第十二章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能

建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)第十二章鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能1）鋼筋按外形分類：光面鋼筋和變形鋼筋。光圓鋼筋的直徑一般為6～22㎜，帶肋鋼筋的直徑一般為6～50㎜。一、鋼筋的種類

(a)光面鋼筋(b)螺紋鋼筋(c)人字紋(d)月牙紋鋼筋第一節(jié)鋼筋3）鋼筋按加工方法不同分類：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、熱處理鋼筋、冷軋鋼筋（冷軋帶肋鋼筋、冷軋扭鋼筋）、冷拔鋼筋、消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線。第一節(jié)鋼筋2）按其化學(xué)成分的不同：分為碳素鋼和普通低合金鋼。用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋常用熱軋鋼筋。熱軋鋼筋有熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋。熱軋光圓鋼筋有HPB300，其牌號(hào)由HPB與屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成，用符號(hào)表示。熱軋帶肋鋼筋有HRB335、HRB400、HRB500,其牌號(hào)由HRB與屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成，分別用符號(hào)、、表示。此外，熱軋鋼筋還有細(xì)晶粒熱軋鋼筋。細(xì)晶粒熱軋鋼筋有HRBF335、HRBF400、HRBF500,其牌號(hào)由HRB與屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成，分別用符號(hào)、、表示。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010建議鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，應(yīng)按下列規(guī)定選用：縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋；也可采HPB300和HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋。梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400和HRB500、HRBF400和HRBF500。箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼鉸線、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。第一節(jié)鋼筋

1）在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，有明顯流幅的鋼筋稱為軟鋼，如熱軋鋼筋；無明顯流幅的鋼筋稱為硬鋼，如鋼絲、鋼絞線等。

軟鋼把?y取為計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，以?u作為材料的強(qiáng)度儲(chǔ)備。硬鋼通常取相應(yīng)于殘余應(yīng)變?chǔ)?0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σ0.2作為假想屈服點(diǎn)或條件屈服點(diǎn)，也就是該鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

第一節(jié)鋼筋有明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線無明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線二、鋼筋的力學(xué)性能1.混凝土的立方抗壓強(qiáng)度fcu

1）立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是按標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在28d齡期或設(shè)計(jì)規(guī)定齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度值，以?cu，k表示。

2）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k的大小，混凝土強(qiáng)度等級(jí)分C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14級(jí)。其中，C50~C80屬高強(qiáng)混凝土?；炷翉?qiáng)度等級(jí)中C代表混凝土，數(shù)字部分表示以N/mm2為單位的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)值。一、混凝土的強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是以150×150×300mm棱柱體為標(biāo)準(zhǔn)試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度值，以?c，k表示。

混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：式中—棱柱強(qiáng)度與立方強(qiáng)度之比，對(duì)C50及以下取=0.76，對(duì)C80取

=0.82，中間按線形規(guī)律變化；

—考慮C40以上混凝土脆性的折減系數(shù)，對(duì)C40取=1.0，對(duì)C80取

=0.87，中間按線形規(guī)律變化。

2.混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度fc

混凝土的抗拉強(qiáng)度可采用尺寸為100×100×500mm的柱體試件進(jìn)行直接軸心受拉試驗(yàn)，但其準(zhǔn)確性較差。故國(guó)內(nèi)為多采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測(cè)定?；炷凛S心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：

3.軸心抗拉強(qiáng)度ft1.在一次短期加荷時(shí)的變形性能混凝土在一次短期荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了受荷各個(gè)階段內(nèi)部的變化及其破壞的機(jī)理，它是研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度理論（截面應(yīng)力分析、內(nèi)力重分布、剛度和撓度、抗裂性和裂縫寬度控制、結(jié)構(gòu)抗震性能等）的重要依據(jù)。

二、混凝土的變形2、混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形——徐變

1）定義：混凝土在長(zhǎng)期不變荷載作用下，應(yīng)變隨時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。

2）徐變對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響：增大混凝土構(gòu)件的變形；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中引起預(yù)應(yīng)力損失等。

3）影響因素：混凝土的徐變除與構(gòu)件截面的應(yīng)力大小和時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)外，還與混凝土所處環(huán)境條件和混凝土的組成有關(guān)。養(yǎng)護(hù)條件越好，周圍環(huán)境的濕度越大，構(gòu)件加載前混凝土的強(qiáng)度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密實(shí)，集料含量越大，集料剛度越大，則徐變?cè)叫　?.混凝土的收縮1）混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為收縮。

2）混凝土收縮的影響因素：水泥用量和水灰比；水泥標(biāo)號(hào)和品種；骨料的物理性能；養(yǎng)護(hù)和環(huán)境條件；混凝土制作質(zhì)量；構(gòu)件的體積與表面積比。3）混凝土的收縮對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生十分有害的影響。如混凝土構(gòu)件受到約束時(shí)，混凝土的收縮就要使構(gòu)件中產(chǎn)生收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力過大，就會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，以致影響結(jié)構(gòu)的正常使用；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中混凝土的收縮將引起鋼筋預(yù)應(yīng)力的損失等等。因此，應(yīng)當(dāng)設(shè)法減小混凝土的收縮，避免對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害的影響。第三節(jié)鋼筋和混凝土的粘結(jié)鋼筋和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能很不相同，但它們卻可以結(jié)合在一起共同工作。鋼筋與混凝土能夠共同工作的原因有兩個(gè)：一是鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0～1.5)×10-5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞；二是它們之間存在粘結(jié)力，在荷載作用下，能夠保證兩種材料變形協(xié)調(diào)，共同受力。一、粘結(jié)力的組成第三節(jié)鋼筋和混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力的組成：

1）化學(xué)膠結(jié)力：由于混凝土顆粒的化學(xué)作用在鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力。這種力一般很小，當(dāng)接觸面發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)就消失了。

2）摩擦力：由于混凝土收縮將鋼筋緊緊握裹而產(chǎn)生的力。鋼筋和混凝土之間的擠壓力越大、接觸面越粗糙，則摩擦力越大。

3）機(jī)械咬合力：鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用而產(chǎn)生的力。變形鋼筋的橫肋會(huì)產(chǎn)生這種咬合力，它的咬合作用往往很大，是變形鋼筋粘結(jié)力的主要來源。試驗(yàn)方法：拉拔試驗(yàn)、壓入試驗(yàn)。第三節(jié)鋼筋和混凝土的粘結(jié)（a）光圓鋼筋拔出試驗(yàn)（b）變形鋼筋拔出試驗(yàn)二、粘結(jié)力的測(cè)定第三節(jié)鋼筋和混凝土的粘