钢筋与混凝土粘结性能的分析

钢筋与混凝土粘结性能的分析

摘要：从钢筋与混凝土之间粘结性能的粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行了分析和探讨。

关键词：钢筋混凝土粘结机理影响因素粘结强度

1、引言

混凝土结构是目前应用最为广泛的工程结构形式之一。钢筋与混凝土结构之间的粘结是保证两种材料形成整体、共同工作的基础，对于混凝土结构构件的受力性能、破坏形态、计算假定、承载能力、裂缝和变形等有着重要的影响。一直以来，粘结问题是结构工程技术人员关注的热点问题之一。本文主要从粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行分析和研究，以期深入理解、把握钢筋与混凝土之间的粘结性能，提出提高粘结能力的建议。

2、粘结机理

钢筋和混凝土是两种性能不同的材料组成的组合结构材料，其能够共同工作的基本要素是两者之间的粘结锚固作用。所谓钢筋和混凝土之间的粘结应力指的是两者接触面上的剪应力，由钢筋与混凝土之间的粘着力、摩阻力和咬合力三部分组成[1][2]。

(1)粘着力。混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，其抗剪极限值取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度和清洁度。当钢筋受力后有较大变形、发生局部滑移后，粘着力就丧失了[1]。

(2)摩阻力。周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用[1]。如果垂直于钢筋作用有压力，则在产生极小的移动时，就会在钢筋和混凝土之间引起摩擦力，这种横向压力取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及二者间的摩擦系数等。由于钢筋表面的粗糙度，摩擦系数μ可高达0.3～0.6，生锈的圆钢与新扎的圆钢以及冷拔钢丝的表面粗糙度相差可达36倍[3]。挤压力越大，接触面越粗糙，则摩擦力越大。

(3)咬合力。钢筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力产生的剪切粘结，是最有效和最可靠的粘结方式。为了充分利用这种粘结，通常在钢筋表面轧制肋条来实现[4]。依靠钢筋与混凝土间的粘结应力，也即两者接触面上的剪应力，使得钢筋和混凝土两种性质完全不同的材料，在钢筋混凝土结构中共同工作。这种关系使得两种材料间相互传递力，实现弥补各自的缺点，发挥各自的优点。

第三节钢筋和混凝土粘结强度对比试验.

第三节钢筋和混凝土粘结强度对比试验 第10.3.1条本节适用于直径大于10mm的各类非预应力钢筋的粘结强度对比试验，并根据对比试验结果评价钢筋和混凝土粘结性能。 第10.3.2条钢筋和混凝土的粘结强度应采用无横向钢筋的立方体中心拔出试件（简称拔出试件）确定。拔出试件应符合下列要求： 一、拔出试件应采用边长为10倍钢筋直径的混凝土立方体试件（图10.3.2）。钢筋放置在立方体的中轴线上，埋入部分长度和无粘结部分长度各为5d。钢筋伸出混凝土试件表面的长度：自由端为20mm，加载端应根据垫板厚度、穿孔球铰高度及加载装置的夹具长度确定，但不宜小于300mm； 二、钢筋表面不应有锈蚀、油污及不正常的横肋轧制标记，安装百分表的钢筋端面应加工成垂直于钢筋轴的平滑表面； 在混凝土中无粘结部分的钢筋应套上硬质的光滑塑料套管，套管末端与钢筋之间空隙应封闭； 三、试件的混凝土应采用普通骨料，粗骨料最大颗粒粒径不得大于1.25倍钢筋直径； 试件的混凝土强度等级为C30，混凝土立方体抗压强度允许偏差应为 ±3MPa。 四、拔出试件数量每组应制作六个。应同时制作混凝土立方体试件，每组三个，其振捣方法与养护条件应与拔出试件一致； 五、试件应在钢模或不变形的试模中成型。模板上应预留钢筋位置孔。宜用振动台振捣；

试件的浇注面应与钢筋纵轴平行。钢筋应与混凝土承压面垂直，并水平设置在模板内。钢筋的两纵肋平面应放置在水平面上； 六、试件应在标准养护室内进行养护。在试件龄期为28d时进行试验。 第10.3.3条试验装置承压垫板的边长不应小于拔出试件的边长，其厚度不应小于15mm。垫板中心孔径应为2倍钢筋直径（图10.3.3）。 第10.3.4条加载速度应根据各种钢筋的直径确定，每种钢筋施加荷载的速度应按下式计算： 式中V F——加载速度（kN/min）； d——钢筋直径（mm）。 加载速度应均匀，不应施加冲击荷载。

钢筋与混凝土的粘结

钢筋与混凝土的粘结 随着社会的发展，技术的进步，钢筋混凝土材料在住房、建筑、交通、军事、水利等领域被广泛应用，钢筋混凝土结构就是利用了钢筋的高抗拉强度和混凝土的高抗压强度，而钢筋和混凝土之间的足够粘结是保证两者共同受力的前提。目前，两者完美的结合，造就了许多建筑奇迹，满足了结构的高强性、耐久性、抗灾性、抗震性等实用要求，保证了结构的使用寿命和使用安全。同时，也给人们的生产生活带来了翻天覆地的变化，让人们享受到安全舒适的生存环境。由此可见，钢筋和混凝土的粘结非常重要，下面从以下几个方面加以论述。 一、粘结力的作用 粘结力是指粘结剂与被粘结物体界面上分子间的结合力，粘结力使得钢筋和混凝土两种性质不同的材料在一起共同受力、共同工作，并承受构件因受荷在两种材料之间产生的剪应力，两者不至于发生滑移。如果粘结力失效，钢筋混凝土构件就会发生破坏。可见，粘结力的大小，直接影响着构件的稳定性和使用寿命。 二、粘结力的组成及粘结机理 钢筋和混凝土的粘结力由三部分组成： 1、化学胶结力 混凝土在硬化过程中，水泥胶体与钢筋之间产生的吸附

胶着作用，这种吸附作用力来自浇筑时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透，以及水化过程中水泥晶体的生长和硬化，这种作用力一般比较小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。 2、摩阻力 由于混凝土凝固时的收缩，使钢筋周围的混凝土握裹在钢筋上，当钢筋和混凝土之间出现相对滑移的趋势，则此接触面上将产生摩阻力。 对于光圆钢筋表面轻度锈蚀有利于增加摩阻力，但摩阻作用也很有限；对于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合也不大，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，通常需要在钢筋端部弯钩、弯折或焊短钢筋，以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。 3、机械咬合力 即钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力作用力，对于光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。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。 三、粘结问题的分类及相应的试验方法

第二节 钢筋的主要力学性能

第二节钢筋的主要力学性能 一、钢筋的品种和级别 （一）钢筋的品种（分类）（有很多种分类形式） 按化学成分分类： 低碳钢 碳素钢中碳钢随含碳量增加，钢筋强度提高， 高碳钢塑性性能降低。 普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再加入少量的 硅、锰、钛、钒等合金元素。强度显著 提高，塑性性能更好。 光面钢筋——表面光滑，与混凝土粘结力差。 按外形分类变形钢筋——表面带肋，螺旋纹、人字纹、 月牙纹，与混凝土粘结力高。 热轧钢筋用于钢筋混凝土结构 按生产工艺分类预应力钢丝和钢绞线及热处理钢筋 ——用于预应力混凝土结构 冷加工钢筋——用于预应力混凝土结构三种钢筋、生产工艺不同，见书。 （二）钢筋的级别 1、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、低合金钢轧 制而成——软钢

常用热轧钢筋的级别、符号、钢种和形状 性能：随着热轧钢筋级别提高，强度提高，塑性降低。 2、预应力钢丝和钢绞线、热处理钢筋 9~4φφ 用于预应力混凝土结构中P439～440 3、冷加工钢筋 冷拉、冷拔 二、钢筋的强度和变形（通过拉伸试验获得的应力应变曲 线来说明） 应力——应变曲线分两类： 有明显的流幅：热轧钢筋（软钢） 无明显的流幅：高碳钢（硬钢）（预应力钢丝、钢 绞线、热处理钢筋） 设计强度取值依据：（应力） 有明显的流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值依 据。 无明显的流幅钢筋，取b σ85.0(极限抗拉强度)作为条件 屈服点。

三、钢筋的冷加工（对钢筋进行冷加工，可以提高强度） 1、冷拉 对热轧钢筋进行张拉，张拉应力超过原屈服点， 然后放松，再张拉，屈服强度提高了，但塑性 降低。（伸长率降低） 2、冷拔 将8 φ光面钢筋通过强力拔过直径小的钨合 6φ ~ 金拔丝模孔，塑性变形后，——3，4mm钢丝冷拉：提高抗拉强度（不宜作受压钢筋） 冷拔：同时提高抗拉、抗压强度。 四、混凝土结构对钢筋性能的要求 1、强度 2、塑性 3、可焊性 4、耐火性 5、与混凝土的粘结性 第三节钢筋和混凝土的粘结与锚固 一、粘结的作用和分类 钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同工作的前提。 钢筋混凝土结构受力后，若钢筋和混凝土有相对变形（滑移）就会在其交界面上产生剪应力τ，这种剪应力τ称为

钢筋和混凝土的力学性能

钢筋和混凝土的力学性能 问答题参考答案 1．软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么值作为依据？ 答：有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。 有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增 f作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度 y f，一般用作钢筋的实际破坏强度。 钢筋极限强度 u 图2-1 软钢应力应变曲线 硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前，应力应变按直线变化，钢筋具有明显的弹性性质，超过比例极限点以后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变均持续增长，应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b 点后，同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段，至钢筋被拉断。 设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋，则为0.9倍。为了简化运算，《混凝土结构设计规范》统一取σ0.2=0.85σb，其中σb为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。

图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线 2． 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？ 答：目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。 HPB235（Q235，符号Φ，Ⅰ级）、热轧带肋钢筋HRB335（20MnSi ，符号，Ⅱ级）、热轧带肋钢筋HRB400（20MnSiV 、20MnSiNb 、20MnTi ，符号，Ⅲ级）、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi ，符号，Ⅲ级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。 3． 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？ 答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。 冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。 冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。 4． 什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？ 答：均匀伸长率δgt 为非颈缩断口区域标距的残余应变与恢复的弹性应变组成。 s b gt E l l l 000'σδ+-= 0l ——不包含颈缩区拉伸前的测量标距；'l ——拉伸断裂后不包含颈缩区的测量标距；0b σ——实测钢筋拉断强度；s E ——钢筋弹性模量。 均匀伸长率δgt 比延伸率更真实反映了钢筋在拉断前的平均（非局部区域）伸长率，客观反映钢筋的变形能力，是比较科学的指标。 5． 什么是钢筋的包兴格效应？ 答：钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。1887年德国人包兴格对钢材进行拉压试验时发现的，所以将这种当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象，称为包兴格效应。 6． 在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？ 答：钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 7． 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。 答：（1）对钢筋强度方面的要求 普通钢筋是钢筋混凝土结构中和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，主要是

第七章 钢筋与混凝土之间的粘结

第七章钢筋与混凝土之间的粘结 §7.1 概述 钢筋与混凝土的粘结是钢筋与其周围一定影响范围内混凝土的一 种相互作用，它是这两种材料共同工作的前提之一，也是对钢筋混凝土构件的承载力、刚度以及裂缝控制起重要影响的因素之一。粘结的退化和失效必然导致钢筋混凝土结构力学性能的降低和破坏。随着有限元法在钢筋混凝土结构非线性中的应用，钢筋与混凝土之间粘结和滑移的研究更显重要。 7.1.1 粘结应力及其分类 1．粘结应力的定义 粘结应力是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力。它并非真正的钢筋表面上某点剪应力值,而是一个名义值(对于变形钢筋而言)，是指在某个计算范围(变形钢筋的一个肋的区段)内剪应力的平均值，且对于变形钢筋来说，钢筋的直径本身就是名义值。 2．粘结应力分类 ·弯曲粘结应力 由构件的弯曲引起钢筋与混凝土接触面上的剪应力。可近似地按材料力学方法求得。由于在混凝土开裂前，截面上的应力不会太大，所以一般不会引起粘结破坏，对结构构件的力学性能影响不大。 该粘结主要体现混凝土截面开裂前钢筋与混凝土的协同工作机理。其大小与弯曲粘结应力及截面的剪力分布有关，即对于未开裂截面，弯曲粘结应力的分布规律与剪力分布相同。 ·锚固粘结应力 钢筋的应力差较大，粘结应力值高，分布变化大，如果锚固不足则会发生滑动，导致构件开裂和承载力下降。粘结破坏是一种脆性破坏。

·裂缝间粘结应力 开裂截面的钢筋应力，通过裂缝两侧的粘结应力部分地向混凝土传递，使未开裂截面的混凝土受拉，也使得混凝土内的钢筋平均应变或总变形小于钢筋单独受力时的相应变形，有利于减小裂缝宽度和增大构件的刚度，此即“受拉刚化效应”。 裂缝间粘结应力属于局部粘结应力范围。该粘结应力数值的大小反映了受拉区混凝土参与工作的程度。局部粘结应力应变分布复杂，存在着混凝土的局部裂缝和两者之间的相对滑移，平截面假定不再符合，且影响因素较多，如剪切破坏、塑性铰的转动能力以及结构中的弹塑性分析等。 7.1.2 研究现状 由于影响钢筋与混凝土之间粘结作用的因素较多，且差异性较大，较难给出理想的、普遍共同接受的计算理论。目前，还没有比较完整的、有充分论据的粘结滑动理论。各国规范处理方法各不相同，另外一方面，笼统的构造要求大大忽视了对粘结问题的进一步的研究。 7.1.3 研究的重要性 ·工程实践上的重要性——钢筋的锚固、搭接和细部构造； ·理论上的重要性——剪切破坏、裂缝宽度、塑性铰转动能力以及弹塑性分析问题的源头； ·有限元方法在钢筋混凝土结构中应用的要求，需给出粘结应力与相对滑动的数学模式； ·钢筋混凝土结构的动力反应，尤其是在大变形下的粘结性能的研究，在很大程度上取决于构件的连接部位的恢复力特性，粘结退化是使节点区强度丧失和刚度降低的主要原因。

钢筋与混凝土粘结——滑移关系

钢筋与混凝土粘结——滑移关系 混凝土与钢筋间粘结滑移性能向来作为钢筋混凝土结构的重要使用参考依据 ,它是钢筋与混凝土共同协调工作的基础和前提,正因为他们之间的界面存在相互的粘结力 ,促使两种材料能够实现应力的传递 ,从而实现承受外部荷载的作用,这足以显示它对钢筋混凝土结构的重要性。目前关于普通混凝土与钢筋间的粘结滑移性能进行了大量的研究,并已出台了相应的国家规范标准,而再生混凝土作为一种新型的绿色环保材料 ,其应用于实际工程前,还有许多性能有待研究解决,再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能就是其中亟待解决的问题之一。且再生混凝土区别于普通骨料混凝土之处在于其骨料采用废弃混凝土破碎产生,再生骨料与水泥砂浆的界面情况远远复杂于普通骨料 ,然而粘结滑移性能恰恰是钢筋与再生混凝土两种材料界面之间的相作用,由于骨料界面的差异导致它们之间粘结界面的差异是必然的,这就更增加了对两种材料间粘结滑移性能研究的必要。钢筋与混凝土间粘结锚固性能是混凝土结构工作的前提和基础 ,目前关于再生骨料混凝土与钢筋间的粘结性能,国内外仅仅进行了一些简单的拉拔试验研究。在对再生骨料混凝土与钢筋之间的粘结强度进行了试验研究,得出的结论认为与普通混凝土的差异不大；通过试验发现再生骨料混凝土与纵向钢筋的粘结强度远大于与横向钢筋的粘结强度与其他试验结论较为接近,认为再生骨料混凝土与钢筋间的粘结强度较普通混凝土稍低。 考虑不同再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、强度、保护层厚度等因素对再生混凝土一钢筋间的粘结滑移进行试验,发现随着再生粗骨料取代率的增加,粘结性能有所提高,且在60%达到最大；相反,随着再生细骨料取代率的增加,粘结性能有所降低。但以上试验研究均统一采用基于平均粘结应力假设的简单拉拔试验进行试探性研究,即假设认为钢筋在再生混凝土中锚固段内的粘结应力处处相等 ,显然这并不完全符合实际钢筋受力状况。通过钢筋内贴片试验方法,完成了18个锈前钢筋—再生混凝土试块的拉拔试验,分别研究了再生骨料取代率、钢筋种类、混凝土抗压强度对其粘结滑移性能的影响,同时对钢筋在再生混凝土中长锚和短锚两种情况下其粘结应力分布的差异进行了研究分析,最后通过量测的钢筋应力理论推导钢筋在再生混凝土中的粘结位置函数,从而确定其粘结一滑移本构关系。并得出以下结论:

基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究[整理]

基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能 的研究[整理] 基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究 摘要:考虑到钢筋与混凝土界面受力的复杂性，基于用来模拟三种裂缝和失效的零厚度界面单元，采用分离式模型，引入内聚力黏结模型，并以文献中的拉拔试验结果为参照，利用abaqus中cohesive element单元建立起钢筋拉拔试验的计算模型。通过与文献中试验结果的比较，结果符合较好，验证了该计算模型的合理性。关键词:钢筋混凝土粘结;拉拔试验;黏结单元;数值模拟 0.引言 混凝土结构中，钢筋与混凝土这两种材料之所以能够共同作用、承担外荷载，其中一个很重要的原因是混凝土硬化后与钢筋之间形成了良好的粘结。尽管对粘结试验的研究已有一百多年的历史，国内外的学者发表了为数众多的试验和理论资料，但是由于影响粘结的因素很多破坏的机理复杂，以及试验技术方面的原因等，目前粘结问题还没有得到很好的解决。关于粘结的机理还不能提出一套比较完整的、有充分论据的粘结滑移理论。由于试验中存在诸多不确定性，数值模拟在钢筋混凝土粘结性能分析中也逐渐重视起来，自上世纪六十年代美国学者把有限元引入钢筋混凝土结构的分析以来，有限元已经成为对混凝土问题进行研究的一种典型的数值模拟方法，目前有限元模拟主要有以下三种分析模型:l)分离式模型;2)组合式模型;3)整体式模型。 由于整体式模型不能反映钢筋混凝土这种非均质材料的微观受力机理，而组合式模型假定钢筋与混凝土粘结可靠而不产生相对位移，这又与实际的微观机理不符，因此对粘结性能的研究只能采用分离式模型。

钢筋与混凝土粘结性能的分析

钢筋与混凝土粘结性能的分析 摘要：从钢筋与混凝土之间粘结性能的粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行了分析和探讨。 关键词：钢筋混凝土粘结机理影响因素粘结强度 1、引言 混凝土结构是目前应用最为广泛的工程结构形式之一。钢筋与混凝土结构之间的粘结是保证两种材料形成整体、共同工作的基础，对于混凝土结构构件的受力性能、破坏形态、计算假定、承载能力、裂缝和变形等有着重要的影响。一直以来，粘结问题是结构工程技术人员关注的热点问题之一。本文主要从粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行分析和研究，以期深入理解、把握钢筋与混凝土之间的粘结性能，提出提高粘结能力的建议。2、粘结机理 钢筋和混凝土是两种性能不同的材料组成的组合结构材料，其能够共同工作的基本要素是两者之间的粘结锚固作用。所谓钢筋和混凝土之间的粘结应力指的是两者接触面上的剪应力，由钢筋与混凝土之间的粘着力、摩阻力和咬合力三部分组成[1][2]。 (1)粘着力。混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，其抗剪极限值取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度和清洁度。当钢筋受力后有较大变形、发生局部滑移后，粘着力就丧失了[1]。 (2)摩阻力。周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏

后发挥作用[1]。如果垂直于钢筋作用有压力，则在产生极小的移动时，就会在钢筋和混凝土之间引起摩擦力，这种横向压力取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及二者间的摩擦系数等。由于钢筋表面的粗糙度，摩擦系数μ可高达0.3～0.6，生锈的圆钢与新扎的圆钢以及冷拔钢丝的表面粗糙度相差可达36倍[3]。挤压力越大，接触面越粗糙，则摩擦力越大。 (3)咬合力。钢筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力产生的剪切粘结，是最有效和最可靠的粘结方式。为了充分利用这种粘结，通常在钢筋表面轧制肋条来实现[4]。依靠钢筋与混凝土间的粘结应力，也即两者接触面上的剪应力，使得钢筋和混凝土两种性质完全不同的材料，在钢筋混凝土结构中共同工作。这种关系使得两种材料间相互传递力，实现弥补各自的缺点，发挥各自的优点。 3、主要影响因素 钢筋和混凝土的粘结性能及其各项特征值，受到许多因素的影响而变化。 3.1 混凝土强度 随着混凝土强度提高，钢筋与混凝土的粘结力提高，且粘结力的提高与混凝土劈裂强度成正比。变形钢筋的粘结强度fb主要取决于混凝土的抗拉强度ft；混凝土振捣越密实，粘结强度也越高[4]；此外，养护条件的好坏亦对对粘结强度有很大的关系，养护条件好，粘结强度能够得到更大的提高。同时，混凝土的组分也影响粘结强

基于abaqus中cohesiveelement对钢筋混凝土粘结性能的研究[整理]

中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能基于abaqus 的研究[ 整理] 基于abaqus 中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究摘要: 考虑到钢筋与混凝土界面受力的复杂性，基于用来模拟三种裂缝和失效 的零厚度界面单元，采用分离式模型，引入内聚力黏结模型，并以文献中的拉拔试 验结果为参照，利用abaqus 中cohesive element 单元建立起钢筋拉拔试验的计算 模型。通过与文献中试验结果的比较，结果符合较好，验证了该计算模型的合理 性。关键词:钢筋混凝土粘结; 拉拔试验; 黏结单元; 数值模拟 0. 引言混凝土结构中，钢筋与混凝土这两种材料之所以能够共同作用、承担外荷载， 其中一个很重要的原因是混凝土硬化后与钢筋之间形成了良好的粘结。尽管对粘结 试验的研究已有一百多年的历史，国内外的学者发表了为数众多的试验和理论资 料，但是由于影响粘结的因素很多破坏的机理复杂，以及试验技术方面的原因等， 目前粘结问题还没有得到很好的解决。关于粘结的机理还不能提出一套比较完整 的、有充分论据的粘结滑移理论。由于试验中存在诸多不确定性，数值模拟在钢筋 混凝土粘结性能分析中也逐渐重视起来，自上世纪六十年代美国学者把有限元引入 钢筋混凝土结构的分析以来，有限元已经成为对混凝土问题进行研究的一种典型的 数值模拟方法，目前有限元模拟主要有以下三种分析模型:l) 分离式模型;2) 组合式 模型;3) 整体式模型。 由于整体式模型不能反映钢筋混凝土这种非均质材料的微观受力机理，而组合 式模型假定钢筋与混凝土粘结可靠而不产生相对位移，这又与实际的微观机理不 符，因此对粘结性能的研究只能采用分离式模型。

钢筋塑性性能的两个指标

1.钢筋塑性性能的两个指标：伸长率和冷弯 2.混凝土结构对钢筋性能的要求：强度高塑性好可焊性好与混凝土的粘结锚固性好耐 火耐久防止低温冷脆 3.钢筋和混凝土能共同工作的原因：①混凝土结硬之后，和钢筋牢固的粘接在一起，相互 传递内力，粘接力是两者能共同工作的基础②钢筋的线膨胀系数与混凝土十分相近，温度变化时，两者不会存在较大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏 4.钢筋混凝土的结构优点：①有较高的承载力与受力性能②就地取材③节约钢材④耐久耐 火⑤可模性好⑥整体好，刚度大。 5.混凝土强度的基本指标：①混凝土抗压强度（立方体抗压fcuk。轴心抗压fck）②抗拉 强度ftk fcuk ＞fck＞ftk 6.混凝土复合作用下的强度：第一象限为双向受拉情况，双向受拉在强度上均接近于单向 受拉；第二四象限为拉压应力状态，双向异号应力使强度降低；第四象限为双向受压情况，比单向受压强度最多可提高20％ 7.徐变：对混凝土棱柱体施加某个应力之后维持荷载不变，混凝土会在加荷瞬间变形的基 础之上，产生随时间增长而增大的应变 影响徐变的因素：①组成与配合比：水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大；骨料越坚硬，徐变越小；骨料的相对体积越大，徐变越小②养护及使用的条件下的温湿度：养护是温度越高，湿度越大，水泥水化作用充分，徐变小，受荷构件所处环境温度越高，湿度越低，徐变越大。 8.混凝土的收缩和膨胀：收缩是混凝土内部产生初始微裂缝的主要原因，会导致应力重分 布，干燥失水是引起收缩的重要因素①使用环境的温度越高。湿度越低，收缩越大②水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大③骨料的级配比越高，弹性模量大，收缩越小④构件的体积与表面积比值大，收缩越小 9.粘结力的组成部分：胶结力摩擦力咬合力机械锚固力 10.安全性，耐久性，适用性为结构的可靠性，也就是结构在规定时间内，规定条件下完成 预定工作的能力；可靠度就是构件完成预定工作的得概率 11.极限状态分为承载能力极限状态①与正常使用极限状态②：①构件达到最大承载能力或 达到不适合继续承载的变形，为设计依据②构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限时，作为验算依据 12.z=g(R,S)=R-S 13.配筋率对构件破坏的影响：①少筋破坏裂缝截面处的拉力全部由钢筋承受，钢筋由于突 然增大的应力而屈服②适筋破坏：受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压坏，有明显预兆 ③超筋破坏：受压区混凝土先压碎，钢筋不屈服，钢筋的抗拉强度没有充分被利用。没 有明显预兆 14.适筋梁的正截面受力全过程：弹性阶段带裂缝工作阶段破坏阶段 截面抗裂验算是建立在Ia阶段的基础之上;构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第II阶段的基础之后上的截面的承载能力计算是建立在IIIa阶段的基础之上 15.影响斜截面受力性能的主要因素：①剪跨比与跨高比②腹筋的数量③混凝土强度等级④纵筋配筋率⑤其他因素（截面形状，预应力，梁的连续性） 16.斜截面的破坏的主要形态①斜拉破坏②剪压破坏③斜压破坏 17.材料图：所谓正截面受弯承载力图，是指按实际配置的纵向钢筋，绘制的梁上各截面所能承受的弯矩图 材料图的作用：①反映材料在各截面的利用程度②确定纵向钢筋的弯起数量与位置③确定

锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能

锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能 1 引言 自钢筋混凝土发明以来，由于其良好的性能故而在土木工程领域得到了广泛的应用。但由于钢筋混凝土耐久性不足导致了很多严重的问题，这些问题日益引起人们的重视。影响钢筋混凝土耐久性最主要的因素便是钢筋的锈蚀。此外，它还对钢筋混凝土的粘结性能有着很大的影响。本文在查阅大量前人研究成果的基础上，对锈蚀变形钢筋与混凝土的粘结性能的影响进行了总结和回报，加强对锈蚀钢筋与混凝土的认识。 2 从化学角度来阐述钢筋锈蚀机理 由于钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀过程从本质上说是一个化学反应，更准确的说是电化学反应，所以从化学的角度阐述钢筋锈蚀的机理。 钢筋混凝土结构中使用的钢材主要成分是铁(Fe)，还有如C、S、Ti、Si、Mn 等元素。自然界中，高纯度的单质铁极易发生锈蚀。新鲜的钢筋混凝土结构中，钢筋不易发生锈蚀。原因是混凝土孔隙水溶液含有Ca(OH)2，呈高碱性(pH可达14左右)，使得在钢筋表面形成一层致密的钝化膜以Fe3O4为主、并含有Si-O键的黑色氧化膜，即钝化膜(Passive Film)。它能有效防止钢筋的锈蚀。但当pH<11.5时，即混凝土空隙水溶液碱性降低时，钝化膜开始变不稳定。当pH<9.88时，钝化膜生成困难或者已生成的逐渐破坏，从而导致钢筋的锈蚀。 造成混凝土孔隙水溶液pH值降低的原因有三种：一是混凝土的中性化，主要是碳化；二是Cl-的渗透，Cl-对混凝土结构具有很强腐蚀性。目前，常用含有Cl-的早强剂、除冰剂，还有富含大量氯离子的海砂的不当使用；三是杂散电流的影响。 钢筋锈蚀的反应式如下式所示： 阳极反应： Fe - 2e → Fe2+ 阴极反应： O2+ 2H2O+ 4e→ 4OH- 阳极继续发生二次化学反应，反应式如下式所示： Fe2++ 2OH-→ Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+ O2+ 2H2O → 4Fe(OH)3↓ 在氧气和水的存在的情况下，钢筋表面的铁原子变成离子溶于水中，从而在钢筋表面形成红色铁锈，严重时铁锈将引起混凝土开裂。 钢筋混凝土结构在服役期间，氯离子的侵蚀作用对结构的破坏作用最为显著，钢筋表面的Cl-和OH-争夺锈蚀产生的Fe2+，形成FeCl2·4H2O，FeCl2·4H2O 从钢筋阳极向含氧量较高的混凝土孔隙迁徙，分解为Fe(OH)2。Fe(OH)2沉积在阳极周围，同时放出H+和Cl-，它们又回到阳极区，使阳极区附近的孔隙液局部酸化，Cl-再带出更多的Fe2+。这样，氯离子虽然不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗，但有助于生成腐蚀的中间产物，对腐蚀起到催化作用。其反应式如下式所示： Fe2++ 2Cl-+ 4H2O → FeCl2·4H2O

混凝土结构材料的力学性能

第一章混凝土结构材料的力学性能 一、钢筋的品种、等级 我国在钢筋混凝土结构中目前通用的为普通钢筋，按化学成分的不同，分有碳素结构钢和普通低合金钢两类。 按照我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）的规定，在钢筋混凝土结构中所用的国产普通钢筋有以下四种级别： （1）HPB235（Q235）：即热轧光面钢筋（Hotrolled Plain Steel bars）235级； （2）HRB335（20MnSi）：即热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Steel bars）335级； （3）HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）：即热轧带肋钢筋（Hotrolled Ribbed Steel bars）400级； （4）RRB400（K20MnSi）：即余热处理钢筋（Remained heat treatment Ribbed Steel bars）400级。 在上述四种级别钢筋中，除HPB235级为光面钢筋外，其他三级为带肋钢筋。 目前我国生产的上述普通钢筋，其性能和使用特点为： 1．HPB235级钢筋 是一种低碳钢（通称I级钢筋）。强度较低，外形光圆钢筋（图1-1），它与混凝土的粘结强度较低，主要用作板的受力钢筋、箍筋以及构造钢筋。 2．HRB335级钢筋 低合金钢（通称Ⅱ级钢筋）。为增加钢筋与混凝土之间的粘结力，表面轧制成外形为等高肋（螺纹），现在生产的外形均为月牙肋（图1-1）。是我国钢筋混凝土结构构件钢筋用材最主要品种之一。 3．HRB400级钢筋 低合金钢（通称新Ⅲ级钢筋），外形为月牙肋，表面有“3”的标志，有足够的塑性和良好的焊接性能，主要用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋，是我国今后钢筋混凝土结构构件受力钢筋用材最主要品种之一。 4．RRB400级钢筋 是用HRB335级钢筋（即20MnSi）经热轧后，余热处理的钢筋。这种钢筋强度较高，有足够塑性和韧性，但当采用闪光对焊时，强度有不同程度的降低，即塑性和可焊性较差，使用时应加以注意。这种钢筋一般经冷拉后作预应力钢筋。

浅谈钢筋混凝土粘结力施工措施

浅谈钢筋混凝土粘结力施工措施 蔡晓春 （佛山市顺德区鸿业水泥制品有限公司，广东顺德 528000） 摘 要：钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土之间存在的黏结作用是二者共同工作的基本前提，对粘结问题的研究在理论上和实践中都具有重要的意义。文章针对钢筋结构体系的安全性、适用性及耐久性，对钢筋混凝土黏结力的施工措施进行了探讨。 关键词：钢筋混凝土；粘结力；施工措施 中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2010）27－0057－02 随着经济的快速发展，房屋建筑由过去的低层、多层建筑，发展到今天以多层、高层建筑为主导潮流。建筑结构以混凝土结构占绝大多数来作为建筑物的结构承重体系。其中，钢筋混凝土结构是由钢筋与混凝土两种材料组成，它们之间的粘结力是其共同工作的基础。混凝土凝结后，能与钢筋牢固地粘结，由于钢筋是塑性材料，能发挥抗拉强度高的优势；混凝土是脆性材料，能发挥抗压强度较高与相对比较经济的优势，且两者具有相近的温度线膨胀系数（钢筋为1.2×10－5，混凝土为1.0×10－5～1.5×10－5），通过粘结力可以互相传递应力，共同变形，确保混凝土构件的承载力得到充分的保证和发挥。可见粘结力在混凝土结构中的地位十分重要，除了在设计方面予以高度重视外，其现场施工措施也不容忽视，它同样决定了混凝土结构体系的安全性、适用性与耐久性。 1 钢筋与混凝土的粘结力 1.1 黏结力的定义 混凝土构件受力工作时，若钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的黏结力。正因为粘结力的存在，使钢筋与混凝土能够共同工作。 1.2 粘结力的组成 混凝土构件受力工作时，其实是钢筋与混凝土共同工作，共同工作的基础就是黏结力。黏结力由4部分组成： 1.2.1 化学胶结力 混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。当钢筋受力后变形，发生局部滑移后，粘着力就丧失了。 1.2.2 摩擦力 混凝土收缩后，将钢筋紧紧地握裹住而产生的力，当钢筋和混凝土产生相对滑移时，在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙，则摩擦力越大。 1.2.3 机械咬合力 钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力，取决于混凝土的抗剪强度。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力，它的咬合作用往往很大，是变形钢筋粘结力的主要来源，是锚固作用的主要成份。1.2.4 钢筋端部的锚固力 一般是用在钢筋端部弯钩、弯折，在锚固区焊接钢筋、短角钢等机械作用来维持锚固力。 1.3 光面钢筋的粘结力 光面钢筋的粘结性能和强度在钢筋滑动前取决于化学胶着力，滑动后则主要取决于摩擦力。光面钢筋被从混凝土中拔出的过程，当加荷初期钢筋与混凝土界面上开始受剪时，化学胶着力起主要作用，此时界面上无滑移，随着拉力的增大从加载端开始胶着力逐渐丧失，摩擦力开始起主要作用，滑移逐渐增大，黏结应力达到峰值后滑移急剧增大，此时嵌入钢筋表面凹陷处的混凝土被陆续剪碎抹平，摩擦力不断减小，破坏时拔出的钢筋表面与其周围混凝土表面沾满了砂浆和铁锈粉末，并有明显的纵向摩擦痕迹。光面钢筋的黏结破坏属于剪切型破坏，光面钢筋与混凝土的黏结强度较低、滑移较大，粘结性能较差。 1.4 变形钢筋的粘结力 变形钢筋的黏结效果比光面钢筋好得多，化学胶合力和摩擦力仍然存在，机械咬合力是变形钢筋粘结力的主要来源。钢筋肋对混凝土的斜向挤压力形成滑动阻力，滑动的产生使肋的根部混凝土出现局部挤压变形，黏结刚度较大，粘结强度提高。 1.5 影响粘结强度的因素 钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而提高。混凝土保护层和钢筋之间净距离越大，劈裂抗力越大，因而黏结强度越高。混凝土构件中横向钢筋限制了纵向裂缝的发展，可使黏结强度提高，因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内，加强横向钢筋（如箍筋加密等）可提高混凝土的黏结强度，如圈梁、构造柱、框架梁与柱的钢筋在搭接区段范围内应加密箍筋。一般情况下圈梁、构造柱绑扎接头长度按受拉钢筋考虑，当采用Ⅱ级钢筋，混凝土强度等级为C20、C25时，则搭接长度为45 d，在此长度范围内的箍筋应当加密（间距为100 m）。钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施（如焊接钢筋和钢板等）同样可以提高锚固粘结能力，锚固区内侧向压力的约束对粘结强度也有提高作用。 2 保证可靠粘结力的施工措施 2.1 钢筋间的距离 梁、柱混凝土构件中纵向受力钢筋分布有单排、双排等以上形式，以钢筋外边缘算起，其上下垂直、左右水平的相互间的净距符合设计要求，且不小于25 mm。施工中可利用废料钢筋来制作固定间距支架，或用直径25 mm的短钢筋来间隔2根钢筋之间的距离，绑扎要牢固，防止混凝土浇筑时受力钢筋偏位，保证钢筋间的有效距离，使钢筋与混凝土的黏结强度得到保障。 － 57 －