简述混凝土结构中钢筋锚固的原理、作用和计算推导

周鹏

摘 要 锚固作用是实现钢筋与混凝土之间的传力以及变形协调的关键，是由两种材料构成的钢筋混凝土结构能够承受荷载效应的基础。通过理解钢筋锚固的原理，对锚固长度计算公式进行推导。

关键词 钢筋;混凝土;协调工作;可靠黏结;锚固长度

钢筋混凝土结构是现代建筑中应用最广泛的结构形式。

钢筋混凝土构件利用钢筋和混凝土各自的优势和良好的协调工作性，以钢筋承受拉力（或压力）而混凝土承受压力，很好地组合在一起共同承受荷载。

钢筋与混凝土共同工作具有三大优势：一是混凝土凝结后与钢筋牢固地黏结，能相互传递应力;二是钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数;三是混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。

钢筋和混凝土共同发挥作用是通过相互间的可靠黏结。钢筋的黏结性能试验表明，钢筋和混凝土的黏结力主要由四部分构成：①化学胶结力，即钢筋与混凝土接触面上的化学吸附力;②摩擦力，即混凝土收缩后将钢筋紧密握裹而产生的力;③机械咬合力，即钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合力;④钢筋端部的锚固力，一般是在钢筋端部弯钩、弯折，在锚固区焊短钢筋、短角钢等方法提供锚固力。

这四部分黏结力都要求钢筋必须具有一定的锚固长度，才能保证与混凝土之间有效传递应力，共同承受荷载。

101图集对受拉钢筋基本锚固长度lab、抗震设计时受拉钢筋基本锚固长度labE、受拉钢筋锚固长度la、受拉钢筋抗震锚固长度laE、纵向受拉钢筋搭接长度ll 、纵向受拉钢筋抗震搭接长度llE等用列表方式给出不同混凝土强度等级、不同级别钢筋配置下需要的锚固和搭接长度值。取值虽然明确，但不能机械套用，需要在理解的基础上灵活应用。

1 基本锚固长度lab

由受力钢筋的临界锚固长度即钢筋屈服而不发生锚固破坏的最小长度，以及极限锚固长度即钢筋拉断而不发生锚固破坏的最小长度，确定基本锚固长度lab介于临界锚固长度与极限锚固长度之间，能保证钢筋可靠承载受力而不发生锚固破坏[1]。

普通钢筋

式中：lab 受拉钢筋的基本锚固长度;

Fy 普通钢筋的抗拉强度设计值;

Ft 混凝土轴心抗拉强度设计值，当高于C60时，按C60;

d 锚固钢筋的直径;

α锚固钢筋外形系数，光面钢筋0.16，带肋钢筋0.14。

混凝土轴心抗拉强度设计值ft（N/mm2）取值：

普通钢筋强度设计值fy取值：

HPB300：270N/mm2; HRB335、HRBF335：300N/mm2;

HRB400、HRBF400、RRB400：360N/mm2;HRB500、HRBF500：435N/mm2。

将α、fy、ft按上述取值代入公式  ，计算后所得值受拉钢筋基本锚固长度 lab表中的取值。

2 设计锚固长度la

根据钢筋混凝土结构中受力钢筋锚固的具体情况，在基本锚固长度的基础上作相应的修正，得出钢筋的设计锚固长度la

la=ζalab

ζa为锚固长度修正系数，反映锚固条件对锚固强度的影响。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第8.3.2 对锚固长度修正系数规定如下：①当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.10;②环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25;③施工过程中易受扰动的钢筋取1.10;④当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正;⑤锚固钢筋的保护层厚度为3d时修正系数可取0.80，保护层厚度为5d时修正系数可取0.70，中间按内插取值，此处d为锚固钢筋的直径[2]。

3 抗震锚固长度laE

纵向受拉钢筋抗震锚固长度laE=ζaEla

ζaE是纵向受拉钢筋抗震锚固长度修正系数，一、二级抗震等级取1.15，三级抗震等级取1.05，四级抗震等级取1.00。

4 纵向受拉钢筋的搭接长度ll、llE

非抗震搭接时     ll =ζlla

抗震搭接时     llE =ζllaE

ζl为纵向受拉钢筋搭接长度修正系數，其取值如下：

同一连接区段内搭接钢筋面积百分率（%） ≤25 50 100

受拉钢筋搭接长度修正系数ζl 1.2 1.4 1.6

综上所述，纵向受拉钢筋搭接长度计算公式可归纳如下，以清晰的表明其推导计算过程。

llE=ζllaE =ζlζaEla = ζlζaEζalab = ζlζaEζa

通过对钢筋混凝土结构中钢筋锚固的原理及作用的解读，以及对锚固长度计算公式的推导，即可自行计算各种情况下的锚固长度;同时，结合力学和结构方面的知识，根据不同构件、不同节点，采取直锚、弯锚、机械锚固等方式，就可以灵活地应对钢筋混凝土结构施工中非常重要的钢筋锚固问题。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范：GB 50010-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[2] 建筑抗震设计规范：GB 50011-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.