1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料

1.1鋼筋的品種和力學性能1.1.1.鋼筋的品種

按化學成分區(qū)分低碳鋼：（含碳量<0.25%）強度低、塑性好中碳鋼：（0.25%≤含碳量≤0.6%）高碳鋼：（含碳量>0.6%）強度高、塑性差低合金鋼：碳素鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素而成，強度高、塑性好第1章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學性能按外形區(qū)分光圓鋼筋帶肋（變形）鋼筋月牙肋等高肋熱軋鋼筋（普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）：由低碳鋼、普通低合金鋼或細晶粒鋼在高溫下軋制而成。按其強度不同分為：HPB300、HRB335（HRBF335）、HRB400（HRBF400、RRB400）、HRB500（HRBF500）。預(yù)應(yīng)力鋼筋（預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）：鋼絲、鋼絞線、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋1.1.2.鋼筋的力學性能

1.1.2.1軟鋼的力學性能

a為比例極限

cd為強化段b為屈服強度

fybc為屈服臺階d為抗拉強度軟鋼：有明顯屈服點的鋼筋，如熱軋鋼筋。HPB300鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

e對應(yīng)橫坐標為伸長率屈服強度：是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)伸長率：鋼筋拉斷時應(yīng)變，反映鋼筋塑性性能的指標。伸長率大的鋼筋，延性較好。

含碳量越高，屈服強度和抗拉強度越高，伸長率越小，流幅縮短。1.1.2.2硬鋼的力學性能

硬鋼：沒有明顯屈服點的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、螺紋鋼筋、鋼棒

協(xié)定流限：強度設(shè)計指標，指經(jīng)加載及卸載后尚存有0.2%永久殘余變形時的應(yīng)力，用σ0.2表示。σ0.2一般相當于抗拉強度的70%~90%。硬鋼強度高，但塑性差，脆性大。

σε比例極限1.1.2.3鋼筋的疲勞強度鋼筋的疲勞強度與應(yīng)力特性有關(guān)，為重復(fù)荷載作用時鋼筋受到的最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值。越小，越低。

1.1.2.4鋼筋的彈性模量鋼筋在彈性階段的應(yīng)力應(yīng)變的比值，稱為彈性模量

。1.1.3混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求鋼筋的強度鋼筋的塑性

鋼筋的可焊性

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力

1.2混凝土的物理力學性能

1.2.1混凝土的強度1.2.1.1砼立方體抗壓強度fcu與強度等級砼結(jié)構(gòu)主要利用其抗壓強度，因此抗壓強度是最主要和最基本的指標。標準立方體強度：標準立方體試件測得的抗壓強度，用fcu表示。砼強度等級：邊長150mm立方體，溫度為20±3℃、相對濕度不小于90%的條件下養(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標準值fcuk作為砼的強度等級，以符號C表示，單位為N/mm2。水利水電工程用砼分10個強度等級，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60，級差為5N/mm2。1.2.1.2軸心抗壓強度fc150mm×150mm×300mm的棱柱體試件測定，fc表示，較接近實際構(gòu)件中砼的受壓情況。fc<fcu考慮到實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件與試件制作及養(yǎng)護條件的差異、尺寸效應(yīng)及加荷速度等因素的影響，規(guī)范偏安全地?。?.2.1.3軸心抗拉強度ft混凝土軸心抗拉強度遠低于立方體抗壓強度，僅相當于的1/9～1/18，當混凝土強度等級越高時，

的比值越低。國內(nèi)外也常用劈裂法測定混凝土的抗拉強度。（1）雙向受壓時（Ⅰ區(qū)），一向抗壓強度隨另一向壓應(yīng)力的增加而增加。（2）雙向受拉時（Ⅱ區(qū)），雙向受拉時的混凝土抗拉強度與單向受拉強度基本一樣。（3）一向受拉一向受壓時（Ⅲ區(qū)），混凝土的抗拉強度隨另一向的壓應(yīng)力的增加而降低。

實際結(jié)構(gòu)中，砼很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。1.2.1.4復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的砼強度構(gòu)件受剪或受扭時常遇到剪應(yīng)力t和正應(yīng)力s共同作用下的復(fù)合受力情況。砼的抗剪強度：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，內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度隨壓應(yīng)力的增大而減小。1.2.2混凝土的變形

外荷載作用產(chǎn)生的受力變形,溫度和干濕變化引起的體積變形。1.2.2.1砼在一次短期加載時的應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線中最大應(yīng)力值fc與其相應(yīng)的應(yīng)變值

，以及破壞時的極限壓應(yīng)變（E點）是曲線的三大特征。極限壓應(yīng)變越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性（指構(gòu)件最終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力）越好。隨著混凝土強度的提高，曲線上升段和峰值應(yīng)變的變化不是很顯著，而下降段形狀有較大的差異。強度越高，下降段越陡，材料的延性越差應(yīng)力不大，重復(fù)5～10次后，加載和卸載的應(yīng)力—應(yīng)變曲線合并接近一直線，同彈性體一樣工作。應(yīng)力超過某一限值，經(jīng)多次循環(huán)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系成為直線后，重新變彎，試件很快破壞。該限值為砼的疲勞強度1.2.2.2混凝土在重復(fù)載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線1.2.2.3混凝土的彈性模量

目前規(guī)范采用的彈性模量是利用多次重復(fù)加載卸載后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系趨于直線的性質(zhì)來確定的。該公式被現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用，按上式計算的值列于本教材附錄2表2。混凝土的變形模量：實際上常采用原點與某點連線（即割線）的斜率，即該點的應(yīng)力與應(yīng)變之比作為混凝土的變形模量，也稱為割線模量混凝土的剪切模量，目前還不易通過試驗得出，由彈性理論求得均勻受壓的εcu計算取為0.002。偏心受壓邊緣的εcu大多在0.0025～0.005范圍內(nèi)，計算取為0.003。受拉極限應(yīng)變εtu比受壓極限應(yīng)變小得多，計算時一般取為0.0001。1.2.2.4砼的極限變形

混凝土在荷載長期持續(xù)作用下，應(yīng)力不變，變形也會隨著時間而增長。這種現(xiàn)象，稱為混凝土的徐變。徐變與塑性變形不同。塑性變形主要是混凝土中結(jié)合面裂縫的擴展延伸引起的，只有當應(yīng)力超過了材料的彈性極限后才發(fā)生，而且是不可恢復(fù)的。徐變不僅部分可恢復(fù)，而且在較小的應(yīng)力時就能發(fā)生。1.2.2.5混凝土在長期荷載作用下的變形—徐變

產(chǎn)生徐變的原因：1.是因為混凝土受力后，水泥石中的凝膠體產(chǎn)生的粘性流動（顆粒間的相對滑動）要延續(xù)一個很長的時間，因此沿混凝土的受力方向會繼續(xù)發(fā)生隨時間而增長的變形。2.另一原因是混凝土內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下不斷發(fā)展和增加，從而導(dǎo)致變形的增加。在應(yīng)力較小時，徐變以第一種原因為主；應(yīng)力較大時，以第二種原因為主。試驗表明，徐變與下列因素有關(guān)：（1）水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大。當水灰比在0.4~0.6范圍變化時，單位應(yīng)力作用下的徐變與水灰比成正比；（2）增加混凝土骨料的含量，徐變減小。當骨料的含量由60%增大到75%時，徐變將減小50%；（3）養(yǎng)護條件好，水泥水化作用充分，徐變就??；（4）構(gòu)件加載前混凝土的強度越高，徐變就越小?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬時體積減小的現(xiàn)象稱為收縮?；炷恋氖湛s對鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生十分有害的影響。試驗表明，混凝土的收縮與下列一些因素有關(guān)：（1）水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大；（2）強度高的水泥制成的混凝土構(gòu)件收縮大；（3）骨料的彈性模量大，收縮??；（4）在結(jié)硬過程中養(yǎng)護條件好，收縮??；（5）混凝土振搗密實，收縮?。?6)使用環(huán)境濕度大，收縮小1.2.2.6混凝土的收縮

鋼筋與砼間具有足夠的粘結(jié)。通過鋼筋與砼界面的粘結(jié)應(yīng)力，可以實現(xiàn)鋼筋與砼之間的應(yīng)力傳遞，從而使兩種材料可以結(jié)合在一起共同工作。粘結(jié)應(yīng)力通常是指鋼筋與砼界面間的剪應(yīng)力。

1.3鋼筋與砼的粘結(jié)1.3.1鋼筋與砼之間的粘結(jié)力

拔出試驗粘結(jié)應(yīng)力

★光面鋼筋的粘結(jié)力由三部分組成：水泥凝膠體