钢筋混凝土结构的基本概念及

1、会计学1钢筋混凝土结构的基本概念及钢筋混凝土结构的基本概念及第1页/共96页2022-4-26 以以混凝土混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土混凝土结构结构（Concrete Structures）。）。1.钢筋混凝土结构的基本概念素混凝土素混凝土Plain Concrete纤维增强混凝土纤维增强混凝土Fiber Reinforced Concrete钢骨混凝土钢骨混凝土Steel Reinforced Concrete钢筋混凝土钢筋混凝土Rein

2、forced Concrete钢管混凝土钢管混凝土Concrete Filled Steel Tube预应力混凝土预应力混凝土Prestressed Concrete钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构Composite Structure1基本概念第2页/共96页2022-4-26混凝土结构的混凝土结构的特点特点素混凝土梁L=1500mm120200C20P钢筋混凝土梁L=1500mm1202002f f14C20PP=4.4 kNP=62.5 kN 由上述对比试验可知：由上述对比试验可知： 钢筋混凝土梁的钢筋混凝土梁的承载力承载力比素混凝土梁比素混凝土梁大大提高（大大提高（14倍倍）；）； 素

3、混凝土梁素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；破坏突然，没有明显预兆；而钢筋混凝土梁则而钢筋混凝土梁则 表现出较好的表现出较好的延性延性，破坏前，破坏前有明显预兆；有明显预兆； 钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已 经屈服，钢筋和混凝土的经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。材料强度均得到充分利用。1基本概念第3页/共96页2022-4-26 抗压强度高，而抗拉强度却很低抗压强度高，而抗拉强度却很低 通常抗拉强度只有抗压强度的通常抗拉强度只有抗压强度的1/81/20 破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性特征脆性特征混凝土混凝土

4、的材料特性的材料特性1基本概念第4页/共96页2022-4-26 抗拉和抗压强度都很高抗拉和抗压强度都很高 具有具有屈服屈服现象，破坏时表现出现象，破坏时表现出较好的延性较好的延性 细长的钢筋受压时极易细长的钢筋受压时极易压曲压曲钢筋钢筋的材料特性的材料特性1基本概念第5页/共96页2022-4-26将将混凝土混凝土和和钢筋钢筋这两种材料有机地结合在一起，这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。共同工作的主要原因：共同工作的主要原因：*混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共混凝土和钢筋之间有良好的工

5、作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形同变形 * 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：，钢筋： 1.2 10-5 * 混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化 1基本概念第6页/共96页2022-4-26第7页/共96页2022-4-26* 1824年，英国人年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；发明了波特兰水泥，有了混凝土； * 1849年，法国人

6、年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船小船-最早的钢筋混凝土结构；最早的钢筋混凝土结构； * 1861年，法国花匠年，法国花匠J. Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；结构的发明者； * 1884年，德

7、国人年，德国人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了钢筋应配置在构等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。渐得到了推广应用。第8页/共96页2022-4-26强度不断提高，性能不断改善强度不断提高，性能不断改善 美国美国60年代混凝土抗压强度平均值：年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，有特殊需要时：，有特殊需要时： 40N/mm2100 N/mm2，试验室中：，试验室中： 266 N/mm2轻质混凝土的应用

8、轻质混凝土的应用 容重一般为：容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等无砂混凝土无砂混凝土(Non-fines concrete):只有粗骨料，无细骨料只有粗骨料，无细骨料 容重小，水的毛细现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单容重小，水的毛细现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单 FRP筋的应用筋的应用(强度高，质量轻，抗腐蚀强度高，质量轻，抗腐蚀) 用用FRP筋代替钢筋筋代替钢筋2.2 材料方面的发展2 发展状况高强，高流动性，自密实，质

9、量轻高强，高流动性，自密实，质量轻第9页/共96页2022-4-262.3 结构方面的发展2 发展状况预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重减轻构件的自重结构体系的丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等混凝土及预应力混凝土结构等第10页/共96页2022-4-262.4 理论研究方面的发展2 发展状况设

10、计方法允许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法按经验法确定安全系数材料力学的方法第11页/共96页2022-4-26结构基本理论-如何设计一个新结构荷载的确定方法荷载的确定方法结构的力学分析：线性和非线性结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施构件的承载力计算、设计方法和构造措施计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用2.4 理论研究方面的发展2 发展状况第12页/共96页2022-4-262.4 理论研究方面的发展结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中

11、期发展起来）承载力计算承载力计算耐久性评估耐久性评估寿命预测寿命预测损伤分析损伤分析加固理论加固理论修复理论修复理论灾害评估等灾害评估等2 发展状况第13页/共96页2022-4-262.4 理论研究方面的发展2 发展状况结构基本理论-计算机仿真技术的应用Ansys, Abaqus, Femap，PKPM第14页/共96页2022-4-262.5 混凝土结构的应用2 发展状况房屋工程：我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构http:/ ：位于中国台北，2004年建成，共101层，楼高1671英尺(509米)，到目前为止，是世界上最高的建筑物。八根巨型的钢管混

12、凝土第15页/共96页2022-4-26马来西亚首都吉隆坡的双子塔：马来西亚首都吉隆坡的双子塔：(Petronas Towers)，高1483英尺(452米)，88层。这两座高楼于1998年完工，也是目前世界上最高的双子楼。钢骨混凝土，C80 http:/ 发展状况第16页/共96页2022-4-26上海环球金融中心上海环球金融中心（492米）米）阿拉伯酋长国阿拉伯酋长国迪拜摩天大楼（迪拜摩天大楼（ 800米）米）国际金融中心国际金融中心（415米）米）第17页/共96页2022-4-26交通工程：隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。2 发展状况第18页/共96页202

13、2-4-26Raftsundet Bridge is a balanced cantilever cast-in-place segmental with the longest span in the world for a prestressed concrete bridge. The main span at Raftsundet Bridges is 298 meters deck prestressed concrete piers reinforced concrete deckofmainspan prestressed lightweight concrete 第19页/共9

14、6页2022-4-26水利工程大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝湖北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦2 发展状况第20页/共96页2022-4-26http:/ 第21页/共96页2022-4-26特种工程：核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等多伦多电视塔（549米）预应力混凝土结构2 发展状况第22页/共96页2022-4-26http:/ 450吨800吨50吨;最引人瞩目的是长118米、重450吨的钢天线桅杆 第23页/共96页2022-4-26钢钢 筋筋混混 凝凝

15、土土两者间的粘结两者间的粘结强强 度度变变 形形粘结破坏的粘结破坏的过程和机理过程和机理第24页/共96页2022-4-26第25页/共96页2022-4-26PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土结构的三个层次混凝土结构的三个层次Micro：水泥石Meso：水泥砂浆Macro：砂浆和粗骨料混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。成的，属于复合材料。第26页/共96页2022-4-263 砼3.1 混凝土强度(Strength of Concr

16、ete)混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度混凝土复合强度混凝土复合强度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-Strength 抵抗外力产生的某种应力的能力抵抗外力产生的某种应力的能力第27页/共96页2022-4-263 砼第28页/共96页2022-4-263 砼混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂混凝土强度等级应按边长为150mm立方体试件的抗压强度标准值确定。抗压强度标准值

17、系指用标准方法制作、养护至28d龄期，以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa计).C15, C20, C25, C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strength concretehigh-strength concrete?结果第29页/共96页2022-4-263 砼标准试块：150150 150非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度fcu第30页/共96页2022-4-26混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度f

18、c：按照与立方体试件相同条件制作和试验方法 测得的棱柱体试件的极限抗压强度值3 砼承压板试块标准试块:150150 300mm ccu,kcu,kcu,kcu,k0.79C600.833C600.857C700.875C80fffffc1棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,对C80砼取0.82,中间按线性规律变化；c1C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件对国外（美国、

19、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件6*12in (152*305mm)ckc1c2cu,k0.88ff 第31页/共96页2022-4-26混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度ft 500 150 15010016轴心受拉试验3 砼劈裂强度劈裂强度 Splitting Strength第32页/共96页2022-4-26混凝土强度标准值（N/mm2） 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 强度种类强度种类 符号符号 C15 C20 C25 C30 C35 轴心抗压强度轴心抗压强度 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ftk 1.27 1.54

20、1.78 2.01 2.20 混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10 0.550.45tkcu,kf150c20.88 0.395(1 1.645)fff150150mm立方体抗压强度的变异系数。第33页/共96页2022-4-26复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度双轴应力下的强度(Biaxial Stress State)3

21、 砼第34页/共96页2022-4-26复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度剪应力和正应力共同作用(shear and normal stress)混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大 当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大， 压应力继续增大，则压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。3 砼第35页/共96页2022-4-26复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度三向

22、受压强度(Triaxial compressive strength testing )1=fcc1=fcc2= 32 -侧向约束压应力（加液压）2cccffk无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度有侧向约束时的抗压强度k侧向效应系数3 砼第36页/共96页2022-4-26混凝土的疲劳强度混凝土的疲劳强度Fatigue Strength破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321疲劳强度fcfcf的确定原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值3 砼第37页/共96页2022-4-263.2 混凝土的变形(Deformati

23、on of Concrete)3 砼第38页/共96页2022-4-26混凝土单调短期加载下的变形性能Stress- strain Relationship分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，测得应力-应变曲线的下降段。作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段3 砼第39页/共96页2022-4-263 砼第40页/共96页2022-4-26混凝土单调短期加载下的变形性能最大应力值fc

24、最大应力值对应的应变c0(1.5-2.5)10-3极限压应变cu(3.0-5.0)10-33 砼第41页/共96页2022-4-26若采用无量纲坐标若采用无量纲坐标x= / 0，y= /fc，则混凝土应力则混凝土应力-应变全曲线的几何特应变全曲线的几何特征必须满足征必须满足:第42页/共96页2022-4-26混凝土单调短期加载下的变形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco环箍断裂3 砼第43页/共96页2022-4-26单轴受压时的应力-应变关系的数学模

25、型混凝土结构设计规范 (GB50010-2002)u0ocfccncccf0115010505 . 0002. 0cuf510500033. 0cuuf22),50(6012nnfncu时，取当3 砼第44页/共96页2022-4-26混凝土单调短期加载下的变形性能3 砼第45页/共96页2022-4-26混凝土单调短期加载下的变形性能 ftt0tu上升段：加载初期，变形与应力线形增长，至极值应力的40-50%达到比例极限；76-83%出现临界点(不稳定扩展开始)；峰值对应的应变随抗拉强度的增加而增大，在50-270范围内波动。当混凝土C15-C40时，极限拉伸值小于受压，计算时取tu=100

26、u 。下降段：随着混凝土强度的提高而更为陡峭。从原点的切线斜率看，拉压基本一致，受拉弹模与受压弹模大体相等，其比值约为0.82-1.12，平均值为0.995，故混凝土受拉弹模近似取受压弹模。3 砼第46页/共96页2022-4-26混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec5ccu,k10(MPa)34.742.2Ef混凝土单调短期加载下的变形性能经验公式 (Poisson(Poissons ratio)s ratio)：在压力较小时在压力较小时0.15-0.180.15-0.18，接近破坏时，接近破坏时0.50.

27、5以上，一般以上，一般0.20.2混凝土的剪切模量为混凝土的剪切模量为Shear Modulus)1 (2cccEGP4873 砼第47页/共96页2022-4-26混凝土长期加载下的变形性能徐变(Creep)P100100400mmRH:65%T:20C =0.5fc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个月个月可达最终徐变的（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年后趋于稳定。年后趋于稳定。3 砼第48页/共96页2022-4-26混凝土长期加载下的变形性能徐变3 砼第49页/共9

28、6页2022-4-26混凝土长期加载下的变形性能徐变3 砼第50页/共96页2022-4-26混凝土长期加载下的变形性能徐变3 砼第51页/共96页2022-4-26混凝土长期加载下的变形性能徐变徐变与塑性徐变与塑性的区别？的区别？3 砼第52页/共96页2022-4-26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的收缩。在水中结硬时，体积膨胀(dilation or swelling)14d 28dtsh(25)10-425%50%收缩变形与时间的关系早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩

29、过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为(25)10-4 ，而混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4，说明收缩会导致开裂。3 砼第53页/共96页2022-4-26混凝土的收缩(Shrinkage)3 砼Setting ShrinkageDrying shrinkage第54页/共96页2022-4-26AssAs s收缩：收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉AsPAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：徐变： s， c第55页/共96页2022-4-26混凝土的收缩(Shrinkage)3 砼第56页/共96页2022-4-263.3 混凝土

30、的选用原则3 砼第57页/共96页2022-4-26第58页/共96页2022-4-264.1 钢筋的分类碳素钢(Fe, C, Si, Mn, P, S)低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢(Ti, V, Mn)硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系按化学成分Carbon steelLow alloy-steel强度高，塑性和低温冲击韧性好 强度高，塑性可焊性低4 钢筋第59页/共96页2022-4-26 钢筋(4-40mm)热轧钢筋：将钢材(低碳钢，普通低合金钢)在高温状态下用机械方法扎制冷加工钢筋：由热轧钢筋在常温下用某种工艺加工而成。

31、冷拔，冷拉， 冷轧，冷轧扭。提高强度和节约钢材。热处理钢筋：将HRB400、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工工艺碳素钢丝光面钢丝：一般以钢绞线的形式应用刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力(indented wire)钢绞线 不同数量钢丝成螺旋状铰绕在一起。其中7股用得较多。 强度高柔软，盘弯运输，在大跨桥中用。螺旋肋钢丝：与刻痕钢丝(4-9mm)，先张法预应力混凝土，粘结性能良好4.1 钢筋的分类4 钢筋碳素钢丝：高强钢丝，强度高，广泛用于预应力混凝土结构第60页/共96页2022-4-26外形种类强度级别强度等级代号ftk屈服强度(MPa)工程符号直径范围d/m

32、m光圆钢筋低碳钢IR235(HPB235)2358-20带肋钢筋低合金钢IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余热处理KL400(RRB)440？8-40常用热轧钢筋常用热轧钢筋RHPB235 (Hot Rolled Plain Steel Bar):强度低，箍筋及构造配筋HRB335 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar)：广泛使用HRB400 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar): 我国优先推广使用的品种RRB400 (Remained heat treatment Ribbed Steel Bar)：塑性和可焊性好。冷却后

33、作预应力钢筋 *直径范围并不表示在此范围内的任何直径都可以生产。厂家提供的钢筋直径为6，6.6，8，8.5, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40, 50mm。 4 钢筋第61页/共96页2022-4-26强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：强度标准值强度标准值= =强度平均值强度平均值- -2 2均方差均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值公路桥规：钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。4 钢筋第62页/共96页2022-4-26

34、BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降冷拉冷拉时，钢筋的冷拉应力值，必须超过钢筋的屈服强度。冷拉后,经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化.*温度过高(450度以上)强度有所降低而塑性性能却有所增加,温度超过700度，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋再焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉！4 钢筋第63页/共96页2022-4-26冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度将钢筋(HPB235)用强力拔过比本身直径小的硬质合金拔丝模，使钢筋产

35、生塑性变形，同时拉伸力和挤压力。4 钢筋第64页/共96页2022-4-26按外形4.1 钢筋的分类光圆(round)：表面平整，截面为圆形变形或带肋(deformed,ribbed)螺纹钢筋人字纹月牙纹4 钢筋第65页/共96页2022-4-26按供应方式4.1 钢筋的分类盘圆或盘条钢筋：直径为6-10mm的钢筋卷成圆盘直条或碾条钢筋：直径大于12mm的钢筋轧成6-12m长一根4 钢筋第66页/共96页2022-4-264.2 钢筋的强度和变形有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋(软钢软钢)无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋(硬钢硬钢)单向拉伸实验单向拉伸实验4 钢筋第67页/共96页20

36、22-4-26a比例极限比例极限弹性极限弹性极限b屈服上限屈服上限c屈服下限屈服下限e极限强度极限强度有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋a在结构计算中，通常取作fy为钢筋计算的基本指标.原因：结构构件某一截面屈服后，将在荷载不增加的情况下产生持续的塑性变形，构件可能在钢筋未进入强化段前就产生过大的变形和裂缝，结果不能正常使用或已破坏。在RC构件中，受到混凝土极限应变的限制，截面达到破坏时钢筋不大可能进入这样大的应变状态。 fy/fu屈强比(强屈比) :反映出结构可靠性能的大小, 小表明结构的可靠储备越大,一般要求=2.5%?4 钢筋第71页/共96页2022-4-26有有明显屈服点的钢筋明显

37、屈服点的钢筋冷弯性能(Cold Bending Property)伸长率一般不能反映钢材的脆化倾向，为使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应进行冷弯试验。将钢筋在常温下绕一定直径D(弯心直径)的辊轴弯折一定的角度(冷弯角度)，用放大镜检查试件表面，如无裂缝、分层以及鳞落等现象，认为材料的冷弯性能合格。 常用反映冷弯性能，D越小，越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性好。4 钢筋第72页/共96页2022-4-26无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋(硬钢硬钢)硬钢(消除应力钢丝，钢绞线):强度高，但低，塑性差，脆性大加载到拉断，没有明显的屈服段。用其配筋的RC构件，受拉往往突

38、然断裂，没有明显的预兆 曲线特性：在比例极限前(0.75b)前，直线，弹性变化。过此点后，表现出一定的塑性，但应力和应变均持续增长，没有明显的屈服点。到极限强度b后，由于钢筋的颈缩出现下降段，直到拉断。“协定流限”(条件屈服点)作为强度标准，即加载及卸载后，相应于残余应变为0.2%的应力，用表示，一般相当于b的70-85%，条件屈服强度：0。2=0.85 b4 钢筋第73页/共96页2022-4-264.4钢筋的徐变和松弛徐变(蠕变)Creep应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛Stress Relaxation长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必

39、要的措施4 钢筋第74页/共96页2022-4-264.4 混凝土结构对钢筋的要求强度屈服强度强度屈服强度塑性延伸率和冷弯性能塑性延伸率和冷弯性能具有较好的可焊性具有较好的可焊性有较好的粘结力带肋钢筋有较好的粘结力带肋钢筋4 钢筋第75页/共96页2022-4-264.4 混凝土结构对钢筋的要求公路桥规：公路混凝土桥涵的钢筋应按下列规定采用 1 钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热扎R235、HRB335、HRB400和KL400钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋选用其中的带肋钢筋，按构造要求配置的钢筋网可采用冷扎带肋钢筋。2 预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中小型构

40、件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精扎螺纹钢筋。4 钢筋第76页/共96页2022-4-26第77页/共96页2022-4-265.1 粘结力的作用轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布轴力N通过钢筋施加在构件两端。端部c0ssNA随着离开端部距离的增大在距端部lt处，滑移消除。 s减小c增大取dx体平衡条件可得 sss4ddxdAdddx5 粘结第78页/共96页2022-4-265.2 粘结力的特点拔出实验Pull-out testFdl粘结强度: 最大平均粘结应力F拉拔力d钢筋直径l钢筋埋置长度拔出试验5 粘结第79页/共96页2022-4-265.2 粘结力的特点5 粘结第80页/共96页20

41、22-4-265.3 粘结破坏机理水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力 相对滑移前钢筋与混凝土接触面间的摩擦力钢筋表面粗糙不平的机械咬合力相对滑移后粘结强度：(1.5-3.5MPa)破坏形态：拔出的剪切破坏钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力避免避免5 粘结第81页/共96页2022-4-26变形钢筋胶着力摩擦力机械咬合力主要作用粘结强度：(2.5-6.0MPa) 劈裂粘结破坏：钢筋外围混凝土较薄,无环向钢筋约束混凝土变形。径向裂缝达到表面，形成沿钢筋的纵向劈裂裂缝。剪切型粘结破坏：钢筋沿肋外径整体滑移,达到剪切破坏强度。(刮梨式破坏)避免避免破坏形态5 粘结第82页/共96页2022-4-265

42、.4 影响粘结强度的因素混凝土强度：混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土浇注时的钢筋位置：混凝土浇注时的钢筋位置：水平位置的粘结强度低于竖向位置的钢筋；水平位置的粘结强度低于竖向位置的钢筋；保护层厚度：保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱 位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；钢筋的净距：钢筋的净距：净距小，混凝土发生水平劈裂，粘结强度小；净距小，混凝土发生水平劈裂，粘结强度小；钢筋表面形状：钢筋表面形状

43、：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较 好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小， 所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；5 粘结第83页/共96页2022-4-26规范的相应规定第84页/共96页2022-4-261.混凝土立方体抗压强度是采用边长150mm 的立方体标准试件,按标准试验方法测得的抗压强度,是混凝土最基本的力学指标、是评定混凝土强度等级的标准。除此之外，混凝土还有轴心抗压强度，轴心抗拉强度；2. 混凝土在多轴应力状

44、态下:双向受压、三向受压时，强度和变形能力提高；一向受拉、一向受压时，强度低于单轴受拉或单轴受压的强度；双向受拉时，强度接近单轴受拉的强度；压、剪应力共同作用时，压应力的存在，使混凝土抗剪能力较纯剪状态有所提高，但压应力过大，反使混凝土抗剪能力降低，拉、剪应力共同作用时，拉应力的存在，使混凝土抗剪能力降低，剪应力的存在，使混凝土抗拉能力降低；3. 混凝土一次短期加荷的应力-应变曲线，是反映混凝土力学性能的基本物理关系。曲线分上升段和下降段，可用多种数学模型表示。曲线峰值应力对应的应变通常取0.002，极限应变通常取0.0033。第85页/共96页2022-4-264.重复荷载作用下,混凝土会发

45、生疲劳破坏,混凝土疲劳强度较一次短期加荷的强度低。5.混凝土变形模量有三种表达:原点模量、切线模量、割线模量。6.徐变和收缩是混凝土随时间发展的变形，对混凝土结构会产生影响，两者发生的原因不同，影响因素有共同之处，但最明显的区别是徐变与应力状态有关，而收缩与应力无关。随应力加大，混凝土徐变由线性变为非线性，最终可发展成不收敛的变形，导致结构破坏。因此，混凝土结构构件上的长期应力不应超过80%的极限强度。练习第86页/共96页2022-4-267.混凝土结构中使用的钢筋按受力性能可分为两大类：有明显流幅的钢筋和无明显流幅的钢筋，前者塑性较好，后者强度较高，但塑性较差。按钢材的化学成分可分为碳素钢

46、和低合金钢；按加工方法还可分为热轧钢筋、冷加工钢筋和热处理钢筋等。一般普通钢筋混凝土结构中使用的热轧钢筋,预应力混凝土结构中使用消除应力的高强钢丝、钢绞线、热处理钢筋，有时也使用冷加工钢筋。8.混凝土结构对钢筋性能的要求是：强度、塑性、可焊性、耐久性和与混凝土的粘结力。9.钢筋与混凝土之间的粘结力是钢筋与混凝土共同工作的重要保证，粘结强度对钢筋的搭接、锚固及混凝土抗裂性能有重要影响。第87页/共96页2022-4-261. 钢筋混凝土结构混凝土的强度等级不应低于C15。 2. 混凝土各项强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。 3. 混凝土在三向受压应力状态下，抗压强度提高较多，延性略有降低。 4. 混凝土的弹性模量不小于变形模量。 5. 单向受压的混凝土试件，在达到极限压应变时应力同时达到最大。 6. 立方体试件尺寸越大，抗压强度越高。 7. 一般来说，钢材含碳量越高，其强度越高，伸长率也越