鋼筋混凝土結構的材料

按化學成分碳素鋼低合金鋼－在碳素鋼基礎上加入少量的硅、錳、鈦、釩、鉻等合金元素（一般不超過3.5%）就成低合金鋼?？捎行岣咪摬牡膹姸?、塑性等，其可焊性好。但摻入過多（0.045%）磷、硫等會使鋼材變脆、塑性降低，不利于焊接。低碳鋼－含碳量<0.25%中碳鋼－含碳量0.25%~0.6%高碳鋼－含碳量0.6%~1.4%鋼筋主要用低碳鋼和中碳鋼含碳量越高，強度越高，但塑性和焊接性能越差熱軋鋼筋按外形分類：熱軋光圓鋼筋、熱軋帶肋鋼筋。D—公稱直徑A—3股鋼絞線量測尺寸鋼絞線刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲《混凝土結構設計規(guī)范》中熱軋鋼筋的分類：

HPB235級（Q235）Ⅰ級、HRB335級（20MnSi）Ⅱ級、HRB400級(20MnSiV，20MnSiPb，20MnTi)Ⅲ級、RRB400級（K20MnSi）Ⅲ級H:hotrolled熱軋；P:plain光面；R:ribbed帶肋；B:bar鋼筋。數(shù)字235等表示鋼筋的屈服強度N/mm2；HPB235、HRB335、HRB400在圖紙與計算書上的表示方式見課本P8RRB400鋼筋：余熱處理鋼筋，強度較高，主要集中在鋼筋表面，可焊性及抗疲勞性能稍差，機械連接表面切割時會削弱其強度，使用受限制。HPB235鋼筋：公稱直徑6～22mm，低碳鋼，質量穩(wěn)定，塑性及焊接性能好，但強度稍低，而且與混凝土粘結稍差，以前主要用于混凝土板、箍筋，現(xiàn)已逐漸淘汰。HRB335:公稱直徑6～50mm，其強度、塑性及可焊性都較好,一般制成月牙肋，與混凝土粘接力強。在水利工程行業(yè)應用廣泛HRB400鋼筋：公稱直徑6～50mm

，可塑性和可焊性較好，強度高，強度價格比好，在房建領域成為主導品種。

消除應力鋼絲：將鋼絲拉拔后，經中溫回火消除應力并進行穩(wěn)定化處理的鋼絲。按處理方式分為：低松弛鋼絲和普通松弛鋼絲。一般不采用普通松弛鋼絲作預應力鋼筋。HPB500鋼筋：我國新產品，強度高，強度價格比好，由于使用經驗較少，未廣泛應用。鋼絲鋼絲按表面分類為：光圓鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲

鋼絞線：由多根高強光圓或刻痕鋼絲捻制在一起經過低溫回火處理消除內應力后制成，分為2、3、7股光圓鋼絲：公稱直徑6～22mm；螺旋肋鋼絲：以普通低碳鋼或普通低合金鋼為母材，經冷軋減徑后在表面軋制成的月牙肋鋼絲?？毯垆摻z：在光圓鋼絲表面進行機械刻痕處理，以增加與混凝土的凝聚力。

鋼棒：強度高、延性好，具有較強的可塑性及可焊性，主要用于預應力混凝土制件。按表面形狀分光圓鋼棒、螺旋槽鋼棒、螺旋肋鋼棒以及帶肋鋼棒。常用的為螺旋槽鋼棒以及螺旋肋鋼棒。螺紋鋼筋：主要用作預應力錨桿，稱為預應力混凝土用螺紋鋼筋。以屈服強度劃分級別，無明顯屈服時用規(guī)定的“條件屈服強度”來代替。在我國多用于橋梁工程及水電站地下廠房的預應力巖壁吊車梁。力學性能軟鋼：主要是熱軋級鋼筋，力學性質較軟，亦稱有明顯屈服點的鋼筋硬鋼：熱處理鋼筋及高強鋼絲，力學性質高強而硬，亦稱無明顯屈服點的鋼筋二．鋼筋的力學性能屈服階段彈性階段a（比例極限）bced（抗拉強度）強化階段破壞階段屈服強度伸長率

fy

ey1Es雙線性理想彈塑性關系1、軟鋼

Yieldstrength屈服強度Steelbarwithyieldpointb點應力稱為屈服強度，為軟鋼的強度指標。b點以后的強化階段只作為一種安全儲備考慮。e點對應的橫坐標稱為伸長率，它標志鋼筋的塑性。伸長率越大，塑性越好。此外，鋼筋的塑性還可以用冷彎來表示。冷彎：就是把直徑為D的鋼錕彎一定角度而不允許發(fā)生裂紋。鋼筋的塑性越好，冷彎的角度就可越大，鋼錕的直徑也可越小aε0.2s0.2

fu2、硬鋼Steelbarwithoutyieldpoint

a點前：應力-應變關系為線性a點后：應力-應變關系為非線性強度指標：硬鋼沒有明確的屈服臺階（硫幅），在計算中以“協(xié)定流限”作為強度標準。協(xié)定流限：經過加載和卸載后尚存有0.2%永久殘余變形時的應力.一般相當于抗拉極限強度的70%～90%，規(guī)范取為85%

。硬鋼塑性差，伸長率小，因此，用硬鋼配筋的鋼筋混凝土構件，受拉破壞時往往突然斷裂，不像軟鋼筋的構件那樣，在破壞前有明顯預兆。

3鋼筋的疲勞屈服強度概念：鋼筋在多次重復加載時，會呈現(xiàn)出疲勞的特性。原因：鋼材表面或內部有雜質或缺陷，在重復荷載的作用下引起應力集中而導致裂紋擴展而斷裂。4鋼筋的彈性模量概念：鋼筋在彈性階段應力和應變的比值。5混凝土結構對鋼筋性能的要求1）鋼筋的強度是不是越高越好？2）鋼筋的塑性鋼筋應該具有足夠的塑性，這樣能給出構件裂縫過寬即將破壞的信號3）可焊性由于鋼筋之間需要焊接，因此需要鋼筋具有一定的可焊性?？珊感院檬侵冈谝欢üに嚄l件下鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形4）鋼筋與混凝土之間具有足夠的粘結力是保證鋼筋混凝土工作的前提條件，可以使混凝土的裂縫寬度保持在合理的限制內。鋼筋的表面形狀是影響因素。第二章混凝土的物理力學性能混凝土：由水泥、水及骨料按一定配合比組成的人造石材。主要依靠骨料和水泥澆塊中的結晶體組成的彈性骨架來承受外力。彈性骨架使混凝土具有彈性變形的特點水泥凝膠塊中的凝膠體使混凝土具有塑性變形的性質。一、混凝土的強度Strength1、立方體抗壓強度fcu

－混凝土強度等級混凝土的強度等級是用立方體抗壓強度來劃分的混凝土強度等級：邊長150mm立方體為標準試件，在標準條件下（20±3℃，≥90%濕度）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度，用符號C表示，C30表示

fcuk=30N/mm2

水工混凝土強度范圍，從C10~C60共劃分為11個強度等級，級差為5N/mm2。**水工建筑常因工程量巨大，混凝土澆筑后經過較長時間才承受設計荷載。所以在設計時經充分論證后，也可以根據(jù)建筑物的型式、地區(qū)的氣候條件以及開始承受荷載的時間，采用60天或90天齡期的后期強度。影響立方體抗壓強度的因素：試驗方法：壓力機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套箍，致使破壞時形成兩個對頂?shù)慕清F破壞面，抗壓強度高于無約束情況。不涂潤滑劑涂潤滑劑>未采取減摩措施采取減摩措施后加載速度：加載速度越快，測得的強度越高。通常取每秒0.2~0.3N/mm2。加載齡期：立方體抗壓強度隨著加載齡期的增長，開始增長較快，后期較慢。2、棱柱體抗壓強度－軸心抗壓強度fc

軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，比較接近實際構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，我國通常以150mm×150mm×300mm的棱柱體試件為標準試件。不采取減摩措施。

對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度，而且隨高寬比而異，當高寬比大于3時，抗壓強度趨于穩(wěn)定。鋼筋混凝土受壓構件的實際長度常比它的截面尺寸大許多，因此，棱柱體強度比立方體強度能更好地反映受壓構件中混凝土的實際強度。棱柱體抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關系為：3、軸心抗拉強度－ft

抗拉強度是混凝土的基本力學指標之一，用符號ft表示。混凝土構件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關?？估瓘姸鹊臏y定方法：直接受拉法、劈裂法

由于混凝土的離散性以及安裝偏差，造成軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度。劈裂法是將立方體試件（或平放的圓柱體試件）通過墊條施加線荷載P.當拉應力達到混凝土抗拉強度ft

時，試件就對半劈裂。劈拉試驗PdP拉壓壓軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的關系：4、復合應力狀態(tài)下的混凝土強度

實際混凝土結構構件大多處于復合應力狀態(tài)，即雙向或三向受力狀態(tài)。如框架梁、柱既受到柱軸向力作用，又受到彎距和剪力的作用，形成壓彎、彎剪以及彎剪扭和壓彎剪扭等構件。雙軸應力狀態(tài)雙向受拉，影響不大雙向拉壓，拉壓強度均不超過其相應單軸強度。且均隨另一方向拉應力或壓應力的增加而減小。雙向壓壓區(qū)，一向強度隨另一向壓力的增加而增加，雙向受壓強度比單軸強度最多提高27%。BiaxialStressState

構件受剪或受扭時常遇到剪應力t和正應力s共同作用下的復合受力情況?；炷恋目辜魪姸龋弘S拉應力增大而減小,隨壓應力增大而增大當壓應力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大，壓應力繼續(xù)增大，則由于內裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小。ssttsstt由于剪應力的存在，抗拉、抗壓強度均低于單軸抗拉、單軸抗壓強度。三軸應力狀態(tài)三軸應力狀態(tài)有多種組合，實際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三向受壓時，混凝土一向的抗壓強度隨另兩向壓應力的增加而增加。TriaxialStressState二、混凝土的變形Deformation變形是混凝土的一個重要力學性能?；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加載作用下產生的變形。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

混凝土單軸受力時的應力-應變關系（

s

－e

）反映了混凝土受力全過程的重要力學特征，是分析混凝土構件應力、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。（1）

混凝土受壓時的應力應變關系Stress-strainRelationship

我國常采用棱柱體試件來測定s

－

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。在普通試驗機上采用等應力速度加載，達到軸心抗壓強度fc時，試驗機中集聚的彈性應變能會導致試件產生突然脆性破壞，只能測得曲線的上升段。采用伺服試驗機按等應變速度加載，或在試件旁附設高彈性元件協(xié)同受壓，以吸收試驗機內所積蓄的應變能，防止試驗機頭回彈的沖擊引起試件突然破壞，可以測得應力-應變曲線的下降段。02468102030s(MPa)e×10-3A比例極限B臨界點C峰點D拐點E收斂點上升段下降段上升段OA段－加載至(0.3~0.4)fc，變形主要是骨料和水泥結晶體受力產生的彈性變形。應力應變關系接近直線。AB段－裂縫穩(wěn)定擴展階段，B點的應力可以作為長期抗壓強度的依據(jù)。BC段－不穩(wěn)定裂縫擴展階段，C點的應力為棱柱體的抗壓強度fc，相應的應變稱為峰值應變，一般在0.002附近。下降段CE是混凝土達到峰值應力后裂縫繼續(xù)擴展、貫通。C點后，裂縫迅速擴展，內部結構的整體受到嚴重破壞，賴以傳遞荷載的傳力路線不斷減少，應力強度不斷下降，曲線先下彎，直到凹向發(fā)生改變，出現(xiàn)拐點D。D點后，只靠骨料間的咬合力和摩擦力與殘余承載面承受荷載。收斂點E是曲線中曲率最大的一點，E開始以后的曲線稱為收斂段。不同強度混凝土的應力-應變關系曲線強度等級越高，上升段和峰值應變的變化不顯著，但，下降段的形狀有較大的差異，強度越高，下降段越陡，即延性越差。（2）應力應變曲線的數(shù)學模型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.《混凝土設計規(guī)范》模型上升段：下降段：混凝土在重復荷載下的應力-應變曲線

1、由于混凝土是彈塑性材料，初次卸載為零時，出現(xiàn)不可恢復的塑性應變，因此在加卸載過程中，混凝土的應力應變曲線形成一個環(huán)狀?；脽羝?62、隨著加卸載重復次數(shù)的增加，殘余應變逐漸減小，一般重復5～10次后，加載和卸載的應力應變曲線就會越來越閉合并接近一條直線，此時混凝土如同彈性體一樣工作。實驗表明，這條曲線與一次短期加載時的曲線在原點的切線基本平行。

3、應力超過某一限值，則經過多次循環(huán)，應力應變關系成為直線后，又會很快重新變彎且越來越大，試件很快破壞。這個限值也就是材料能夠抵抗周期重復荷載的疲勞強度?！羝趶姸?/p>

混凝土的疲勞強度由疲勞試驗測定。采用100mm×100mm×300mm或著150mm×150mm×450mm的棱柱體，把棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度?！粲绊懸蛩厥┘雍奢d時的應力大小是影響應力-應變曲線不同的發(fā)展和變化的關鍵因素，即混凝土的疲勞強度與重復作用時應力變化的幅度有關。在相同的重復次數(shù)下，疲勞強度隨著疲勞應力比值的增大而增大。三混凝土的彈性模量1、初始彈性模量：對于混凝土短期一次加載受壓應力應變曲線，當應力很小時，應力應變曲線為一直線。通過原點的切線的斜率可認為是混凝土“真正的”彈性模量，稱之為初始彈性模量。但它不易從實驗中測出?；脽羝?72、割線彈性模量：當應力不大時，應力應變關系近似于直線，彈性模量可以用應力除以相應的應變表示，即為割線彈性模量。在此，應力一般取為0.3倍的棱柱體軸心抗壓強度?；脽羝?73、切線彈模：利用多次重復加載卸載后的應力應變關系趨于直線的性質來求彈性模量，即加載至0.4倍的棱柱體軸心抗壓強度，然后卸載至零，重復加卸載5次，應力應變曲線漸趨穩(wěn)定并接近于一直線，該直線的正切即為混凝土的彈性模量幻燈片384、中國建筑科學研究院提出的經驗公式幻燈片38（4）混凝土的模量彈性模量（原點模量）ElasticModulusseE’’c=tana2切線模量TangentModulusseE’c=tana1割線模量(變形模量）SecantModulus彈性模量測定方法se0.4fc5次標準尺寸的棱柱體試件（150mm×150mm×300mm)，加載至0.4fc，然后卸載至0，重復加卸載5次。應力－應變曲線穩(wěn)定為直線的斜率即為彈性模量。中國建筑科學研究院提出的經驗公式僅用強度fcu表示，是不確切的，其彈性模量量值往往偏低，誤差有時可達20%，但總的說來，基本可滿足工程上的計算要求。當應力較大時的混凝土的應力應變之比稱為變形模量，常用E`c表示，與彈性模量的關系可用彈性系數(shù)v來表示：E`c=vEcV是小于1的變數(shù)，隨應力的增大，v值逐漸減小。四混凝土的極限變形混凝土的受壓極限變形除與混凝土本身性質有關外，還與實驗方法有關。因此混凝土的實測值可以在很大范圍內變化：極限變形隨加速度增大而減小，減小而增大；極限變形隨外偏心距的增大而增大等五.荷載長期作用下混凝土的變形性能－徐變Creep

混凝土在荷載的長期作用下，應力不變，其變形隨時間不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變?；脽羝?4

徐變對混凝土結構和構件的工作性能有很大影響。不利之處：徐變會使結構（構件）的（撓度）變形增大，引起預應力損失，在長期高應力作用下，甚至會導致破壞。有利之處：徐變有利于結構構件產生內（應）力重分布，降低結構的受力，減小大體積混凝土的溫度應力。徐變產生的原因有兩個：一是水泥石中的凝膠體發(fā)生粘性流動時產生的（在應力較小時）；二是混凝土內部的微裂縫在荷載長期作用下不斷發(fā)展和增加，從而導致變形增加（）

影響徐變的因素：a.

應力大?。瓚υ酱笮熳円苍酱螅划攽^小時，徐變與應力成正比，稱為線形徐變，應力較大時，徐變變形比應力增長要快，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)護條件－特別是養(yǎng)護時的溫度和濕度對徐變有重要影響，養(yǎng)護時溫度高、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－骨料越堅硬，彈性模量越高，對水泥石徐變的約束作用越大，混凝土徐變越小；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.

構件的形狀、尺寸－大尺寸試件內部失水受到限制，徐變減小。

混凝土因溫度和濕度的變化引起的體積變化稱為溫度變形和干濕變形。3.混凝土的溫度變形和干濕變形溫度變形

1、溫度變形受到約束時，產生的溫度應力對水工混凝土危害性極大。有時僅溫度應力就可能形成貫穿性裂縫，進而導致滲漏、鋼筋銹蝕、整體性下降，使結構承載力和混凝土的耐久性顯著降低。大體積混凝土結構常需要計算溫度應力?；炷羶炔康臏囟茸兓Q于混凝土的澆筑溫度、水泥結硬過程中產生的水化熱引起的溫升以及外界介質的溫度變化。

干濕變形1、混凝土失水硬化時會產生收縮（干縮），已經干燥的混凝土在置于水中，混凝土又會發(fā)生膨脹（濕脹）。2、濕脹在結構中常產生有利的影響，所以在設計中一般不予考慮。3、當干縮變形不受約束時，則混凝土的干縮只是引起構件的縮短而不會導致干縮裂縫。4、但當這種自發(fā)的干縮變形受到外部（支座）或內部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產生拉應力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預應力混凝土構件產生預應力損失?！舾煽s變形的影響因素

混凝土的收縮受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質、水泥性質、混凝土澆筑質量及養(yǎng)護條件等許多因素有關。（1）水泥的品種：水泥強度等級越高，制成的混凝土收縮越大。（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3）骨料的性質：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。（4）養(yǎng)護條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。（5）混凝土制作方法：混凝土越密實，收縮越小。（6）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。（7）構件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。第三節(jié)鋼筋與混凝土的粘結Bond一．鋼筋與混凝土之間的粘結力鋼筋與混凝土之間的粘結是鋼筋和混凝土形成整體、共同受力的基礎和基本前提。Pd自由端加載端套管1005d2~3dtbtb(ss-Dss)AsssAs光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結機理。光圓鋼筋與混凝土的粘結作用主要由三部分組成：a.

鋼筋與混凝土中的水泥凝膠體間的化學吸附作用力（膠著力）；來自澆注時水泥漿體對鋼筋表面氧化層的滲透以及水化過