第二章 混凝土鋼筋的性能

第2章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能2.1混凝土的物理力學(xué)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)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料。一混凝土強(qiáng)度(StrengthofConcrete)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度混凝土復(fù)合（多軸）強(qiáng)度CubicCompressiveStrengthCompressiveStrengthTensileStrengthMulti-axialStrength一、混凝土的強(qiáng)度1、混凝土強(qiáng)度等級-立方體抗壓強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)?；炷恋膹?qiáng)度等級是用立方體抗壓強(qiáng)度來劃分的混凝土強(qiáng)度等級：邊長150mm立方體試件，在20±3℃，相對濕度90%以上潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.3~0.8N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號C表示，如：C30表示fcu,k=30N/mm2

影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素：試驗(yàn)方法：壓力機(jī)墊板的橫向摩擦約束，造成混凝土試塊端部處在多軸受力狀態(tài)，就象在試件上下端各加了一個(gè)套箍，致使破壞時(shí)形成兩個(gè)對頂?shù)慕清F破壞面，抗壓強(qiáng)度高于無約束情況。不涂潤滑劑涂潤滑劑>未采取減摩措施采取減摩措施后第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2、棱柱體抗壓強(qiáng)度-軸心抗壓強(qiáng)度

軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=2~3，我國通常取150mm×150mm×300mm的棱柱體試件。承壓板試塊c1—棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，對C50及C50以下混凝土取0.76；對C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；c1—C40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(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異，對混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3、軸心抗拉強(qiáng)度混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能拉壓壓由于軸心受拉試驗(yàn)對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗(yàn)測定混凝土的抗拉強(qiáng)度劈拉試驗(yàn)PaP第二章鋼筋和混凝土的材料性能二、混凝土的變形變形是混凝土的一個(gè)重要力學(xué)性能?；炷磷冃问芰ψ冃危淮味唐诩虞d、荷載長期作用和多次重復(fù)加載作用下產(chǎn)生的變形。體積變形－硬化過程中的收縮以及溫度和濕度變化。1.一次短期加載作用下混凝土的變形性能（1）混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系Stress-strainRelationship02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BACEDA點(diǎn)以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc，對高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.5~0.7)fc。A點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土sB可達(dá)0.95fc以上。達(dá)到C點(diǎn)fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變

e0，約為0.002?？v向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變e=(2~3)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)fc。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土由上述混凝土的破壞機(jī)理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增大。對橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強(qiáng)度的差別和破壞形態(tài)的不同?；炷辆植渴軌簭?qiáng)度fcl

比軸心抗壓強(qiáng)度

fc大很多，也是因?yàn)榫植渴軌好娣e以外的混凝土對局部受壓區(qū)域內(nèi)部混凝土微裂縫產(chǎn)生了較強(qiáng)的約束。不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強(qiáng)度等級越高，上升段和峰值應(yīng)變的變化不顯著，但，下降段的形狀有較大的差異，強(qiáng)度越高，下降段越陡，即延性越差。（2）應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型a.美國E.Hognestad建議的模型上升段下降段b.德國Rush建議的模型上升段下降段00.0020.0035

fcsee0euc.《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》模型上升段：下降段：（3）混凝土的模量彈性模量（原點(diǎn)模量）ElasticModulusseE’’c=tana2切線模量TangentModulusseE’c=tana1割線模量(變形模量）SecantModulus彈性系數(shù)n

(coefficientofelasticity)

隨應(yīng)力增大而減小n==1~0.5彈性模量測定方法標(biāo)準(zhǔn)尺寸的棱柱體試件（150mm×150mm×300mm)，加載至0.4fc，然后卸載至0，重復(fù)加卸載5次。應(yīng)力－應(yīng)變曲線穩(wěn)定為直線的斜率即為彈性模量。se0.4fc5次2.荷載長期作用下混凝土的變形性能－徐變Creep結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載不變，而應(yīng)變和變形隨時(shí)間增長的現(xiàn)象稱為徐變。徐變主要與時(shí)間參數(shù)有關(guān)。徐變的不利之處：徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。有利之處：徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力，減小大體積混凝土的溫度應(yīng)力。影響徐變的因素：內(nèi)在因素；

環(huán)境因素；

應(yīng)力因素。影響徐變的因素：a.

應(yīng)力大?。瓚?yīng)力越大徐變也越大；當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，徐變與應(yīng)力成正比，稱為線形徐變，應(yīng)力較大時(shí)，徐變變形比應(yīng)力增長要快，稱為非線形徐變。b.

加載齡期－齡期越早，徐變越大；c.混凝土的制作方法、養(yǎng)護(hù)條件－特別是養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度和濕度對徐變有重要影響，養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變越小。受荷后，環(huán)境溫度越高，濕度越低，則徐變越大；d.

骨料彈性性質(zhì)－骨料越堅(jiān)硬，彈性模量越高，對水泥石徐變的約束作用越大，混凝土徐變越??；e.混凝土組成－水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變越大；f.

構(gòu)件的形狀、尺寸－大尺寸試件內(nèi)部失水受到限制，徐變減小。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3、混凝土的收縮Shrinkage混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。

當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋2.1鋼筋

SteelReinforcement一、鋼筋的品種熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能熱軋鋼筋

HotRolledSteelReinforcingBarHPB300級、HRB335級、HRB400級、RRB400級，新增HRBF335、HRB500、HRBF400、HRBF500HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服強(qiáng)度fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率95%）HPB300級：fyk=300N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2HRB400級、RRB400級：fyk=400N/mm24.2.1

混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)按下列規(guī)定選用：

1縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500

鋼筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋；

2梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋；

3箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋；

4預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。

二鋼筋的力學(xué)性質(zhì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(軟鋼)無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(硬鋼)冷拉鋼筋有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋

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