簡述混凝土結構中鋼筋錨固的原理、作用和計算推導

周鵬

摘 要 錨固作用是實現鋼筋與混凝土之間的傳力以及變形協調的關鍵，是由兩種材料構成的鋼筋混凝土結構能夠承受荷載效應的基礎。通過理解鋼筋錨固的原理，對錨固長度計算公式進行推導。

關鍵詞 鋼筋;混凝土;協調工作;可靠黏結;錨固長度

鋼筋混凝土結構是現代建筑中應用最廣泛的結構形式。

鋼筋混凝土構件利用鋼筋和混凝土各自的優勢和良好的協調工作性，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勢：一是混凝土凝結后與鋼筋牢固地黏結，能相互傳遞應力;二是鋼筋與混凝土有相近的線膨脹系數;三是混凝土可以保護鋼筋不發生銹蝕。

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

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

101圖集對受拉鋼筋基本錨固長度lab、抗震設計時受拉鋼筋基本錨固長度labE、受拉鋼筋錨固長度la、受拉鋼筋抗震錨固長度laE、縱向受拉鋼筋搭接長度ll 、縱向受拉鋼筋抗震搭接長度llE等用列表方式給出不同混凝土強度等級、不同級別鋼筋配置下需要的錨固和搭接長度值。取值雖然明確，但不能機械套用，需要在理解的基礎上靈活應用。

1 基本錨固長度lab

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

普通鋼筋

式中：lab 受拉鋼筋的基本錨固長度;

Fy 普通鋼筋的抗拉強度設計值;

Ft 混凝土軸心抗拉強度設計值，當高于C60時，按C60;

d 錨固鋼筋的直徑;

α錨固鋼筋外形系數，光面鋼筋0.16，帶肋鋼筋0.14。

混凝土軸心抗拉強度設計值ft（N/mm2）取值：

普通鋼筋強度設計值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? ，計算后所得值受拉鋼筋基本錨固長度 lab表中的取值。

2 設計錨固長度la

根據鋼筋混凝土結構中受力鋼筋錨固的具體情況，在基本錨固長度的基礎上作相應的修正，得出鋼筋的設計錨固長度la

la=ζalab

ζa為錨固長度修正系數，反映錨固條件對錨固強度的影響。《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）第8.3.2 對錨固長度修正系數規定如下：①當帶肋鋼筋的公稱直徑大于25mm時取1.10;②環氧樹脂涂層帶肋鋼筋取1.25;③施工過程中易受擾動的鋼筋取1.10;④當縱向受力鋼筋的實際配筋面積大于其設計計算面積時，修正系數取設計計算面積與實際配筋面積的比值，但對有抗震設防要求及直接承受動力荷載的結構構件，不應考慮此項修正;⑤錨固鋼筋的保護層厚度為3d時修正系數可取0.80，保護層厚度為5d時修正系數可取0.70，中間按內插取值，此處d為錨固鋼筋的直徑[2]。

3 抗震錨固長度laE

縱向受拉鋼筋抗震錨固長度laE=ζaEla

ζaE是縱向受拉鋼筋抗震錨固長度修正系數，一、二級抗震等級取1.15，三級抗震等級取1.05，四級抗震等級取1.00。

4 縱向受拉鋼筋的搭接長度ll、llE

非抗震搭接時? ? ?ll =ζlla

抗震搭接時? ? ?llE =ζllaE

ζl為縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數，其取值如下：

同一連接區段內搭接鋼筋面積百分率（%） ≤25 50 100

受拉鋼筋搭接長度修正系數ζl 1.2 1.4 1.6

綜上所述，縱向受拉鋼筋搭接長度計算公式可歸納如下，以清晰的表明其推導計算過程。

llE=ζllaE =ζlζaEla = ζlζaEζalab = ζlζaEζa

通過對鋼筋混凝土結構中鋼筋錨固的原理及作用的解讀，以及對錨固長度計算公式的推導，即可自行計算各種情況下的錨固長度;同時，結合力學和結構方面的知識，根據不同構件、不同節點，采取直錨、彎錨、機械錨固等方式，就可以靈活地應對鋼筋混凝土結構施工中非常重要的鋼筋錨固問題。

參考文獻

[1] 混凝土結構設計規范：GB 50010-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2] 建筑抗震設計規范：GB 50011-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.