混凝土結(jié)構(gòu)材料

1、第四章 混凝土結(jié)構(gòu)材料知識目標： 了解鋼筋的品種、表示方法與代號熟悉鋼筋、混凝土的主要力學性能指標掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計時鋼筋、混凝土的選用原則理解鋼筋與混凝土之間粘結(jié)作用的概念能力目標：能夠合理選用鋼筋級別與混凝土強度等級能夠根據(jù)所選用的鋼筋級別與混凝土強度等級查取相關(guān)設(shè)計參數(shù)（1）熱軋鋼筋：HPB235（Hot-rolled and Plain-shaped Bars）、HRB335（Hot-rolled and Ribbed Bars）、HRB400。*后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強度的標準值（Mpa）。第一節(jié) 鋼筋與混凝土的力學性能一、鋼筋1.鋼筋的品種（2）冷拉鋼筋：對某些熱軋鋼筋進行冷加工而成，鋼

2、筋的強度提高、但塑性降低（新修訂的規(guī)范未將冷加工鋼筋列入）。（3）鋼絲、鋼絞線：高強鋼絲（1570Mpa、1860Mpa），中強鋼絲（800-1370Mpa），鋼絞線（1570Mpa、1860Mpa，分為7股、3股等）。（4）熱處理鋼筋：對某些熱軋鋼筋經(jīng)過淬火和回火處理后而成，鋼筋的強度大幅度提高，而塑性降低不多。*RRB400（Remained heated treatment Ribbed Bars）為一種“余熱處理鋼筋”。2 鋼筋的力學性能(1) 鋼筋的應力-應變關(guān)系 Stress-Strain Relation 1)有明顯屈服點的鋼筋（軟鋼） a點-比例極限，應力和應變成比例，卸荷后應

3、變恢復為零， a點-彈性極限，a-a段應變增長速度比應力增長速度略快，但卸荷后應變?nèi)阅芑謴蜑榱悖?b點-上屈服點（其值不夠穩(wěn)定）， c點-下屈服點（其值穩(wěn)定），對有明顯屈服點的鋼筋，下屈服點的應力值稱為鋼筋的屈服強度或流限， c-f段-屈服臺階或流幅， f-d段-強化段，d點的應力稱為極限抗拉強度， d-e段-頸縮段， 2）無明顯屈服點的鋼筋（硬鋼）a點：比例極限，約為0.65fua點前：應力-應變關(guān)系為線彈性a點后：應力-應變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點強度設(shè)計指標條件屈服點(Equivalent yield point)殘余應變?yōu)?.2%所對應的應力規(guī)范取s0.2 =0

4、.85 fu(2) 鋼筋的彈性模量鋼筋在彈性階段的應力與應變之比稱為彈性模量，用Es表示，鋼筋的彈性模量見表4-2。表4-2 鋼筋彈性模量（單位：105N/mm2） 種類ESHPB235級鋼筋2.1HRB335級鋼筋、HRB400級鋼筋、RRB400級鋼筋、熱處理鋼筋2.0消除應力光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05鋼絞線1.95注：必要時鋼絞線可采用實測得到彈性模量。3 對鋼筋質(zhì)量的要求(1) 強度 鋼筋的屈服強度是設(shè)計依據(jù)（見表表4-3 ），極限強度表示鋼筋拉斷時的實際強度。(2 ) 塑性 1）伸長率（伸長率越大，表示鋼筋塑性或延性越好）鋼筋的斷后伸長率： 2）冷彎性能*對有明顯屈服點的

5、鋼筋：檢驗屈服強度、極限抗拉強度、伸長率、冷彎性能四項指標，*對沒有明顯屈服點的鋼筋：只須檢驗極限抗拉強度、伸長率、冷彎性能三項指標。 表4-3 普通鋼筋強度標準值、強度設(shè)計值（N/mm2） 種類符號強度標準值強度設(shè)計值fykfykfyfy熱軋鋼筋HPB235 (Q235)235235210210HRB335 (20MnSi)335335300300HRB400 (20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)400400360360RRB400 (20MnSi)400400360360注：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，軸心受拉和小偏心受拉鋼筋抗拉強度設(shè)計值大于300N/mm2，仍應按300N/mm2取

6、用。 3 可焊性 4. 鋼筋的選用原則（1）鋼筋的選用原則混凝土規(guī)范規(guī)定按下述原則選用鋼筋：1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預應力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預應力鋼筋宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋，也可以采用HPB235級和RRB400級鋼筋；2）預應力混凝土結(jié)構(gòu)中的預應力鋼筋宜采用預應力鋼鉸線、鋼絲，也可以采用熱處理鋼筋；3）使用冷加工鋼筋應符合專門規(guī)定。5. 各種直徑鋼筋的公稱面積、計算面積及理論重量見表4-1 表4-1 鋼筋的計算截面面積及理論重量 公稱直徑（mm）不同鋼筋根數(shù)時的計算截面面積（mm2）單根鋼筋理論重量（kg/m）123456789628.357851131411701982

7、262550.2226.533.2661001331661992322652990.260850.31011512012523023524024530.3958.252.81061582112643173704234750.4321078.51572363143934715506287070.61712113.122633945256567879190410170.88814153.93084616157699231077123113851.21016201.1402603804100512061407160818091.580182540550976310171272152717812036

8、22902.00020314.26289421256157018842199251328272.47022380.176011401520190022812661304134212.98025490.998214731964245429453436392744183.85028615.8123218472463307936954310492655424.83032804.2160924133217402148265630643472386.310361017.9203630544072508961077125814391617.990401256.62513377050276283754087

9、9610053113109.87050196439285892785698201178413748157121767615.430注：表中的d =8.2mm計算截面面積及理論重量僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。二、混凝土 混凝土是由水泥、砂（細骨料）、石（粗骨料）、水拌和而成，各組成材料的性能對混凝土的性能有較大影響。（一）混凝土的強度 1.混凝土的強度等級(1) 標準試件：邊長150mm的立方體混凝土試塊；(2) 標準養(yǎng)護條件：20。C3。C、相對濕度不小于90%、養(yǎng)護28d；(3) 標準試驗方法：試塊表面不涂潤滑劑、全截面均勻受壓、加荷速度0.15-0.25N/mm2s。 混凝土強度等級按照用

10、上述方法測得的具有95%保證率的抗壓強度（單位：N/mm2）確定，用符號“C”表示。 混凝土規(guī)范根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標準值fcu,k，把混凝土強度劃分為14個強度等級，分別為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，其中C表示混凝土，C后面的數(shù)字表示立方體強度標準值，例如C15即表示fcu,k=15N/mm2，混凝土強度等級的級差均為5N/mm2。2 、混凝土的軸心抗壓強度（棱柱體強度）*當試件的高度h與截面邊長b之比增大時，“套箍”作用減小，測得的強度值降低。*h/b=2-4時，測得的抗壓強度值比較穩(wěn)定，規(guī)定15015

11、0300mm的試件作為試驗混凝土軸心抗壓強度的標準試件。3 、混凝土的軸心抗拉強度混凝土的抗拉強度遠小于其抗壓強度，一般為 測定混凝土抗拉強度的試驗方法 （1）直接拉伸試驗（2）劈裂試驗混凝土強度設(shè)計值等于混凝土強度標準值除以混凝土材料分項系數(shù)表4-4 混凝土強度標準值(N/mm2)強度混凝土強度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc,k10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2fl,k1.271.541.782.012.202.402.512.642.742.852.9

12、93.003.053.11表4-5 混凝土強度設(shè)計值(N/mm2) 強度混凝土強度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc7.29.611.914.316.719.121.223.125.327.529.731.833.835.9ft0.911.11.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22=1.4。各種強度等級的混凝土強度標準值、強度設(shè)計值分別按表4-4、表4-5采用。（二）混凝土的變形性能 1 混凝土在一次短期加荷下的應力-應變曲線：2 混凝土的彈性模量 混凝土彈性模量的三種表示方法原點

13、彈性模量: 切線模量: 割線模量: 在工程實踐中所稱的混凝土彈性模量是指“原點彈性模量”，通過試驗得到?；炷恋膹椥阅Ａ縀c按表4-6采用。表4-6 混凝土彈性模量 （單位：104N/mm2）混凝土強度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80Ec2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.653.703.753.80 混凝土的選用原則 為保證結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟耐久，選擇混凝土時，要綜合考慮材料的力學性能、耐久性能、施工性能和經(jīng)濟性等方面的問題，按照混凝土規(guī)范的要求進行選用。（1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土的強度

14、等級不應低于C15；當采用HRB335級鋼筋時，混凝土的強度等級不宜低于C20；當采用HRB400和RRB400級鋼筋時，以及承受重復荷載的構(gòu)件，混凝土強度等級不得低于C20。（2）預應力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土的強度等級不應低于C30；當采用鋼鉸線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土的強度等級不宜低于C40。（3）當采用山砂混凝土或高爐礦渣混凝土時，尚應符合專門標準的規(guī)定。 1.粘結(jié)的作用和性質(zhì) 鋼筋與混凝土間的粘結(jié)是保證鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)，粘結(jié)應力是鋼筋和混凝土接觸面上的剪應力，使鋼筋和周圍混凝土之間的內(nèi)力得到傳遞。2.粘結(jié)機理分析（粘結(jié)力的組成）化學膠結(jié)力：來源于水泥漿體和鋼筋表面

15、之間化學作用產(chǎn)生的吸附膠著作用；摩擦力：混凝土凝結(jié)硬化時的收縮使接觸面上產(chǎn)生正壓應力及摩擦力；機械咬合力：鋼筋表面粗糙不平產(chǎn)生的咬合作用（光面鋼筋），肋間鋼筋與混凝土之間的咬合作用（變形鋼筋）。第二節(jié) 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用3. 鋼筋的錨固 在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中鋼筋伸入支座或在連續(xù)梁頂部負彎距區(qū)段的鋼筋截斷時，應將鋼筋延伸一定的長度，這就是鋼筋的錨固。只有鋼筋有足夠的錨固長度，才能積累足夠的粘結(jié)力，使鋼筋能承受拉力。當計算中充分利用鋼筋的抗拉強度時，受拉鋼筋的錨固長度應按式（4-3）計算：普通鋼筋：la=fyd/ft （4-3a） 預應力鋼筋：la=fpyd/ft （4-3b） 式中l(wèi)a受拉

16、鋼筋的錨固長度； fy、fpy普通鋼筋、預應力鋼筋的抗拉強度設(shè)計值； ft混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值；當混凝土強度等級高于C40時，按C40取值； d鋼筋的公稱直徑； 鋼筋的外形系數(shù)，按表4-7取用。 表4-7 鋼筋的外形系數(shù)鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線0.160.140.190.130.160.17注：光面鋼筋指HPB235級鋼筋，其末端應做180彎鉤，彎后平直段長度不應小于3d，但作受壓鋼筋時可不做彎鉤；帶肋鋼筋系指HRB335級、HRB400級鋼筋及RRB400級余熱處理鋼筋。 當符合某些條件時（詳見混凝土規(guī)范），計算的錨固長度應進行修正,受拉鋼筋的最小錨

17、固長度見下表。4. 混凝土保護層厚度為了保護鋼筋（防腐、防火）和保證鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力，鋼筋外表面至構(gòu)件表面要保持一定距離，這個距離之間的混凝土層叫做保護層。梁的保護層厚度見表3-2(環(huán)境類別見表1-1)：圖3-5 凈距、保護層及有效高度表3-2 縱向受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度（mm） 環(huán)境類別板、墻、殼梁柱C20C25C45C50C20C25C45C50C20C25C45C50一201515302525303030二a252030303030b252035303530三302540354035注：基礎(chǔ)的保護層厚度不應小于40mm，當無墊層時不應低于70mm?，F(xiàn)澆板保護層做法5. 端

18、彎鉤 為保證鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力，防止鋼筋在受拉時滑動，對承受拉力的光圓鋼筋，其兩端要做成彎鉤。彎鉤的形式有：半圓彎鉤和直彎鉤等，如圖所3-4示。 對螺紋鋼筋，兩端可不做彎鉤。圖3-4 鋼筋和箍筋的彎鉤6.鋼筋的連接 綁扎搭接機械連接或焊接鋼筋連接形式（1）綁扎搭接接頭 工作原理：通過鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強度來傳遞鋼筋的內(nèi)力。 適用范圍： 軸心受拉及小偏心受拉構(gòu)件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接接頭； 直徑大于28mm的受拉鋼筋及直徑大于32mm的受壓鋼筋不宜綁扎搭接接頭。1）受拉鋼筋搭接 縱向受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度ll應根據(jù)位于同一連接區(qū)段內(nèi)的鋼筋搭接接頭面積百分率按下式計算，且

19、在任何情況下均不應小于300mm：ll =la300mm (3.1.2)式中l(wèi)a受拉鋼筋的錨固長度； 受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，按表3.1.6采用。搭接接頭的要求： 接頭率：鋼筋綁扎搭接接頭連接區(qū)段的長度為1.3倍搭接長度，凡搭接接頭中點位于該長度范圍內(nèi)的搭接接頭均屬同一連接區(qū)段。位于同一連接區(qū)段內(nèi)的受拉鋼筋搭接接頭面積百分率(即有接頭的縱向受力鋼筋截面面積占全部縱向受力鋼筋截面面積的百分率)，對于梁類、板類和墻類構(gòu)件，不宜大于25%；對柱類構(gòu)件，不宜大于50%。當工程中卻有必要增大受拉鋼筋搭接接頭面積百分率時，對梁類構(gòu)件不應大于50%；對板類、墻類及柱類構(gòu)件，可根據(jù)實際情況放寬。 l同一構(gòu)件