第五章 混凝土结构1

1、孝感学院城建学院孝感学院城建学院土木建筑工程系结构教研室土木建筑工程系结构教研室热轧钢筋（热轧钢筋（白白冷拉钢筋冷拉钢筋 （冷拉硬化（冷拉硬化 ）热处理钢筋热处理钢筋（淬火和回火）（淬火和回火）冷轧钢筋（冷轧钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋；经冷轧加工而成冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋；经冷轧加工而成）冷拔低碳冷拔低碳 (经穿孔冷拔而成）经穿孔冷拔而成）消除应力钢丝消除应力钢丝（经矫直回火处理）（经矫直回火处理）钢绞线钢绞线（高强度钢丝顺一个方向均匀盘绞而成）（高强度钢丝顺一个方向均匀盘绞而成）钢筋按加工钢筋按加工方法不同分类方法不同分类钢筋的种类钢筋的种类5.15.1钢筋和混凝土的力学性能钢筋和混凝

2、土的力学性能钢筋按在结构中是钢筋按在结构中是否施加预应力分类否施加预应力分类普通钢筋普通钢筋钢丝钢丝钢筋按外形分类钢筋按外形分类光面钢筋光面钢筋变形钢筋变形钢筋 1）普通钢筋普通钢筋 普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。力混凝土结构中的非预应力钢筋。 用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400和和RRB400四个四个 级别。级别。 HPB235级钢筋：光圆钢筋，公称直径范围为级钢筋：光圆钢筋，公称直径范围为820mm，推荐直径为，推荐直径为8、10、12、

3、16、20mm。实际工程。实际工程中只用作中只用作板、基础和荷载不大的梁、柱板、基础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍筋的受力主筋、箍筋以及其他构造钢筋。以及其他构造钢筋。 HRB335级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为650mm，推荐直径为，推荐直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40和和50mm。是混凝土结构的辅助钢筋，实际工程中也主。是混凝土结构的辅助钢筋，实际工程中也主要用作结构构件中的受力主筋。要用作结构构件中的受力主筋。HPBHot rolled Plain Steel Bars热轧光圆钢筋；热轧光圆钢筋；HRBHot rolled R

4、ibbed Steel Bars热轧带肋钢筋；热轧带肋钢筋；RRBRemained heat treatment Ribbed Steel Bars余热处理带肋钢筋。余热处理带肋钢筋。 HRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围和推荐直级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围和推荐直径同径同HRB335钢筋。是混凝土结构的主导钢筋，实际工程钢筋。是混凝土结构的主导钢筋，实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋。中主要用作结构构件中的受力主筋。 RRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为840mm，推荐直径为，推荐直径为8、10、12、16、20、25、32和和40

5、mm。强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均。强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差，其应用受到一定限制。较差，其应用受到一定限制。 2 2）预应力钢筋）预应力钢筋 预应力钢筋应预应力钢筋应优先采用钢绞线和钢丝优先采用钢绞线和钢丝，也可采用热处，也可采用热处理钢筋。理钢筋。 钢绞线：由多根高强钢丝绞织在一起而形成的，有钢绞线：由多根高强钢丝绞织在一起而形成的，有3 3股和股和7 7股两种，股两种， 多用于后张法大型构件。多用于后张法大型构件。 热处理钢筋：包括热处理钢筋：包括40Si2Mn40Si2Mn、48Si2Mn48Si2Mn及及45Si2Cr45Si2Cr几种牌号，几种牌号

6、，它们都以盘条形式供应，无需焊接、冷拉，施工方便。它们都以盘条形式供应，无需焊接、冷拉，施工方便。预应力钢丝外形有预应力钢丝外形有光面光面、螺旋肋螺旋肋、三面刻痕三面刻痕三种。三种。 三面刻痕钢丝外形图三面刻痕钢丝外形图预应力螺旋肋钢丝外形图预应力螺旋肋钢丝外形图预应力钢筋强度标准值（N/mm2）种 类fptk消除应力钢丝螺旋肋钢丝491470157016701770刻痕钢丝5、714701570二股d=10.0d=12.01720三股d=10.8d=12.91720钢绞线七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.21860186018601860，1820，1720热处理钢筋40Si2

7、Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)14701、 钢绞线直径 d 系指钢绞线外接圆直径2、 各种直径、钢丝、钢绞线的截面积见附录钢种和钢号钢种和钢号 建筑工程常用碳素结构钢和低合金高强度结构钢建筑工程常用碳素结构钢和低合金高强度结构钢 1 1）碳素结构钢）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号：碳素结构钢的牌号：质量等级代号：质量等级代号：A、B、C、D屈服点数值（屈服点数值（N/mm2）：）： 195、215、235、255、275钢材屈服点代号：钢材屈服点代号：Q脱氧程度代号：脱氧程度代号：F、b、Z、TZ，其中，其中Z、TZ可以省略可以省略 碳素结构钢牌号举例：碳素

8、结构钢牌号举例：Q235A 2 2）低合金高强度结构钢）低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢的牌号：低合金高强度结构钢的牌号： 质量等级代号：质量等级代号：A、B、C、D、E 屈服点数值（屈服点数值（N/mm2）：）：295、345、390、420、460 钢材屈服点代号：钢材屈服点代号：Q注：低合金高强度结构钢的注：低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢，级属于镇静钢， C、D、E级属于特殊镇静钢。级属于特殊镇静钢。钢筋的强度标准值和强度设计值钢筋的强度标准值和强度设计值 强度标准值强度标准值除以除以材料分项系数即为材料强度设计值材料分项系数即为材料强度设计值 钢筋的材料分项系数钢筋的材料

9、分项系数s热轧钢筋热轧钢筋1.101.10，预应力钢筋，预应力钢筋1.201.20。 混凝土结构对钢筋的要求混凝土结构对钢筋的要求 应具有较高的强度和良好的塑性；应具有较高的强度和良好的塑性； 便于加工和焊接；便于加工和焊接； 并应与混凝土之间具有足够的粘接力。并应与混凝土之间具有足够的粘接力。混凝土结构的配筋混凝土结构的配筋混凝土结构中的钢筋分为混凝土结构中的钢筋分为：1）受力钢筋受力钢筋：纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋；：纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋；2）构造钢筋构造钢筋：架立钢筋、分布钢筋。：架立钢筋、分布钢筋。纵向受力筋的面积和纵向受力筋的面积和根数根数按承受弯矩的需要经计算配置，同时满

10、足混凝土构造要求。箍筋和弯起筋箍筋和弯起筋按承受剪力的需要经计算配置，弯起筋由纵向受力筋弯起后形成的。架立筋架立筋按构造需要配置，无需计算，作用与其余钢筋组成钢筋骨架，并承受温度应力和收缩应力。梁：受力钢筋受力钢筋根据承根据承受的弯矩经计算配置；受的弯矩经计算配置；分布钢筋分布钢筋沿垂直沿垂直于受力钢筋的方向按构于受力钢筋的方向按构造布置于受力钢筋的内造布置于受力钢筋的内侧。侧。分布钢筋的作用分布钢筋的作用1）固定板中的受力钢筋，浇筑混凝土时能保持设计位置；）固定板中的受力钢筋，浇筑混凝土时能保持设计位置；2）把楼面上的局部荷载较均匀地分布到受力钢筋，改善板的）把楼面上的局部荷载较均匀地分布到

11、受力钢筋，改善板的受力；受力；3）承担由于温度变化和混凝土收缩引起的内力；）承担由于温度变化和混凝土收缩引起的内力；4）四边支承的单向板可以承担长边方向实际存在的弯矩。）四边支承的单向板可以承担长边方向实际存在的弯矩。板板：箍筋主要用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主箍筋主要用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，并通过绑扎或焊接把其他钢筋联系在一拉应力，并通过绑扎或焊接把其他钢筋联系在一起，形成空间骨架。起，形成空间骨架。 箍筋箍筋箍筋的形式箍筋的形式可分为可分为开口式开口式和和封闭式封闭式两种两种 柱柱受力钢筋受力钢筋：与混凝土共同承担纵向压力及弯矩。：与混凝土共同承担纵向压力及弯矩。箍筋

12、箍筋：防止纵向钢筋压屈，并与纵筋一起组成钢筋骨防止纵向钢筋压屈，并与纵筋一起组成钢筋骨 架，还承受剪力。架，还承受剪力。墙墙竖向受力钢筋竖向受力钢筋竖向和水平分布钢筋竖向和水平分布钢筋拉筋拉筋箍筋箍筋混凝土保护层混凝土保护层 主要作用，一是保护钢筋不致锈蚀，保证结构的耐久性；主要作用，一是保护钢筋不致锈蚀，保证结构的耐久性；二是保证钢筋与混凝土间的粘结；三是在火灾等情况下，二是保证钢筋与混凝土间的粘结；三是在火灾等情况下，避免钢筋过早软化。避免钢筋过早软化。 实际工程中，一类环境中梁、板的混凝土保护层厚度一般取为：混凝土强度实际工程中，一类环境中梁、板的混凝土保护层厚度一般取为：混凝土强度等级

13、等级C20C20时，梁时，梁30mm30mm，板，板20mm20mm；混凝土强度等级；混凝土强度等级C25C25时，梁时，梁25mm25mm，板板15mm15mm。当梁、柱中纵向受力钢筋的砼保护层厚度大于。当梁、柱中纵向受力钢筋的砼保护层厚度大于40mm40mm时，应对保时，应对保护层采取有效的防裂构造措施护层采取有效的防裂构造措施 混凝土混凝土 是按一定比例的水泥、是按一定比例的水泥、砂、石和水，经砂、石和水，经拌合拌合、浇筑浇筑、振捣振捣、养护养护、逐步凝固硬化形成的逐步凝固硬化形成的人造石材。人造石材。商品混凝土运输和浇筑设备商品混凝土运输和浇筑设备三大强度：立方抗压强度fcu轴心抗压强

14、度 fc轴心抗拉强度ft 1 1、砼、砼立方体抗压立方体抗压强度（强度（f fcucu） 试块尺寸：试块尺寸：150150150150150mm150mm3 3养护时间：养护时间：2828天天养护条件：温度养护条件：温度202033，相对湿度，相对湿度90%90%加荷速度：每秒加荷速度：每秒0.30.8N/mm0.30.8N/mm2 2 混凝土按立方体抗压强度的标准值（fcu,k）的大小，分为14等级，它们是C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效应，

15、工程中常采用这种方法。应，工程中常采用这种方法。（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力小，测得的抗压强度小，工程中一般不采小，测得的抗压强度小，工程中一般不采用。用。立方体混凝土试块立方体混凝土试块 选用要求C10 可作基础垫层； C15 构件最低强度等级；C20 HRB335级钢筋要求的最低强度等级；C30 预应力砼结构要求的最低强度等级；C40 采用钢铰线、钢丝、热处理钢筋的预应力砼结构要求的最低强度等级； 工程常用C20C40，C45及以上一般要用碎石。 2 2、砼轴心抗压强度（、砼轴心抗压强度（fcfc）试块尺寸：）试块尺寸：1501501501503

16、00mm300mm3 3养护时间：养护时间：2828天天养护条件：温度养护条件：温度202033，相对湿度，相对湿度90%90%kcu,21kc,88. 0ff棱柱强度与立方强度之比棱柱强度与立方强度之比 考虑考虑C40以上混凝土以上混凝土脆性的折减系数脆性的折减系数 衡量混凝土强度衡量混凝土强度的基本指标的基本指标 3 3、砼、砼轴心抗拉轴心抗拉强度（强度（f ft t）混凝土为脆性材料，内部存在许多细小混凝土为脆性材料，内部存在许多细小孔隙，因此其抗拉强度很低。孔隙，因此其抗拉强度很低。试验方法：试验方法：国内外多采用国内外多采用圆柱体或立方圆柱体或立方体的劈裂试验体的劈裂试验来间接测定。

17、来间接测定。混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有只有抗压强度抗压强度的的1/101/101/181/18 混凝土的复合受力强度经验公式21 . 4cccffcccff据试验 不仅提高强度，而且增大延性。 采用螺旋箍柱和钢管砼柱的依据。（1）双向受压强度（2）三向受压强度02468102030(MPa)e 10-3混凝土在短期荷载作用下的变形混凝土在短期荷载作用下的变形BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混

18、凝土强度的提高而增加，对普通强提高而增加，对普通强度混凝土度混凝土 A约为约为 (0.30.4)fc ，对高强混，对高强混凝土凝土 A可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于

19、水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的

20、应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度混凝土 B约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土 B可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵

21、继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变e e = (23) e e 0，应力应力 = (0.40.6) fc。规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：)1 (1 0ncccfee0ee下降段：ccfueee066010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffnee规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.

22、5e00.0020.002050.00210.00215eu0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20e混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 Elastic ModuluseEc= tan 原点切线模量原点切线模量 Elastic Modulus0eddEceEc= tan 割线模量割线模量 Secant ModulusecEeEc= tan 切线模量切线模量 Tangent ModuluseddEc 弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小随应

23、力增大而减小n n =10.5eeelcEcEn混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep1、混凝土的收缩、混凝土的收缩 Shrinkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。的收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形混凝土的收缩是随时间而增长的变形混凝土的收缩是随时间而增长的变形:早期收缩变形发展较快，早期收缩变形发展较快，两周两周可完成全部收缩的可完成全部收缩的2

24、5%，一个月一个月可完成可完成50%;以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。 一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-414d 28dtesh(25)10-425%50%影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。护条件等许多因素有关。 水泥用量

25、多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。 2、混凝土的徐变 Creep 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为象称为徐变。徐变。 t0eeleeleshecreeleelecret在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应

26、变e eel随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋年后趋于稳定。于稳定。影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。是混凝土的组成和配比。骨料骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。就越小。水灰比越小，徐变也越小。水灰比越小，徐变也越小。 环境影响环境影响包括养护和使用条件。包括养护和使用条件。受荷前受荷前养护养护(curing)的温湿

27、度越高，水泥水化作用越充分，徐变的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。就越小。受荷后构件所处的环境温度越高、相对湿度越低，徐变就越大受荷后构件所处的环境温度越高、相对湿度越低，徐变就越大。高强混凝土高强混凝土的密实性好，徐变比普通混凝土小得多。的密实性好，徐变比普通混凝土小得多。结构的结构的使用环境使用环境是影响混凝土结构是影响混凝土结构耐久性耐久性的的最重要的因素。使用环境类别按下表划分。最重要的因素。使用环境类别按下表划分。 注：严寒地区指最冷月平均温度-10，日平均温度不高于5的天数145d的地区；寒冷地区指最冷月平均温度-100，日平均温度不高于5的天数为90145d的地区。混

28、凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性对于设计使用年限为对于设计使用年限为5050年的一般结构，年的一般结构，混凝土质量应符合下表混凝土质量应符合下表2.2.52.2.5的规定的规定 表表2.2.5 2.2.5 结构混凝土耐久性的基本规定结构混凝土耐久性的基本规定环境类别环境类别最大最大水灰比水灰比最少水泥最少水泥用量用量(kg/m(kg/m3 3) )混凝土强度混凝土强度等级不小于等级不小于氯离子含量氯离子含量不大于（不大于（% %）碱含量碱含量不大不大(kg/m(kg/m3 3) )一一0.650.65225225C20C201.01.0不限制不限制二二a a0.600.60250250C25

29、C250.30.33.03.0b b0.550.55275275C30C300.20.23.03.0三三0.500.50300300C30C300.10.13.03.0耐久性的要求耐久性的要求无粘结梁 粘结作用和锚固粘结作用和锚固 s=0端部有锚固无粘结梁 s=常数常数钢筋与混凝土的粘结性能钢筋与混凝土的粘结性能 1 1、粘结的概念、粘结的概念钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。凝土共同受力变形的基本前提。 通过钢筋与混凝土界面的粘结应力通过钢筋与混凝土界面的粘结应力(bond stress)，可以实现钢筋与混凝土之间

30、的应力传递，从而使可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。两种材料可以结合在一起共同工作。 粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。2 2、粘结的机理、粘结的机理钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成： 混凝土中水泥胶体与钢筋表面的混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力胶结力；混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力摩擦力；机械咬合力。机械咬合力。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作

31、用即丧失。 摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。3、粘结强度、粘结强度 Bond Strength dlAdlFssuFd自由端加载端套管1005d23d拔出试验拔出试验 Pull out test粘结强度粘结强度 u ：粘结破坏：粘结破坏（钢筋拔出（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力面上的最大平均粘结应力影响粘结强度的主要因素影响粘结强度的主要因素 Influence factors 混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、钢筋表面和外形特征混凝土强度、保护层厚度和钢筋

32、净间距、钢筋表面和外形特征、受力情况及锚固长度、受力情况及锚固长度 混凝土强度混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，度的提高而增加，但并不与立方体强度但并不与立方体强度fcu成正比成正比，而与抗拉强，而与抗拉强度度 ft 成正比。成正比。 保护层厚度和钢筋净间距保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。同理，钢筋净距破坏的能力也越大，粘结强度越高

33、。同理，钢筋净距s与钢筋直与钢筋直径径d 的比值的比值s/d 越大，粘结强度也越高。越大，粘结强度也越高。钢筋表面和外形特征钢筋表面和外形特征： 光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。 月牙肋和螺纹肋变形钢筋，前者肋的相对受力面积较小，月牙肋和螺纹肋变形钢筋，前者肋的相对受力面积较小，粘结强度比螺纹钢筋低一些。粘结强度比螺纹钢筋低一些。 由于变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化，由于变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化，对于直对于直径较大的变形钢筋，肋的相对受力面积减小，粘结强度径较大的变形钢筋，肋的相对受力面积减小，粘结强度也有所

34、减小。也有所减小。 此外，当钢筋表面为防止锈蚀涂环氧树脂时，钢筋表面此外，当钢筋表面为防止锈蚀涂环氧树脂时，钢筋表面较为光滑，粘结强度也将有所降低。较为光滑，粘结强度也将有所降低。受力情况受力情况： 在锚固范围内存在在锚固范围内存在侧压力侧压力可提高粘结强度可提高粘结强度 受压钢筋由于直径增大会增加对混凝土的挤压受压钢筋由于直径增大会增加对混凝土的挤压，从而使，从而使摩擦作用增加摩擦作用增加 受反复荷载作用的钢筋受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎，肋前后的混凝土均会被挤碎，导致咬合作用降低导致咬合作用降低锚固长度锚固长度： 拔出试验的拔出试验的锚固长度较短锚固长度较短时，粘结应力在

35、锚固长度范围时，粘结应力在锚固长度范围分布比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较分布比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较高高 锚固长度较大时锚固长度较大时，则平均粘结强度较小，但总粘结力随，则平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固长度的增加而增大锚固长度的增加而增大 当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称分发挥）时未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为为基本锚固长度基本锚固长度la，钢筋的锚固和搭接钢筋的锚固和搭接 1、基本锚固长度、基本锚固长度 规范规范是以拔出试验为基础

36、确定是以拔出试验为基础确定基本锚固长度基本锚固长度的。取粘结的。取粘结强度强度 u与混凝土抗拉强度与混凝土抗拉强度 ft 成正比，并根据试验结果，取钢筋成正比，并根据试验结果，取钢筋受拉时的基本锚固长度为，受拉时的基本锚固长度为，dffltya表 7-1 锚固钢筋的外形系数钢筋类型光面钢筋带肋钢筋三面刻痕钢丝螺旋肋钢丝三股钢绞线七股钢绞线钢筋外形系数0.160.140.190.130.160.17注：1、光面钢筋系指 HPB235 级热轧钢筋；带肋钢筋系指 HRB335、HRB400、RRB400级热轧钢筋及热处理钢筋2、简支支座锚固要求、简支支座锚固要求 支座处有横向压应力，使粘结作用得到改

37、善。因此支支座处有横向压应力，使粘结作用得到改善。因此支座处的锚固长度座处的锚固长度las可比基本锚固长度可比基本锚固长度la减小。减小。当当V0.7ftbh0时，时，las5d当当V0.7ftbh0时，时，las0.35la3 3、钢筋末端、钢筋末端锚固措施锚固措施1355dD=4d(级钢筋)5d(级钢筋)5ddd5ddd4、钢筋的连接、钢筋的连接光面钢筋末端应设置标准弯光面钢筋末端应设置标准弯钩。当伸入支座的锚固长度钩。当伸入支座的锚固长度不符合要求时，可在钢筋端不符合要求时，可在钢筋端部加焊锚固钢板或将钢筋焊部加焊锚固钢板或将钢筋焊接在梁端预埋件上接在梁端预埋件上绑扎连接绑扎连接钢筋机械

38、连接钢筋机械连接钢筋焊接连接钢筋焊接连接5.2 5.2 梁和板梁和板截面上有弯矩和剪力共同作用，轴力可以忽略不计的构件称截面上有弯矩和剪力共同作用，轴力可以忽略不计的构件称为为受弯构件受弯构件。梁梁(beam)和板和板(slab/board)是典型的受弯构件是典型的受弯构件 。梁梁的截面形式主要有矩形、形、倒形、形、的截面形式主要有矩形、形、倒形、形、形、十形、十字形、花篮形等字形、花篮形等 板板的截面形式一般为矩形、空心板、槽形板等的截面形式一般为矩形、空心板、槽形板等 构造要求构造要求梁、板截面高跨比梁、板截面高跨比h h/ /l l0 0参考值参考值构件种类构件种类h h/ /ll0 0

39、梁梁整体肋形梁整体肋形梁主梁主梁简支梁简支梁1/121/12连续梁连续梁1/151/15悬臂梁悬臂梁1/61/6次梁次梁简支梁简支梁1/201/20连续梁连续梁1/251/25悬臂梁悬臂梁1/81/8矩形截面独矩形截面独立梁立梁简支梁简支梁1/121/12连续梁连续梁1/151/15悬臂梁悬臂梁1/61/6板板单向板单向板1/351/401/351/40双向板双向板1/401/501/401/50悬臂板悬臂板1/101/121/101/12无梁楼板无梁楼板有柱帽有柱帽1/321/401/321/40无柱帽无柱帽1/301/351/301/35注：表中注：表中l l0 0为梁的计算跨度。当为梁的

40、计算跨度。当l l0 09m9m时，表中数值宜乘以时，表中数值宜乘以1.21.2。按刚度要求，根按刚度要求，根据经验，梁和板据经验，梁和板的截面高度不的截面高度不宜小于右表所列宜小于右表所列数值。数值。高宽比高宽比h h/ /b b：矩形矩形截面梁截面梁2 23.53.5，T T形形截面梁截面梁2.52.54 4。 构造要求构造要求板最小厚度板最小厚度按构造要求，现浇板的厚度不应小于下表的数值。按构造要求，现浇板的厚度不应小于下表的数值。现浇板的厚度一般取为现浇板的厚度一般取为10mm10mm的倍数，的倍数， 梁纵筋常用直径梁纵筋常用直径 d d =1225mm=1225mm板受力钢筋常用直径

41、板受力钢筋常用直径 d d =612mm=612mm 纵向受力钢筋纵向受力钢筋构造要求梁的配筋构造要求梁的配筋 架立钢筋架立钢筋架立钢筋的最小直径（架立钢筋的最小直径（mmmm）梁跨梁跨（mm）4 446466 6最小直最小直径径（mmmm）8 810101212 弯起钢筋弯起钢筋弯起钢筋在跨中是纵向受力钢筋弯起钢筋在跨中是纵向受力钢筋的一部分，在靠近支座的弯起段的一部分，在靠近支座的弯起段弯矩较小处则用来承受弯矩和剪弯矩较小处则用来承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，即作为力共同产生的主拉应力，即作为受剪钢筋的一部分。受剪钢筋的一部分。钢筋的弯起角度一般为钢筋的弯起角度一般为4545，梁高，梁

42、高h h800mm800mm时可采用时可采用6060。 构造要求板的配筋构造要求板的配筋当当h h150mm150mm时，不宜大于时，不宜大于200mm200mm；当当h h150mm150mm时，不宜大于时，不宜大于1.51.5h h，且不宜大于，且不宜大于300mm300mm。板的受力钢筋间距通常板的受力钢筋间距通常不宜小于不宜小于70mm70mm。 （1 1）受力钢筋受力钢筋 (Tensioned bar)(Tensioned bar)（2 2）分布钢筋分布钢筋 (Spread bar)(Spread bar)用来承受弯矩产生的拉力用来承受弯矩产生的拉力 正截面承载力计算正截面承载力计算

43、两种截面的破坏两种截面的破坏 一是由一是由MM引起，破坏截面与构件的引起，破坏截面与构件的纵轴线垂直，为纵轴线垂直，为沿正截面破坏沿正截面破坏；二是由二是由MM和和V V共同引起，破坏截面共同引起，破坏截面是倾斜的，为是倾斜的，为沿斜截面破坏沿斜截面破坏。 0sbhA纵向受拉钢筋配筋率：纵向受拉钢筋配筋率： 适筋梁适筋梁超筋梁超筋梁少筋梁少筋梁 min maxmaxmin实验研究实验研究正截面承载力计算正截面承载力计算三种梁的破坏特征三种梁的破坏特征 适筋梁适筋梁第第阶段（弹性工作阶段）阶段（弹性工作阶段）加载加载开裂开裂 开裂弯矩开裂弯矩crcr第第阶段（带裂缝工作阶段）阶段（带裂缝工作阶段

44、） 开裂开裂屈服屈服屈服弯矩屈服弯矩My My 第第阶段（破坏阶段）阶段（破坏阶段）屈服屈服压碎压碎极限弯矩极限弯矩Mu Mu 配置适量纵向受力钢筋的梁称为适筋梁。配置适量纵向受力钢筋的梁称为适筋梁。特征：有明显的三个阶段特征：有明显的三个阶段（钢筋和混凝土都得到充分利用）（钢筋和混凝土都得到充分利用）属于：属于：“延性破坏延性破坏” ” 正截面承载力计算正截面承载力计算三种梁的破坏特征三种梁的破坏特征aa阶段的应力状态是抗裂验算的依据。阶段的应力状态是抗裂验算的依据。 阶段的应力状态是裂缝宽度和变形验算的依据。阶段的应力状态是裂缝宽度和变形验算的依据。 aa阶段的应力状态作为构件承载力计算的

45、依据阶段的应力状态作为构件承载力计算的依据 MMcrMMyMMu正截面承载力计算正截面承载力计算三种梁的破坏特征三种梁的破坏特征 超筋梁超筋梁 少筋梁少筋梁纵向受力钢筋配筋率大于纵向受力钢筋配筋率大于最大配筋率的梁为超筋梁。最大配筋率的梁为超筋梁。配筋率小于最小配筋率配筋率小于最小配筋率的梁为少筋梁的梁为少筋梁。截面受压区高度，截面受压区高度，混凝土抗压强度得不到充分利用。混凝土抗压强度得不到充分利用。（混凝（混凝土抗拉强度控制）土抗拉强度控制） 特征：受压区混凝土被压碎特征：受压区混凝土被压碎破坏时，钢筋尚未屈服。破坏时，钢筋尚未屈服。 属于：属于：“脆性破坏脆性破坏”( (混凝土抗压强混凝

46、土抗压强度控制）度控制）特征：一裂就坏特征：一裂就坏属于：属于：“脆性破坏脆性破坏” ” 正截面受弯承载力计算的基本规定正截面受弯承载力计算的基本规定基本假定基本假定 Basic Assumptions(1) 截面应变保持平面；截面应变保持平面； (2) 不考虑混凝土的抗拉强度；不考虑混凝土的抗拉强度； (3) 混凝土的受压应力混凝土的受压应力-应变关系；应变关系； (4) 钢筋的应力钢筋的应力-应变关系，受拉钢筋的极限拉应变取应变关系，受拉钢筋的极限拉应变取0.01。 根据以上四个基本假定，从理论上来说钢筋混凝土构根据以上四个基本假定，从理论上来说钢筋混凝土构件的正截面承载力（单向和双向受弯

47、、受压弯、受拉弯）件的正截面承载力（单向和双向受弯、受压弯、受拉弯）的计算已不存在问题的计算已不存在问题 但由于混凝土应力但由于混凝土应力- -应变关系的复杂性，在实用上还很不应变关系的复杂性，在实用上还很不方便。方便。正截面承载力计算正截面承载力计算-等效矩形应力图等效矩形应力图等效原则：按照受压区混凝土的按照受压区混凝土的合力大小不变合力大小不变、受压区混凝土的受压区混凝土的合力作用点不变合力作用点不变的原则。的原则。 c1fn1xx混凝土等级混凝土等级C50C50C55C55C55C80C55C80C80C800.80.80.790.79中间中间0.740.741.01.00.990.9

48、9插值插值0.940.9411单筋矩形正截面承载力计算单筋矩形正截面承载力计算基本公式基本公式 )2 . 2 . 3(syc1Afbxf）（3 . 2 . 3201xhbxfMc）（4 . 2 . 320 xhfAMys0hx相对受压区相对受压区高度：高度： 受压区高度受压区高度 ：截面有效高度截面有效高度 ：h h0 0截面高度截面高度 ：h h界限相对界限相对受压区高度：受压区高度： 0bhxbx正截面承载力计算正截面承载力计算界限配筋梁界限配筋梁b适筋梁与超筋梁的界限适筋梁与超筋梁的界限界限相对受压区高度界限相对受压区高度b适筋梁的破坏适筋梁的破坏受拉钢筋屈服后混凝土压碎；受拉钢筋屈服后

49、混凝土压碎；超筋梁的破坏超筋梁的破坏混凝土压碎时，受拉钢筋尚未屈服混凝土压碎时，受拉钢筋尚未屈服；界限配筋梁的破坏界限配筋梁的破坏受拉钢筋屈服的同时混凝土压碎。受拉钢筋屈服的同时混凝土压碎。 b不超筋不超筋超筋超筋钢筋级别钢筋级别C50C50C80C80 HPB235HPB2350.6140.614-HRB335HRB3350.5500.550 0.493 0.493HRB400HRB400RRB400RRB4000.5180.5180.4630.463b正截面承载力计算正截面承载力计算适用条件适用条件 bbbhxx0防止超筋防止超筋的条件：的条件：防止少筋防止少筋的条件：的条件：bhAASS

50、minmin,min单筋矩形截面所能承受的单筋矩形截面所能承受的最大弯矩最大弯矩的表达式：的表达式： )5 . 01 (bb20c1maxu,bhfMbfMhhxc12002混凝土混凝土受压区高度受压区高度计算式：计算式： 受力类型最小配筋率/%受压构件全部纵向钢筋0.6一侧纵向钢筋0.2受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的受拉钢筋0.2和中较大者ytff45钢筋混凝土结构构件纵向受力钢筋的最小配筋率钢筋混凝土结构构件纵向受力钢筋的最小配筋率正截面承载力计算正截面承载力计算截面设计截面设计 己知：弯矩设计值己知：弯矩设计值MM，混凝土强度等级，混凝土强度等级f fc c，钢筋级别，钢筋级别f

51、 fy y，构件截面尺寸构件截面尺寸b bh h 求：所需受拉钢筋截面面积求：所需受拉钢筋截面面积A As= s= ？ 计算步骤如下：计算步骤如下：确定截面有效高度确定截面有效高度h h0 0h h0 0= =h h- -a as s 计算混凝土受压区高度计算混凝土受压区高度x x，并判断是否属超筋梁，并判断是否属超筋梁bfMhhxc12002若若x x b bh h0 0，则不属超筋梁。，则不属超筋梁。否则为超筋梁，应加大截面尺寸，否则为超筋梁，应加大截面尺寸，或提高混凝土强度等级，或改用双筋截面。或提高混凝土强度等级，或改用双筋截面。计算钢筋截面面积计算钢筋截面面积A As s，并判断是否

52、属少筋梁。，并判断是否属少筋梁。若若Asmin bh，则不属少筋梁。，则不属少筋梁。否则为少筋梁，应取否则为少筋梁，应取As=minbh。 ycfbxfA/1s选配钢筋选配钢筋正截面承载力计算正截面承载力计算截面复核截面复核 为超筋梁；若0hxb己知：构件截面尺寸己知：构件截面尺寸b bh h，钢筋截面面积，钢筋截面面积A As s，混凝土强度等级，混凝土强度等级fc，钢筋，钢筋级别级别fy ，弯矩设计值，弯矩设计值M M 求：求：复核截面是否安全复核截面是否安全 、弯矩承载力弯矩承载力MMu u= = ？计算步骤如下：计算步骤如下：确定截面有效高度确定截面有效高度h h0 0判断梁的类型判断

53、梁的类型bffAxc1ys为适筋梁；，且若0minhxbhAbs为少筋梁。若bhAsmin计算截面受弯承载力计算截面受弯承载力MMu u适筋梁适筋梁 20ysuxhfAM超筋梁超筋梁)5 . 01 (bb20c1maxu,bhfMMu对少筋梁，应将其受弯承载力降低使用（已建成工程）或修改设计。对少筋梁，应将其受弯承载力降低使用（已建成工程）或修改设计。 判断截面是否安全判断截面是否安全 若若MMMMu u，则截面安全。，则截面安全。正截面承载力计算正截面承载力计算TT形截面形截面 形截面受弯构件在工程实际中应用较广，形截面受弯构件在工程实际中应用较广，除独立形梁（图除独立形梁（图a a）外，槽

54、）外，槽形板（图形板（图b b）、空心板（图）、空心板（图c c）以及现浇肋形楼盖中的主梁和次梁的跨中）以及现浇肋形楼盖中的主梁和次梁的跨中截面（图截面（图d-d-截面）也按形梁计算。截面）也按形梁计算。 翼缘位于受拉区的翼缘位于受拉区的T形截面梁，当受拉区开裂后，翼缘就不起作用了，形截面梁，当受拉区开裂后，翼缘就不起作用了，因此因此（图（图d-d-截面）应按截面）应按b bh h的矩形截面计算。的矩形截面计算。跨中跨中按按T形截面计算，形截面计算，支座支座按按矩形矩形截面计算截面计算T形截面hfxbhfbfbfh0h挖去受拉区混凝土，形成挖去受拉区混凝土，形成T形截面，形截面，对受弯承载力没

55、有影响。对受弯承载力没有影响。 节省混凝土，减轻自重。节省混凝土，减轻自重。受拉钢筋较多，可将截面底部适当增大，形成工形截面。受拉钢筋较多，可将截面底部适当增大，形成工形截面。工形截面的受弯承载力的计算与工形截面的受弯承载力的计算与T形截面相同。形截面相同。 受压翼缘越大，对截面受弯越有利受压翼缘越大，对截面受弯越有利 正截面承载力计算正截面承载力计算翼缘计算宽度翼缘计算宽度项项次次考虑情况考虑情况T T形截面、形截面、I I形截面形截面倒倒L L形截面形截面肋形梁肋形梁肋形板肋形板独立梁独立梁肋形梁肋形梁肋形板肋形板1 1按计算跨度按计算跨度ll0 0考虑考虑l l0 0/3/3l l0 0

56、/3/3l l0 0/6/62 2按梁（纵肋）净距按梁（纵肋）净距s sn n考虑考虑b b+ +s sn nb b+ +s sn n/2/23 3按翼缘高度按翼缘高度h hf f考虑考虑h hf f/ /h h0 00.10.1b b+12+12h hf f0.10.1h hf f/ /h h0 00.050.05b b+12+12h hf fb b+6+6h hf fb b+5+5h hf fh hf f/ /h h0 00.050.05b b+12+12h hf fb bb b+5+5h hf fT T形、形、I I形及倒形及倒L L形截面受弯构件翼缘计算宽度形截面受弯构件翼缘计算宽度b

57、 bf f翼缘计算宽度，用翼缘计算宽度，用bf表示，表示，其值取下表中各项的其值取下表中各项的最小值最小值。 第一类、第二类形截面的鉴别条件：第一类、第二类形截面的鉴别条件：截面复核时：截面复核时：截面设计时：截面设计时： 正截面承载力计算正截面承载力计算TT形截面分类形截面分类形截面第二类形截面第一类ThxThxff根据中和轴位置不同，将形截面分为两类ffc1syhbfAf)2/(f0ffc1hhhbfM双筋矩形截面双筋矩形截面 Doubly Reinforced Section 双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。A sA s受压钢筋一般来说

58、采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下一般来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下情况下采用：情况下采用： 当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补充混凝土受压能力的不足。补充混凝土受压能力的不足。 另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩，另一种组合情况下承受负弯情况下截面承受正弯矩，另一种组

59、合情况下承受负弯矩，这时也出现双筋截面。矩，这时也出现双筋截面。 此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此，此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此，在抗震结构中要求框架梁必须必须配置一定比例的受在抗震结构中要求框架梁必须必须配置一定比例的受压钢筋。压钢筋。 受压钢筋强度的利用受压钢筋强度的利用配置受压钢筋后，为防止受压钢筋压曲而导致受压区混凝配置受压钢筋后，为防止受压钢筋压曲而导致受压区混凝土保护层过早崩落影响承载力，土保护层过早崩落影响承载力，必须必须配置配置封闭箍筋封闭箍筋。A sA s受压钢筋当受压钢筋多于当受压钢筋多于3根时，应设复合箍筋。根时，应设复合箍筋。s15d，400mm

60、d41d封闭箍筋 斜截面承载力计算斜截面承载力计算受剪承载力受剪承载力梁在弯矩梁在弯矩M和剪力和剪力V共同作用下的主应力共同作用下的主应力迹线，其中迹线，其中实线为主拉应力迹线实线为主拉应力迹线，虚线为虚线为主压应力迹线主压应力迹线。 斜截面受弯承载力斜截面受弯承载力通过构造措施来保证。通过构造措施来保证。 斜截面受剪承载力斜截面受剪承载力通过计算配置腹筋来保证，通过计算配置腹筋来保证，斜截面承载力计算斜截面承载力计算 影响斜截面受剪承载力的主要因素影响斜截面受剪承载力的主要因素 bsnAbsAsvsvsv1配箍率：斜截面受剪破坏形态主要取决于斜截面受剪破坏形态主要取决于配箍率配箍率sv和和剪