第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本概念及材料物理力學(xué)性能

1、第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本概念及材料物理力學(xué)性能第一頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第二頁，共92頁。2022/10/9 以混凝土材料為主，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管或纖維等形成的主要承重結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)（Concrete Structures）。1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念素混凝土Plain Concrete纖維增強混凝土Fiber Reinforced Concrete鋼骨混凝土Steel Reinforced Concrete鋼筋混凝土Reinfor

2、ced Concrete鋼管混凝土Concrete Filled Steel Tube預(yù)應(yīng)力混凝土Prestressed Concrete鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)Composite Structure1基本概念第三頁，共92頁。2022/10/9 抗壓強度高，而抗拉強度卻很低 通?？估瓘姸戎挥锌箟簭姸鹊?/81/20 破壞時具有明顯的脆性特征混凝土的材料特性1基本概念第四頁，共92頁。2022/10/9 抗拉和抗壓強度都很高 具有屈服現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出較好的延性 細長的鋼筋受壓時極易壓曲鋼筋的材料特性1基本概念第五頁，共92頁。2022/10/9混凝土結(jié)構(gòu)的特點素混凝土梁L=1500mm120200C

3、20P鋼筋混凝土梁L=1500mm1202002f14C20PP=4.4 kNP=62.5 kN 由上述對比試驗可知： 鋼筋混凝土梁的承載力比素混凝土梁大大提高（14倍）； 素混凝土梁破壞突然，沒有明顯預(yù)兆；而鋼筋混凝土梁則 表現(xiàn)出較好的延性，破壞前有明顯預(yù)兆； 鋼筋混凝土梁最終由于混凝土被壓碎而破壞，此時鋼筋已 經(jīng)屈服，鋼筋和混凝土的材料強度均得到充分利用。1基本概念第六頁，共92頁。2022/10/9將混凝土和鋼筋這兩種材料有機地結(jié)合在一起，可以取長補短，充分發(fā)揮各自的材料性能。共同工作的主要原因：*混凝土和鋼筋之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在一起，可共同受力，共同變形 * 兩者的溫

4、度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力破壞兩者的粘結(jié)力，混凝土：1.010-51.5 10-5/C，鋼筋： 1.2 10-5 /C* 混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化 1基本概念第七頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第八頁，共92頁。2022/10/92.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展取決于混凝土材料的發(fā)展2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生* 1824年，英國人J. Aspdin 發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土； * 1849年，法國人Joseph Loui

5、s Lambot 用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船-最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； * 1861年，法國花匠J. Monier 用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請了專利，后由申請年了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利-盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者； * 1884年，德國人Wayss, Bauschingger和Koenen等提出了鋼筋應(yīng)配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。第九頁，共92頁。2022/10/9強度不斷提高，性能不斷改善 美國60年代混凝土抗壓強度平均值：28N/mm2，70

6、年代 ：42N/mm2，有特殊需要時： 40N/mm2100 N/mm2，試驗室中： 300 N/mm2輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用 容重一般為：14kN/m318kN/m3(普通混凝土為24kN/m3)，加氣混凝土、陶?；炷?、火山巖混凝土、碎磚混凝土等無砂混凝土(Non-fines concrete):只有粗骨料，無細骨料 容重小，水的毛細現(xiàn)象不顯著，透水性大，水泥用量少，施工簡單 FRP筋的應(yīng)用(強度高，質(zhì)量輕，抗腐蝕) 用FRP筋代替鋼筋2.2 材料方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r第十頁，共92頁。2022/10/9綠色混凝土：環(huán)保節(jié)能 透明混凝土 透水混凝土 清水混凝土 粉煤灰加氣混凝土世博寧波館獨特的豎

7、條毛竹模板清水混凝土剪力墻 第十一頁，共92頁。2022/10/9 智能混凝土 智能能感知環(huán)境條件，做出相應(yīng)行動 自診斷：碳纖維，光纖傳感 自調(diào)節(jié)：形狀記憶合金 SMA 自修復(fù): 自行愈合和再生第十二頁，共92頁。2022/10/92.3 結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 在混凝土的受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重結(jié)構(gòu)體系的豐富 不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、FRP混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等第十三頁，共92頁。2022/10/92.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r設(shè)計方法允許應(yīng)力設(shè)計法破壞階段設(shè)計法極限狀

8、態(tài)設(shè)計法半經(jīng)驗半概率法近似概率法全概率法KSR=f/KS(kqiqik)R(fck/kc, fsk/ks, As, b)第十四頁，共92頁。2022/10/9結(jié)構(gòu)基本理論-如何設(shè)計一個新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計算、設(shè)計方法和構(gòu)造措施計算機的應(yīng)用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用2.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r第十五頁，共92頁。2022/10/92.4 理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論-舊結(jié)構(gòu)的維護、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來）承載力計算耐久性評估壽命預(yù)測損傷分析加固理論修復(fù)理論災(zāi)害評估等2 發(fā)展?fàn)顩r第十六頁，共92頁。2022/10/9

9、2.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)基本理論-計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用Ansys, Abaqus, Femap，PKPM, ADINA第十七頁，共92頁。2022/10/9鋼 筋混 凝 土兩者間的粘結(jié)強 度變 形粘結(jié)破壞的過程和機理第十八頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第十九頁，共92頁。2022/10/93.混凝土的強度指標(biāo)及變形性能 PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬

10、化形成的復(fù)合材料。第二十頁，共92頁。2022/10/93 砼3.1 混凝土強度(Strength of Concrete)混凝土立方體抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度混凝土復(fù)合強度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-Strength 抵抗外力產(chǎn)生的某種應(yīng)力的能力第二十一頁，共92頁。2022/10/93 砼混凝土立方體抗壓強度fcu承壓板試塊混凝土強度等級應(yīng)按邊長為150mm立方體試件的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定?？箟簭姸葮?biāo)準(zhǔn)值系指用標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護至28d齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具

11、有95%保證率的抗壓強度(以MPa計).C15, C20, C25, C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strength concretehigh-strength concretefm-1.645 fm正態(tài)分布第二十二頁，共92頁。2022/10/9立方體抗壓強度影響因素端部約束：潤滑劑試件尺寸：加載速度：；齡期：隨齡期逐漸增長3 砼標(biāo)準(zhǔn)試塊：150mm150mm 150mm非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100mm100mm 100mm 換算系數(shù) 0.95 200mm200mm 200mm 換算系數(shù) 1.05混凝土立方體抗壓強度fcu摩擦力不涂

12、潤滑劑涂潤滑劑第二十三頁，共92頁。2022/10/9混凝土軸心抗壓強度fc：按照與立方體試件相同條件制作和試驗方法 測得的棱柱體試件的極限抗壓強度值3 砼承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊:150150 300mm c1棱柱體強度與立方體強度之比值，對C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,對C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；c2C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，對C40取1.0，對C80取0.87，中間按線性規(guī)律變化。0.88-考慮實際構(gòu)件與試件混凝土強度之間的差異，對混凝土強度的修正系數(shù)。國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件612in (152305mm)第二十四頁，共9

13、2頁。2022/10/9第二十五頁，共92頁。2022/10/9混凝土抗拉強度ft3 砼劈裂強度fts Splitting Strength實驗表明：ftfts第二十六頁，共92頁。2022/10/9巴西圓盤-巖石抗拉強度測試方法第二十七頁，共92頁。2022/10/9f150150mm立方體抗壓強度的變異系數(shù)。第二十八頁，共92頁。2022/10/9復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度雙軸應(yīng)力下的強度(Biaxial Stress State)3 砼 雙向受拉，接近單軸抗拉強度； 雙向受壓，混凝土的側(cè)向變形受到約束，強度提高 ； 一拉一壓，加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展 ，抗拉、抗壓強度均降低。 第二十

14、九頁，共92頁。2022/10/9復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度剪應(yīng)力和正應(yīng)力共同作用(shear and normal stress)混凝土的抗剪強度：隨拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大 當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大， 壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。3 砼第三十頁，共92頁。2022/10/9復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度三向受壓強度(Triaxial compressive strength testing )1=fcc1=fcc2= 32 -側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）無側(cè)向約束時圓柱體的單軸抗壓強度有側(cè)向約束時的抗壓強度k側(cè)向效應(yīng)系數(shù) (

15、4.5-7.0)3 砼第三十一頁，共92頁。2022/10/9混凝土的疲勞強度Fatigue Strength破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強度fcfcf的確定原則：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值3 砼第三十二頁，共92頁。2022/10/93 砼第三十三頁，共92頁。2022/10/9受力變形：砼由于荷載作用下的變形單調(diào)短期加載：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 荷載長期作用：徐變 多次重復(fù)荷載作用下體積變形：砼收縮以及溫度變化產(chǎn)生的變形收縮3.2 混凝土的變形(Deformation of Concrete)3

16、 砼第三十四頁，共92頁。2022/10/9混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能Stress- strain Relationship分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ)。3 砼02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO試件為棱柱體或圓柱體第三十五頁，共92頁。2022/10/9A點以前：微裂縫沒有明顯發(fā)展，主要彈性變形。對普通強度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對高強混凝土sA可達(0.50.7)fc cu02468102030s(MPa)e 10-3ABCEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十六頁，共92頁。20

17、22/10/9AB段：部分塑性變形，應(yīng)力應(yīng)變逐漸偏離直線。B點時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，常取sB作為混凝土的長期抗壓強度 ；普通強度混凝土sB約為0.8 fc ，高強混凝土sB可達0.95 fc cu02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十七頁，共92頁。2022/10/9C點：峰值應(yīng)力(混凝土棱柱體抗壓強度)。相應(yīng)的縱向壓應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變，約為0.002。內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進入下降段。繼續(xù)發(fā)展至D點時，破壞面初步形成。(fc,0)cu02468102030s(MPa)e 10-3BACEDF

18、Oe 0 fc軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十八頁，共92頁。2022/10/9E點以后，縱向裂縫形成一個斜向的破壞面，此破壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下形成破壞帶。此時試件的強度由破壞面上骨料間的摩阻力提供。隨著應(yīng)變進一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強度約為0.10.4 fc02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO（拐點）（收斂點）軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十九頁，共92頁。2022/10/9軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO1.三個特征值 峰值應(yīng)力 fc 峰值應(yīng)變0 極限壓應(yīng)變cu 2. 混凝土是一種彈塑性

19、材料3.曲線上升段高低反映混凝土強度大小，下降段陡緩反映混凝土變形能力的大小(fc,0)cu第四十頁，共92頁。2022/10/9影響因素砼的強度：峰值應(yīng)變增大，延性低應(yīng)變速率 ：峰值應(yīng)變增大，坡度緩試驗條件：應(yīng)變加載，標(biāo)距，約束混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高加載速度減慢cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco環(huán)箍斷裂3 砼第四十一頁，共92頁。2022/10/9彈性模量(Modulus of Elasticity or Elastic Modulus)混凝土單調(diào)短期加載下

20、的變形性能3 砼第四十二頁，共92頁。2022/10/9單向受拉混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能上升段：加載初期，變形與應(yīng)力線形增長，至極值應(yīng)力的40-50%達到比例極限；76-83%出現(xiàn)臨界點(不穩(wěn)定擴展開始)；峰值對應(yīng)的應(yīng)變隨抗拉強度的增加而增大，在50-270范圍內(nèi)波動。當(dāng)混凝土C15-C40時，極限拉伸值小于受壓，計算時取tu=100u 。下降段：隨著混凝土強度的提高而更為陡峭。Et=Ec3 砼第四十三頁，共92頁。2022/10/9混凝土的彈性模量的試驗方法（150150 300標(biāo)準(zhǔn)試件）c/fcc0.5510次此線和原點切線基本平行，取其斜率作為Ec混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能經(jīng)驗

21、公式(Poissons ratio)：在壓力較小時，接近破壞時0.5以上，一般0.2混凝土的剪切模量為Shear Modulus3 砼第四十四頁，共92頁。2022/10/9混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大，在重復(fù)荷載作用下，混凝土的強度和變形有著重要的變化。第四十五頁，共92頁。2022/10/9O13fcf

22、混凝土多次重復(fù)加載卸載的應(yīng)力應(yīng)變曲線第四十六頁，共92頁。2022/10/9混凝土長期加載下的變形性能徐變(Creep)P3 砼在荷載不變的情況下隨時間而增長的變形稱為徐變 第四十七頁，共92頁。2022/10/9 徐變對結(jié)構(gòu)的影響使受彎構(gòu)件的撓度增大；使柱的偏心矩增大；使預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)應(yīng)力損失；徐變使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，因而引起鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力的減小，成為預(yù)應(yīng)力損失。使截面上的應(yīng)力重分布。以柱為例，任一時刻，外界荷載P=Pc+Ps。當(dāng)徐變發(fā)生后，混凝土似乎變軟，受到鋼筋的拉力反力，減小了混凝土的承壓力，而鋼筋的壓力增大?；炷灵L期加載下的變形性能徐變3 砼第四十八頁，共92頁。2022/

23、10/9徐變的主要原因水泥凝膠體在荷載作用下發(fā)生粘性流動，結(jié)晶體內(nèi)部逐漸滑動，造成變形增大(針對應(yīng)力不大時的主要原因)?；炷羶?nèi)部的微裂縫發(fā)展的結(jié)果(針對應(yīng)力較大時的主要原因)?；炷灵L期加載下的變形性能徐變3 砼第四十九頁，共92頁。2022/10/9-徐變的影響因素應(yīng)力大小 0.8fc ，曲線為發(fā)散性。可用作為普通混凝土長期抗壓強度。齡期影響 齡期越長，混凝土硬化越充分，水泥石晶體所占比例越大，gel粘性流動少，徐變小。 混凝土長期加載下的變形性能徐變3 砼第五十頁，共92頁。2022/10/9材料組成骨料本身沒有徐變特性，但作為剛度較大的彈性體，可以限制約束徐變的大小。因此，骨料的剛度越

24、大，在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例越大，則徐變越小。水灰比小，使gel的粘滯度降低，徐變減小。外部環(huán)境：養(yǎng)護及使用條件下的溫度和濕度養(yǎng)護時，溫度越高，濕度大，則水泥水化作用越充分(晶體多，gel少)，徐變小。使用時，溫度高，相對濕度低，徐變大，因為在總徐變還包括由于混凝土內(nèi)部水分受到外力后向外溢出的徐變。試件體表比小，表面積相對大，徐變大?；炷灵L期加載下的變形性能徐變徐變與塑性的區(qū)別？3 砼第五十一頁，共92頁。2022/10/9體積變形混凝土的收縮(Shrinkage)混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。在水中結(jié)硬時，體積膨脹(dilation or swelling)收縮變

25、形與時間的關(guān)系早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4。3 砼第五十二頁，共92頁。2022/10/9收縮對結(jié)構(gòu)的影響 受到制約，在砼中產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，影響正常使用； 在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中， 可引起預(yù)應(yīng)力損失。措施：澆注時設(shè)置施工(伸縮)縫，待混凝土收縮充分收縮后再將縫澆好。收縮的主要原因 凝縮(Setting Shrinkage)：水泥水化作用過程中形成的晶體比原材料 體積小干縮(Drying Shrinkage)：混凝土硬化后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā)或濕度下降

26、引起混凝土的收縮(Shrinkage)3 砼第五十三頁，共92頁。2022/10/9收縮的影響因素混凝土的組成和配比是影響主要因素。水泥用量大(水泥晶體多)，水灰比大(后期失水)，收縮大。骨料對收縮也有制約作用，所以骨料所占體積大，剛度高，制約作用強，收縮小。養(yǎng)護和使用條件下的溫度和濕度：蒸汽養(yǎng)護可加快水化作用，減少混凝土中的自由水(游離水)，使以后蒸發(fā)用水減少，從而減小收縮。使用環(huán)境溫度高，濕度低，都容易使自由水蒸發(fā)，使收縮增大。另外，體表比小，表面積相對大，加快蒸發(fā)，收縮也大。混凝土的收縮(Shrinkage)3 砼第五十四頁，共92頁。2022/10/9AssAs s收縮： 鋼筋受壓，

27、混凝土受拉AsPAsPAs s1c1Pc2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變： s， c徐變和收縮第五十五頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第五十六頁，共92頁。2022/10/94.1 鋼筋的分類(Steel Reinforcement)碳素鋼(Fe, C, Si, Mn, P, S)低碳鋼（含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼(Ti, V, Mn)硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系按化學(xué)成分Car

28、bon steelLow alloy-steel強度高，塑性和低溫沖擊韌性好 強度高，塑性可焊性低4 鋼筋第五十七頁，共92頁。2022/10/9 鋼筋(4-40mm)熱軋鋼筋：將鋼材(低碳鋼，普通低合金鋼)在高溫狀態(tài)下用機械方法扎制冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下機械拉伸而成，提高強度和節(jié)約鋼材熱處理鋼筋：將HRB400、KL400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工工藝碳素鋼絲光面鋼絲：一般以鋼絞線的形式應(yīng)用刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結(jié)力(indented wire)鋼絞線 不同數(shù)量鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起。其中7股用得較多。 強度高柔軟，盤彎運輸，在大跨橋中用。螺旋肋鋼絲

29、：先張法預(yù)應(yīng)力混凝土，粘結(jié)性能良好4.1 鋼筋的分類4 鋼筋第五十八頁，共92頁。2022/10/9外形種類強度級別強度等級代號ftk屈服強度(MPa)工程符號直徑范圍d/mm光圓鋼筋低碳鋼IR235(HPB235)2358-20帶肋鋼筋低合金鋼IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余熱處理KL400(RRB)4408-40常用熱軋鋼筋R4 鋼筋表面形狀：plain 屈服強度 HPB235 生產(chǎn)工藝： hot rolled 鋼筋：bar HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 Remained heat treatmentribbed ba

30、r 第五十九頁，共92頁。2022/10/9HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不 宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和 塑性均較好，是目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和 塑性均較好，是今后主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；RRB400：是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫 度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降 低，余熱處理后塑性有所改善。一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋第六十頁，共92頁。2022/10/9混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2010牌號符號公稱直徑d（mm）屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值

31、fyk（N/mm2）極限強度標(biāo)準(zhǔn)值fstk（N/mm2）HPB300 622300420HRB335 650335455HRBF335 HRB400 650400540HRBF400 RRB400 HRB500 650500630使用原則：優(yōu)先使用400MPa級鋼筋;積極推廣500MPa 級鋼筋;取消235MPa 光圓鋼筋;逐步限制、淘汰335MPa 級鋼筋。第六十一頁，共92頁。2022/10/9第六十二頁，共92頁。2022/10/9強度指標(biāo)的確定(鋼材廢品限值)ftk強度隨機變量強度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計資料，運用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（鋼筋為97.73%）的統(tǒng)計特征值：強度標(biāo)準(zhǔn)值=強

32、度平均值-2均方差概率密度材料強度強度平均值強度標(biāo)準(zhǔn)值公路橋規(guī)：鋼筋的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。4 鋼筋第六十三頁，共92頁。2022/10/9BKZZK殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降冷拉經(jīng)過停放或加熱后進一步提高了屈服強度并恢復(fù)了屈服臺階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時效硬化。* 溫度過高(450度以上)強度有所降低而塑性性能卻有所增加,溫度超過700度，鋼材會恢復(fù)到冷拉前的力學(xué)性能，不會發(fā)生時效硬化。為了避免冷拉鋼筋再焊接時高溫軟化，要先焊好后再進行冷拉！4 鋼筋在常溫下用機械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過屈服強度的某一應(yīng)力值，然

33、后卸載至零。第六十四頁，共92頁。2022/10/9冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度，但塑性降低。將鋼筋(HPB235)用強力拔過比本身直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形，同時拉伸力和擠壓力。4 鋼筋第六十五頁，共92頁。2022/10/9第六十六頁，共92頁。2022/10/9按外形4.1 鋼筋的分類光圓(round)：表面平整，截面為圓形變形或帶肋(deformed,ribbed)螺紋鋼筋人字紋月牙紋4 鋼筋第六十七頁，共92頁。2022/10/9第六十八頁，共92頁。2022/10/9按供應(yīng)方式4.1 鋼筋的分類盤圓或盤條鋼筋：直徑為6

34、-10mm的鋼筋卷成圓盤直條或碾條鋼筋：直徑大于12mm的鋼筋軋成6-12m長一根4 鋼筋第六十九頁，共92頁。2022/10/94.2 鋼筋的強度和變形有明顯屈服點的鋼筋(軟鋼)無明顯屈服點的鋼筋(硬鋼)單向拉伸實驗4 鋼筋第七十頁，共92頁。2022/10/9ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點fu拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段標(biāo)距有明顯屈服點的鋼筋鋼筋計算的基本指標(biāo)fy 屈服下限結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一截面屈服后，將在荷載不增加的情況下產(chǎn)生持續(xù)的塑性變形，構(gòu)件可能在鋼筋未進入強化段前就產(chǎn)生過大的變形和裂縫，結(jié)構(gòu)不能正常使用或已破壞。在RC構(gòu)件中，受到混凝土極限應(yīng)變的限制，截面達到破壞時鋼筋不大可能

35、進入這樣大的應(yīng)變狀態(tài)。 fyfy/fu屈強比:反映出結(jié)構(gòu)可靠性能的大小, 小表明結(jié)構(gòu)的可靠儲備越大,一般要求0.8。極限強度第七十一頁，共92頁。2022/10/9鋼筋種類Es (105MPa)R2352.1HRB335,HRB400,KL4002.04 鋼筋（1）理想彈塑性模型（2）三段線性模型鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同：Es 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變簡化模型 有明顯屈服點的鋼筋第七十二頁，共92頁。2022/10/9有明顯屈服點的鋼筋塑性性能：延伸率，冷彎性能延伸率(Elongation Rate) (ductility rate) l0鋼筋拉伸試驗試件的應(yīng)變量側(cè)標(biāo)距，常采用l0=5d

36、(5)或l0=10d(10)，l鋼筋拉斷或重新拼和后量側(cè)斷口兩側(cè)的標(biāo)距，即產(chǎn)生殘留伸長后的標(biāo)距。延性好4 鋼筋l0l第七十三頁，共92頁。2022/10/9延伸率缺陷 僅反映鋼筋殘余變形，包含斷口頸縮區(qū)域的局部變形；忽略彈性變形，不能反映鋼筋的總體變形能力；人為誤差影響較大第七十四頁，共92頁。2022/10/9l0不包含頸縮區(qū)拉伸前的量測標(biāo)距長度l拉伸斷裂后不包含頸縮區(qū)的量測標(biāo)距長度b最大拉伸應(yīng)力Es鋼筋的彈性模量4 鋼筋均勻拉伸率第七十五頁，共92頁。2022/10/9有明顯屈服點的鋼筋冷彎性能(Cold Bending Property)將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一

37、定的角度(冷彎角度)，用放大鏡檢查試件表面，如無裂縫、分層以及鱗落等現(xiàn)象，認為材料的冷彎性能合格。 D越小，越大，則鋼筋的冷彎性能越好，說明鋼筋的塑性好。4 鋼筋第七十六頁，共92頁。2022/10/9無明顯屈服點的鋼筋(硬鋼)硬鋼(消除應(yīng)力鋼絲，鋼絞線):強度高，但低，塑性差，脆性大加載到拉斷，沒有明顯的屈服段。用其配筋的RC構(gòu)件，受拉往往突然斷裂，沒有明顯的預(yù)兆 曲線特性：比例極限a點前:直線，彈性變化a點后:一定的塑性，應(yīng)力和應(yīng)變均持續(xù)增長極限強度b :頸縮出現(xiàn)下降段，直到拉斷?！皡f(xié)定流限”(條件屈服點)作為強度標(biāo)準(zhǔn)，即加載及卸載后，相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的應(yīng)力，用表示，一般相當(dāng)于b的

38、70-85%，條件屈服強度：0.2=0.85 b4 鋼筋第七十七頁，共92頁。2022/10/94.3鋼筋的徐變和松弛徐變(蠕變)Creep應(yīng)力不變，隨時間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛Stress Relaxation長度不變，隨時間的增長應(yīng)力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施4 鋼筋第七十八頁，共92頁。2022/10/94.4 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求4 鋼筋 保證構(gòu)件具有一定的強度儲備。（1）適當(dāng)?shù)那鼜姳龋?）足夠的塑性 避免發(fā)生脆性破壞。（4）耐久性和耐火性（3）可焊性 要求鋼筋具備良好的焊接性能。 （5）與混凝土具有良好的粘結(jié) 必要的混凝土保護層厚度以滿足對構(gòu)件耐

39、火極限的要求。 （6）寒冷地區(qū)，防止鋼筋低溫冷脆導(dǎo)致破壞。 第七十九頁，共92頁。2022/10/9公路橋涵受力構(gòu)件的混凝土強度等級按下列規(guī)定采用：鋼筋混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C20，當(dāng)用HRB400、KL400級鋼筋時，不應(yīng)低于C25。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40。嚴(yán)寒區(qū)、海水區(qū)或使用除冰鹽且受影響的橋涵構(gòu)件，不應(yīng)低于C30；有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)的環(huán)境不應(yīng)低于C35。3 砼4.5 混凝土和鋼筋的規(guī)范要求第八十頁，共92頁。2022/10/94.4 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求公路橋規(guī)：公路混凝土橋涵的鋼筋應(yīng)按下列規(guī)定采用 1 鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋宜選用熱扎R235、HRB335、HRB400和KL400鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的箍筋選用其中