钢筋的锚固与接头技术

为了保证钢筋在混凝土中锚固可靠，设计时应该使钢筋在混凝土中有足够的锚固长度l_a。它可根据钢筋应力达到屈服强度f_y时，钢筋才被拔动的条件确定。即

式中——锚固长度范围内的平均粘结应力，与混凝土强度及钢筋表面形状有关。由于大体上与混凝土的抗拉强度成正比，所以用f_t代替，并引入钢筋的外形系数α（α考虑了原式中1/4的影响），从而得基本锚固长度l_ab

图2-38 拔出试件的τ—s曲线和τ—ε曲线

普通钢筋：

预应力筋：

式中 l_ab——受拉钢筋的基本锚固长度；

f_t——混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C60时，按C60取值；

α——锚固钢筋的外形系数，按表2-6取用。

工程中实际受拉钢筋的锚固长度l_a为钢筋基本锚固长度l_ab乘锚固长度修正系数ζ_a，即

l_a=ζ_al_ab （2-43c）

锚固长度修正系数ζ_a按下述取值：当带肋钢筋的公称直径大于25mm时，取1.1；环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25；施工过程中易受扰动的钢筋取1.10；当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时ζ_a取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设计要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正；锚固钢筋的混凝土保护层厚度为锚固钢筋直径的3倍时，修正系数可取0.8，为5倍时可取0.7，中间按内插取值。上述修正，当多于一项时，可按连乘计算，但不应小于0.6；对预应力筋，可取1.0。

当锚固钢筋的保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横向构造钢筋，其直径不应小于d/4；对梁、柱、斜撑等构件间距不应大于5d，对板、墙等平面构件间距不应大于10d，且不应大于100mm，d为锚固钢筋的直径。

从上述三式可知，钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则锚固长度要求越长。l_a不应小于200mm。

表2-6 锚固钢筋的外形系数

注：光面钢筋末端应做180°弯钩，弯后平直段长度不应小于3d，但作受压钢筋时可不做弯钩。

对于受压钢筋，由于钢筋受压时会侧向鼓胀，对混凝土产生挤压，增加了粘结力，所以它的锚固长度可以短些。当计算中充分利用纵向钢筋的抗压强度时，其锚固长度不应小于式（2-43c）规定的受拉锚固长度的0.7倍。受压钢筋不应采用末端弯钩和一侧贴焊锚筋的锚固措施。受压钢筋锚固长度范围内的横向构造钢筋应符合规范8.3.1条规定。

为了保证光面钢筋的粘结强度的可靠性，受力的光面钢筋末端必须做成弯钩或采用机械锚固措施。弯钩和机械锚固的形式和技术要求如图2-39及表2-7所示。

变形钢筋及焊接骨架中的光面钢筋由于其粘结力较好，可不做弯钩。轴心受压构件中的光面钢筋也可不做弯钩。

出厂的钢筋，为了便于运输，除小直径的盘条外，每条长度在6～12m左右。在实际建筑中，往往会遇到钢筋长度不足，这时就需把钢筋接长，即钢筋的连接。

图2-39 弯钩和机械锚固的形式和技术要求

a）90°弯钩 b）135°弯钩 c）一侧贴焊锚筋 d）两侧贴焊锚筋 e）穿孔塞焊锚板 f）螺栓锚头

表2-7 钢筋弯钩和机械锚固的形式和技术要求

注：1.焊缝和螺纹长度应满足承载力要求。

2.螺栓锚头和焊接锚板的承压净面积不应小于锚固钢筋截面积的4倍。

3.螺栓锚头的规格应符合相关标准的要求。

4.螺栓锚头和焊接锚板的钢筋净间距不宜小于4d；否则应考虑群锚效应的不利影响。

5.截面角部的弯钩和一侧贴焊锚筋的布筋方向宜向截面内侧偏置。

钢筋的连接可分为三类：绑扎搭接、机械连接或焊接。机械连接接头和焊接接头的类型及质量应符合国家现行有关标准的规定。

混凝土结构中受力钢筋的连接接头宜设置在受力较小处。在同一根受力钢筋上宜少设接头。在结构的重要构件和关键传力部位，纵向受力钢筋不宜设置连接接头。

图2-40 钢筋绑扎搭接接头

绑扎接头是在钢筋搭接处用铁丝绑扎而成（图2-40）。采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。与锚固长度一样，钢筋强度越高，直径越大，要求的搭接长度就越长。

纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度，应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按下列公式计算：(www.xing528.com)

l_l=ζ_ll_a （2-44）

式中 l_l——纵向受拉钢筋的搭接长度；

l_a——纵向受拉钢筋的锚固长度，按式（2-43c）确定；

ζ_l——纵向受拉钢筋的搭接长度修正系数，按表2-8取用。当为中间值时，修正系数可按内插取值。

在任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不应小于300mm。

表2-8 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数

构件中的纵向受压钢筋，当采用搭接连接时，其受压搭接长度不应小于式（2-44）计算的纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，且在任何情况下不应小于200mm。

在梁、柱类构件的纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置横向构造钢筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。对梁、柱、斜撑等构件间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，对板、墙等平面构件间距不应大于10d，且均不应大于100mm。当受压钢筋直径d>25mm时，尚应在搭接接头的两个端面外100mm范围内各设置两道箍筋。轴心受拉及小偏心受拉杆件（如桁架和拱的拉杆）和需进行疲劳验算的构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。其他构件中的钢筋采用绑扎搭接时，受拉钢筋直径不宜大于25mm，受压钢筋直径不宜大于28mm。同一构件中相邻纵向受拉钢筋的绑扎搭接接头宜互相错开。

钢筋的绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向受力钢筋搭接接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值（图2⁃41）。当直径不同的钢筋搭接时，按直径较小的钢筋计算。

图2⁃41　 同一连接区段内纵向受拉钢筋的绑扎搭接接头

注：图中所示同一连接区段内的搭接接头钢筋为两根，当钢筋直径相同时，钢筋搭接接头面积百分率为50%

位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率：对梁类、板类及墙类构件，不宜大于25%；对柱类构件，不宜大于50%。当工程中确有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时，对梁类构件，不宜大于50%；对板类、墙类、柱类及预制构件的拼接处，可根据实际情况放宽。

并筋采用绑扎搭接连接时，应按每根单筋错开搭接的方式连接。接头面积百分率应按同一连接区段内所有的单根钢筋计算。并筋中钢筋的搭接长度应按单筋分别计算。

钢筋的接头宜优先采用机械连接接头。机械连接接头分为：轧制螺旋连接接头、机械挤压连接接头等。例如，锥螺纹钢筋连接技术（图2⁃42），可连接直径16～40mm的同径或异径钢筋，连接时只需用扳手操作。钢筋冷挤压连接技术可适用于直径18～40mm各种类型的变形钢筋，其连接方法是在两根待连接的钢筋端部套上钢套管，然后用大吨位便携式钢筋挤压机挤压钢套管，使之与变形钢筋紧紧咬合在一起，形成牢固接头。

图2⁃42　 锥螺纹钢筋的连接示意图

1—上钢筋　 2—下钢筋 3—套筒（内有凹螺纹）

采用上述机械连接接头具有工艺操作简单，接头性能可靠，连接速度快，节省钢材和能源，不用火，不用电，施工安全等特点，是我国近年来重点推广的竖向粗钢筋连接技术。

纵向受力钢筋机械连接接头宜相互错开。钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较小直径），凡接头中点位于该连接区段长度内的机械连接接头均属于同一连接区段。

在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内的纵向受拉钢筋接头面积百分率不宜大于50%。但对板、墙、柱及预制构件的拼接处，可根据实际情况放宽。纵向受压钢筋接头面积百分率可不受限制。

直接承受动力荷载的结构构件中的机械连接接头，除应满足设计要求的抗疲劳性能外，位于同一连接区段内的纵向受力钢筋接头面积百分率不应大于50%。

机械连接套筒的混凝土保护层厚度宜满足有关钢筋最小保护层厚度的要求。机械连接套筒的横向净间距不宜小于25mm。套筒处箍筋的间距仍应满足相应的构造要求。

焊接接头是在两根钢筋接头处焊接而成。钢筋直径d≤28mm的焊接接头，最好用对焊机将两根钢筋直接对头接触电焊（即闪光对焊），如图2-43a所示，或用手工电弧焊接，如图2-43b所示。d>28mm且直径相同的钢筋，可采用将两根钢筋对头外加钢筋帮条的电弧焊接方式，如图2-43c所示。焊接操作人员必须经过培训，持证上岗。

工地竖向粗钢筋的连接还可采用气压焊或电渣压力焊。气压焊是使用氧—乙炔焰加热（低于被焊钢筋的熔点）钢筋接头，施加一定的顶压力，使接头处产生塑性变形，两根钢筋结合为一体的焊接过程。电渣压力焊是利用电流通过两根钢筋端部之间所产生的电弧热和通过焊接渣池产生的电阻热，将钢筋端部熔化，待到达一定程度，施加压力，使两根钢筋紧密地结合在一起的焊接过程，如图2-43d所示。从焊接质量、生产效益和经济效益等全面比较而言，竖向粗钢筋的连接应优先采用电渣压力焊，这项新技术已在我国工程建设中得到推广应用。

纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开。钢筋焊接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较小直径）且不小于500mm，凡接头中点位于该连接区段长度内的焊接接头均属于同一连接区段。

图2-43 钢筋焊接接头

位于同一连接区段内纵向受力钢筋的焊接接头面积百分率，对纵向受拉钢筋接头，不应大于50%。但对预制构件的拼接处，可根据实际情况放宽。纵向受压钢筋的接头面积百分率可不受限制。装配式构件连接处的纵向受力钢筋的焊接接头可不受以上限制。承受均布荷载作用的屋面板、楼板、檩条等简支受弯构件，如在受拉区内配置的纵向受力钢筋少于3根时，可在跨度两端各1/4跨度范围内设置一个焊接接头。

需进行疲劳验算的构件，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头，也不宜采用焊接接头，且严禁在钢筋上焊有任何附件（端部锚固除外）。

当直接承受吊车荷载的钢筋混凝土吊车梁、屋面梁及屋架下弦的纵向受拉钢筋采用焊接接头时，应符合下列规定：

1）应采用闪光接触对焊，并去掉接头的毛刺及卷边。

2）同一连接区段内，纵向受拉钢筋焊接接头面积百分率不应大于25%，此时，焊接接头连接区段的长度应取为45d（d为纵向受力钢筋的较大直径）。

3）疲劳验算时，应对焊接接头处的疲劳应力幅限值进行折减。

[1]本书中所提到的规范未作特别说明的，均指《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）。