化设计， 亦可取“（ ’ ）“。这 表明修订后规范对度二级所取柱增强措施还宜再进 一步加强。底层柱下端截面的增强系数则以从规范所 取的 * （修订前后未变） 提高到 左右为好。当 然， 如考虑到我国目前对， 度区预测的罕遇地震水 准可能偏高 ［’］， 并将度二级上部各层柱的增强措施 由“ *“提高到“（ , ’）“ 左右 （相当于取与度一级相同的增强措施） ， 将底层 柱的增强系数由 * 提高到 ’左右， 应该说也是一 种可以接受的做法。当然， 可能还需要对不同类型、 不 同规模的结构进行更广泛的非线性动力反应分析， 来 最后敲定增强措施的合理取值。 这里需要说明的是， 之所以建议进一步提高度 二级框架底层柱下端和上部各层柱的弯矩增强系数， 是因为度区的罕遇地震水准与设防地震水准的比值 要比-度区明显偏大 （， -度区各自的罕遇地震水准 与设防地震水准的地面运动峰值加速度之比分别为 * .和 ） ， 而作者完成的分析结果 ［,］表明， -度区 结构采取的柱端弯矩增强措施较强， 规范修订后又进 一步加强， 故相对于度区而言， -度区框架的现行措 施是可以接受的， 不需做进一步调整； 度区的罕遇地 震水准与设防地震水准的比值虽也为* .左右， 但因 其柱截面配筋大部分由最小配筋率控制， 这相当于在 不同程度上进一步增强了各层柱截面的抗弯能力， 因 此， 修订后的规范规定的度区抗震措施也可以保持 不变。 （,） 近年来国外强震震害和我国台湾 - - -年-月 集集地震的震害均表明， 底层柱是从防倒塌角度需要 给予认真关注的关键抗震部位。绝不能因为在框架形 成的梁铰机构或梁柱铰机构中底层柱底肯定要形成塑 性铰， 就错误理解为对该部位的塑性转动幅度可以不 作严格限制。因为试验表明， 在此处的高轴压比条件 下， 即使对柱端受压区混凝土采取了有力的约束措施， 其塑性转动能力依然是有限的。一旦该部位塑性转动 超限， 就极可能发生柱截面压溃， 从而导致建筑物的局 部垮塌或倒塌。因此， 虽然抗剪约束措施以及抗弯能 力增强措施会加大该部位的设计和施工难度， 也必须 面对困难， 严格保证这一关键部位的抗震措施， 而不宜 轻易放松。 参考文献 建筑 抗震 设计 规范 （/ 0 . . * . . ）1中国 建筑 工业 出 版 社， * . . 1 * 杨 红1基于细化杆模型的钢筋混凝土抗震框架非线性动力反应 规律研究1博士学位论文， 重庆建筑大学， * . . .1 , 韦 锋， 杨红， 白绍良1对我国不同烈度区钢筋混凝土框架现行 抗震规定的初步验证1重庆建筑大学学报， * . . ，* , （2）1 ’ 周雍年1关于设防地震动水准的考虑1建筑结构学报，* . . .，* （）1 （上接第-页） 五、 受压钢筋的锚固 混凝土结构构件中的受压钢筋 （如受弯构件的压 区配筋、 柱或桁架上弦杆中的纵向受力钢筋等） 同样存 在着锚固问题。受压钢筋的锚固机理与受拉钢筋相 同， 锚固作用同样来源于胶结、 摩阻、 咬合和机械锚固。 钢筋受压锚固比受拉状态更有利， 这是因为纵向受压 钢筋的端面对混凝土的挤压力起到了机械锚固的作 用， 加强了锚固抗力。此外， 钢筋受压时的镦粗效应加 大了界面的摩阻及咬合作用， 也对锚固有利。由于锚 固机理相同但受力更为有利， 新规范规定， 受压钢筋的 锚固长度不应小于按式 （） 计算锚固长度的. 倍。 原规范及国外规范有相同的规定。 钢筋在压力作用下容易发生屈曲而丧失承载能 力， 应保证其有足够的侧向围箍约束。因此， 在受压钢 筋的锚固长度范围内， 应具有规定的保护层厚度以及 基本的配箍构造要求。 弯钩及贴焊锚筋等机械锚固形式在承受压力作用 时往往会引起偏心作用， 容易发生压曲而影响构件的 受力性能， 因此不宜采用弯钩、 贴焊锚筋等形式的机械 锚固。 六、 结语 新规范对于钢筋锚固设计的内容作了较大修订， 归纳如下 ） 基本锚固长度不再查表而改用计算方法 确定； *） 根据锚固条件的不同对基本锚固长度进行修 正； ,） 增加了钢筋机械锚固形式及其配箍的构造要求。 参考文献 徐有邻1钢筋混凝土粘结锚固性能的试验研究1建筑结构学报， - - ’， （,）1 * 徐有邻， 宇秉训， 朱 龙等1钢绞线基本性能与锚固长度的试验研 究1建筑结构， - - 2， （,）1 , 徐有邻， 宇秉训， 姜 红1三股钢绞线锚固性能的试验研究1哈尔 滨建筑大学学报， - - 2， （2）1 ’ 徐有邻， 刘立新， 管品武1螺旋肋钢丝粘结锚固性能的试验研究1 混凝土与水泥制品， - - ， （’）1 汪 洪， 徐有邻， 史志华1钢筋机械锚固性能的试验研究1工业建 筑， - - ， （ ）1