混凝土結(jié)構(gòu)材料及力學(xué)性能-鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)

2024/3/13.2鋼筋本節(jié)教學(xué)要求

1．熟悉鋼筋的力學(xué)性能及其影響因素；

2．了解鋼筋品種、形式和規(guī)格；理解鋼筋的選用規(guī)定；

3．明確鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求；4．掌握鋼筋設(shè)計指標(biāo)及查用方法2024/3/13.2.1鋼筋的種類分為熱軋鋼筋、中高強鋼絲、鋼絞線和冷加工鋼筋等。預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。2024/3/1現(xiàn)行《混凝土規(guī)范》規(guī)定，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用的鋼筋為熱軋鋼筋。熱軋鋼筋是由低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成，按強度不同可分為以下幾種級別：①HPB300級；②HRB335級，HRBF335級；③HRB400級,

HRBF400級，RRB400級，；④HRB500級，HRBF500級。

2024/3/1圖3.9鋼筋的形式2024/3/13.2.2鋼筋的力學(xué)性能1．鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線鋼筋按其力學(xué)性能的不同，可分為有明顯屈服點的鋼筋和沒有明顯屈服點的鋼筋兩大類。如圖3.10所示是有明顯屈服點的鋼筋通過拉伸試驗得到的典型的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線。無明顯屈服點的硬鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖3.11所示2024/3/1圖3.10有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/3/1圖3.11無明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/3/1由圖3.10可見，在曲線到達

點之前，應(yīng)力σ與應(yīng)變ε的比值為常數(shù)，其關(guān)系符合虎克定律，

點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限；曲線到達

點后，鋼筋開始進入屈服階段，該點稱為屈服上限，

點稱為屈服下限，屈服上限為開始進入屈服階段時的應(yīng)力，呈不穩(wěn)定狀態(tài)；到達屈服下限時，應(yīng)變增長，應(yīng)力基本不變，比較穩(wěn)定，所對應(yīng)的鋼筋應(yīng)力則稱為“屈服強度”。此后應(yīng)力基本不增加而應(yīng)變急劇增長，曲線大致呈水平狀態(tài)到

點，

點到

點的水平距離稱為屈服臺階；過

點以后，曲線又開始上升，即應(yīng)力又隨應(yīng)變的增加而增加，直至達到最高點

，此階段稱為強化階段，

點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限抗拉強度

。過

點后，鋼筋的薄弱處斷面顯著縮小，試件出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，當(dāng)達到

點時，試件被拉斷。2024/3/1在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算時，對于有明顯屈服點的鋼筋，取其屈服強度作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度指標(biāo)。各種級別鋼筋的屈服強度標(biāo)準值見表3.4。圖3.11所示為硬鋼,對于無明顯屈服點的鋼筋，設(shè)計時一般取經(jīng)過加載和卸載后永久殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力值作為強度設(shè)計指標(biāo)，稱為“條件屈服強度”，以

σ0.2表示，其值相當(dāng)于極限抗拉強度

σp的0.85倍。2024/3/1

2．鋼筋的塑性性能鋼筋除了要有足夠的強度外，還應(yīng)具有一定的塑性變形能力。伸長率和冷彎性能是反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)。伸長率是指規(guī)定標(biāo)距(如l1＝5d或l1＝10d，d為鋼筋直徑)鋼筋試件作拉伸試驗時，拉斷后的伸長值與拉伸前的原長之比，以d

5、d

10表示。式中d——伸長率(％)；

l1——試件受力前的標(biāo)距長度；

l2——試件拉斷后的標(biāo)距長度。(3-87)2024/3/1

冷彎是將鋼筋圍繞規(guī)定直徑(D＝1d或D＝3d，d為鋼筋直徑)的輥軸進行彎曲，要求彎到規(guī)定的冷彎角度α(180o或90o)時，鋼筋的表面不出現(xiàn)裂縫、起皮或斷裂(如圖3.12所示)。冷彎試驗是檢驗鋼筋韌性和材質(zhì)均勻性的有效手段，可以間接反映鋼筋的塑性性能和內(nèi)在質(zhì)量。2024/3/1圖3.12鋼筋的冷彎試驗a—冷彎角度；D—輥軸直徑；d—鋼筋直徑2024/3/13.2.3鋼筋的設(shè)計指標(biāo)《混凝土規(guī)范》規(guī)定，鋼筋的強度標(biāo)準值應(yīng)具有不小于95％的保證率。熱軋鋼筋的強度標(biāo)準值根據(jù)屈服強度確定；預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強度標(biāo)準值根據(jù)極限抗拉強度確定。普通鋼筋的強度標(biāo)準值、強度設(shè)計值和鋼筋的彈性模量按表3.4采用；預(yù)應(yīng)力鋼筋的強度標(biāo)準值、強度設(shè)計值和鋼筋的彈性模量按表3.5采用。2024/3/1表3.4鋼筋強度標(biāo)準值、設(shè)計值和彈性模量/(N/mm2)種類符號公稱直徑(mm)抗拉強度設(shè)計值

抗壓強度設(shè)計值

屈服強度標(biāo)準值

彈性模量

HPB3006～222702703002.1×105HRB3356～503003003352.0×105HRBF335HRB4006～503603604002.0×105HRBF400RRB400HRB5006～504354105002.0×105HRBF500種

類符號公稱直徑d(mm)極限強度標(biāo)準值fptk抗拉強度設(shè)計值fpy抗壓強度設(shè)計值f'py彈性模量Es鋼絞線1×3(三股)8.6、10.8、12.9157011103901.95×10518601320196013901×7(七股)9.5、12.7、15.2、7.817201220390186013201960139021.618601320消除應(yīng)力鋼絲光

面螺旋肋5157011104102.05×1051860132071570111091470104041015701110中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲光面螺紋肋5、7、98005104102.05×1059706501270810預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋螺紋18、25、32、40、509806504102.0×105108077012309002024/3/1表3.5預(yù)應(yīng)力鋼筋強度標(biāo)準值、設(shè)計值和彈性模量/N/mm22024/3/13.2.4混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的性能要求主要是：

(1)鋼筋的強度高

(2)鋼筋的塑性好。

(3)具有良好的可焊性。

(4)保證鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力2024/3/13.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)2024/3/13.3.1粘結(jié)作用及產(chǎn)生原因

鋼筋與混凝土這兩種力學(xué)性能完全不同的材料之所以能夠在一起共同工作，除了二者具有相近的溫度線膨脹系數(shù)及混凝土對鋼筋具有保護作用以外，主要是由于在鋼筋與混凝土之間的接觸面上存在良好的粘結(jié)力。2024/3/1

試驗表明，鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生粘結(jié)作用主要有以下三方面原因：(1)化學(xué)膠結(jié)力。(2)摩擦力。(3)機械咬合力。在這三種粘結(jié)力中化學(xué)膠結(jié)力一般很小，光面鋼筋的粘結(jié)力以摩擦力為主，變形鋼筋則以機械咬合力為主。2024/3/13.3.2粘結(jié)強度及影響因素影響鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的主要因素有：

(1)混凝土的強度。

(2)鋼筋的外觀特征。(3)保護層厚度及鋼筋的凈距。(4)澆筑位置。(5)橫向配筋及橫向壓力。2024/3/13.3.3保證粘結(jié)強度的措施

為使鋼筋與混凝土之間有足夠的粘結(jié)作用，我國設(shè)計規(guī)范是采用規(guī)定的混凝土保護層厚度、鋼筋的凈距、錨固長度和鋼筋的搭接長度等構(gòu)造措施來保證的，在設(shè)計和施工時必須嚴格遵守相應(yīng)的規(guī)定。

1．鋼筋的錨固長度

2024/3/1

受拉鋼筋的錨固長度又稱為基本錨固長度，以lab表示。當(dāng)在計算中充分利用鋼筋的抗拉強度時，受拉鋼筋的基本錨固長度lab按下式計算：(3-8)

式中l(wèi)ab——受拉鋼筋的錨固長度；

fy——鋼筋抗拉強度設(shè)計值；

ft——混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值，當(dāng)混凝土強度等級高于C60時，按C60取用；

d——鋼筋的公稱直徑；

α——鋼筋的外形系數(shù)，按表3.6取用2024/3/1表3.6鋼筋的外形系數(shù)a鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線α0.160.140.130.160.17

注：光面鋼筋系指HPB300級鋼筋，其末端應(yīng)做180o彎鉤，彎后平直段長度不應(yīng)小于3d，但作為受壓鋼筋時可不做彎鉤。

計算依據(jù)公式(3-8)計算的受拉鋼筋的基本錨固長度lab參見表3.7。2024/3/1表3.7基本錨固長度lab

注：

1．表中的d代表鋼筋的公稱直徑；2．環(huán)氧樹脂涂層鋼筋取值考慮了1.25倍的ζa系數(shù)，按式(3-9)計算la時

不需重復(fù)考慮；3．本表取值適用于帶肋鋼筋的公稱直徑不大于25mm的情況。鋼筋種類混凝土強度等級C20C25C30C35C40C45C50C55C60HPB300普通鋼筋39d34d30d28d25d24d23d22d21dHRB335普通鋼筋38d33d29d27d25d23d22d21d21dHRBF335環(huán)氧樹脂涂層鋼筋48d41d36d34d31d29d28d27d26dHRB400HRBF400RRB400普通鋼筋—40d35d32d30d28d27d26d25d環(huán)氧樹脂涂層鋼筋—50d44d40d38d35d34d33d32dHRB500普通鋼筋—48d43d39d36d34d32d31d30dHRBF500環(huán)氧樹脂涂層鋼筋—60d54d49d45d42d40d39d38d2024/3/1受拉鋼筋的錨固長度應(yīng)根據(jù)錨固條件按下列公式計算，且不應(yīng)小于200mm：

la＝

ζalab (3-9)式中

la——受拉鋼筋的錨固長度；ζa——錨固長度修正系數(shù)，當(dāng)多于一項時可按連乘計算，但不應(yīng)

小于0.6，不同情況按下列規(guī)定取用：

2024/3/1

為減小鋼筋的錨固長度，可在縱向受拉鋼筋的末端采用如圖3.13所示的彎鉤或機械錨固措施，采用彎鉤或機械錨固措施后的錨固長度(包括附加錨固端頭在內(nèi))可取基本錨固長度lab的0.6倍。圖3.13鋼筋附加機械錨固形式及構(gòu)造要求2024/3/1

當(dāng)計算中充分利用鋼筋的抗壓強度時，受壓鋼筋的錨固長度不應(yīng)小于受拉鋼筋錨固長度的0.7倍，附加機械錨固措施不得用于受壓鋼筋。按上述規(guī)定計算的縱向受拉鋼筋、受壓鋼筋的最小錨固長度見表3.7。

2．鋼筋的搭接長度

《混凝土規(guī)范》規(guī)定，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；其他構(gòu)件中的鋼筋采用綁扎搭接時，受拉鋼筋直徑不宜大于25mm，受壓鋼筋直徑不宜大于28mm。202