混凝土结构材料

第四章混凝土结构材料知识目标：

了解钢筋的品种、表示方法与代号熟悉钢筋、混凝土的主要力学性能指标掌握结构设计时钢筋、混凝土的选用原则理解钢筋与混凝土之间粘结作用的概念能力目标：能够合理选用钢筋级别与混凝土强度等级能够根据所选用的钢筋级别与混凝土强度等级查取相关设计参数（1）热轧钢筋：HPB235（Hot-rolledandPlain-shapedBars）、HRB335（Hot-rolledandRibbedBars）、HRB400。*后面的数字表示钢筋抗拉强度的标准值（Mpa）。第一节钢筋与混凝土的力学性能一、钢筋1.钢筋的品种（2）冷拉钢筋：对某些热轧钢筋进行冷加工而成，钢筋的强度提高、但塑性降低（新修订的规范未将冷加工钢筋列入）。（3）钢丝、钢绞线：高强钢丝（1570Mpa、1860Mpa），中强钢丝（800-1370Mpa），钢绞线（1570Mpa、1860Mpa，分为7股、3股等）。（4）热处理钢筋：对某些热轧钢筋经过淬火和回火处理后而成，钢筋的强度大幅度提高，而塑性降低不多。*RRB400（RemainedheatedtreatmentRibbedBars）为一种“余热处理钢筋”。2钢筋的力学性能(1)钢筋的应力-应变关系Stress-StrainRelation

1)有明显屈服点的钢筋（软钢）

①a’点--比例极限，应力和应变成比例，卸荷后应变恢复为零，②a点--弹性极限，a’-a段应变增长速度比应力增长速度略快，但卸荷后应变仍能恢复为零，③b点--上屈服点（其值不够稳定），④c点--下屈服点（其值稳定），对有明显屈服点的钢筋，下屈服点的应力值称为钢筋的屈服强度或流限，⑤c-f段--屈服台阶或流幅，⑥f-d段--强化段，d点的应力称为极限抗拉强度，⑦d-e段--颈缩段，2）无明显屈服点的钢筋（硬钢）a点：比例极限，约为0.65fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标——条件屈服点(Equivalentyieldpoint)残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取s0.2=0.85fu(2)钢筋的弹性模量钢筋在弹性阶段的应力与应变之比称为弹性模量，用Es表示，钢筋的弹性模量见表4-2。表4-2

钢筋弹性模量（单位：×105N/mm2）

种类ESHPB235级钢筋2.1HRB335级钢筋、HRB400级钢筋、RRB400级钢筋、热处理钢筋2.0消除应力光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05钢绞线1.95注：必要时钢绞线可采用实测得到弹性模量。3对钢筋质量的要求(1)强度钢筋的屈服强度是设计依据（见表表4-3

），极限强度表示钢筋拉断时的实际强度。(2)塑性1）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好）钢筋的断后伸长率：2）冷弯性能*对有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能四项指标，*对没有明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能三项指标。

表4-3普通钢筋强度标准值、强度设计值（N/mm2）

种类符号强度标准值强度设计值fykf’ykfyf’y热轧钢筋HPB235(Q235)235235210210HRB335(20MnSi)335335300300HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)400400360360RRB400(20MnSi)400400360360注：钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉钢筋抗拉强度设计值大于300N/mm2，仍应按300N/mm2取用。3可焊性4.钢筋的选选用原则则（1）钢筋的的选用原原则《混凝土规规范》规定按下下述原则则选用钢钢筋：1）钢筋混混凝土结结构中的的钢筋和和预应力力混凝土土结构中中的非预预应力钢钢筋宜采采用HRB400级和HRB335级钢筋，，也可以以采用HPB235级和RRB400级钢筋；；2）预应力力混凝土土结构中中的预应应力钢筋筋宜采用用预应力力钢铰线线、钢丝丝，也可可以采用用热处理理钢筋；；3）使用冷加工工钢筋应符合合专门规定。。5.各种直径钢筋筋的公称面积积、计算面积积及理论重量量见表4-1表4-1钢筋的计算截截面面积及理理论重量公称直径（mm）不同钢筋根数时的计算截面面积（mm2）单根钢筋理论重量（kg/m）123456789628.357851131411701982262550.2226.533.2661001331661992322652990.260850.31011512012523023524024530.3958.252.81061582112643173704234750.4321078.51572363143934715506287070.61712113.122633945256567879190410170.88814153.93084616157699231077123113851.21016201.1402603804100512061407160818091.58018254055097631017127215271781203622902.00020314.26289421256157018842199251328272.47022380.176011401520190022812661304134212.98025490.998214731964245429453436392744183.85028615.8123218472463307936954310492655424.83032804.2160924133217402148265630643472386.310361017.9203630544072508961077125814391617.990401256.625133770502762837540879610053113109.87050196439285892785698201178413748157121767615.430注：表中的d=8.2mm计算截面面积积及理论重量量仅适用于有有纵肋的热处处理钢筋。二、混凝土混凝土是由水水泥、砂（细细骨料）、石石（粗骨料））、水拌和而而成，各组成成材料的性能能对混凝土的的性能有较大大影响。（一）混凝土的强强度1.混凝土的强度度等级(1)标准试件：边边长150mm的立方体混凝凝土试块；(2)标准养护条件件：20。C±3。C、相对湿度不不小于90%、养护28d；(3)标准试验方法法：试块表面面不涂润滑剂剂、全截面均均匀受压、加加荷速度0.15-0.25N/mm2·s。混凝土强度等等级按照用上上述方法测得得的具有95%保证率的抗压压强度（单位位：N/mm2）确定，用符符号“C”表示。《混凝土规范》根据混凝土立立方体抗压强强度标准值fcu,k，把混凝土强强度划分为14个强度等级，，分别为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，其中C表示混凝土，，C后面的数字表表示立方体强强度标准值，，例如C15即表示fcu,k=15N/mm2，混凝土强度度等级的级差差均为5N/mm2。2、混凝土的轴轴心抗压强度度（棱柱体强强度）*当试件的高度度h与截面边长b之比增大时，，“套箍”作作用减小，测测得的强度值值降低。*h/b=2-4时，测得的抗抗压强度值比比较稳定，规规定150×150×300mm的试件作为试试验混凝土轴轴心抗压强度度的标准试件件。3、混凝土的轴轴心抗拉强度度混凝土的抗拉拉强度远小于于其抗压强度度，一般为测定混凝土抗抗拉强度的试试验方法（1）直接拉伸试试验（2）劈裂试验混凝土强度设设计值等于混混凝土强度标标准值除以混混凝土材料分分项系数表4-4混凝土强度标标准值(N/mm2)强度混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc,k10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2fl,k1.271.541.782.012.202.402.512.642.742.852.993.003.053.11表4-5混凝土强度设设计值(N/mm2)强度混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc7.29.611.914.316.719.121.223.125.327.529.731.833.835.9ft0.911.11.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22=1.4。各种强度等级级的混凝土强强度标准值、、强度设计值值分别按表4-4、表4-5采用。（二）混凝土土的变形性能能1混凝土在一次次短期加荷下下的应力-应变曲线：2混凝土的弹性性模量混凝土弹性模模量的三种表表示方法①原点弹性模模量:②切线模量:③割线模量:在工程实践中中所称的混凝土弹性模模量是指“原原点弹性模量量”，通过试验得得到。混凝土的弹性性模量Ec按表4-6采用。表4-6混凝土弹性模模量（单位位：×104N/mm2）混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80Ec2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.653.703.753.80混凝土的选用用原则为保证结构安安全可靠、经经济耐久，选选择混凝土时时，要综合考考虑材料的力力学性能、耐耐久性能、施施工性能和经经济性等方面面的问题，按按照《混凝土规范》的要求进行选选用。（1）钢筋混凝土土结构的混凝凝土的强度等等级不应低于于C15；当采用HRB335级钢筋时，混混凝土的强度度等级不宜低低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋时，以以及承受重复复荷载的构件件，混凝土强强度等级不得得低于C20。（2）预应力混凝凝土结构的混混凝土的强度度等级不应低低于C30；当采用钢铰铰线、钢丝、、热处理钢筋筋作预应力钢钢筋时，混凝凝土的强度等等级不宜低于于C40。（3）当采用山砂砂混凝土或高高炉矿渣混凝凝土时，尚应应符合专门标标准的规定。。1.粘结的作用和和性质钢筋与混凝土土间的粘结是是保证钢筋和和混凝土共同同工作的基础础，粘结应力力是钢筋和混混凝土接触面面上的剪应力力，使钢筋和和周围混凝土土之间的内力力得到传递。。2.粘结机理分析析（粘结力的的组成）⑴化学胶结力力：来源于水泥泥浆体和钢筋筋表面之间化化学作用产生生的吸附胶着着作用；⑵摩擦力：混凝土凝结硬硬化时的收缩缩使接触面上上产生正压应应力及摩擦力力；⑶机械咬合力力：钢筋表面粗粗糙不平产生生的咬合作用用（光面钢筋筋），肋间钢钢筋与混凝土土之间的咬合合作用（变形形钢筋）。第二节钢钢筋与混凝土土之间的粘结结作用3.钢筋的锚固在混凝土结构构设计中钢筋筋伸入支座或或在连续梁顶顶部负弯距区区段的钢筋截截断时，应将将钢筋延伸一一定的长度，，这就是钢筋的锚固。只有钢筋有有足够的锚固固长度，才能能积累足够的的粘结力，使使钢筋能承受受拉力。当计计算中充分利利用钢筋的抗抗拉强度时，，受拉钢筋的的锚固长度应应按式（4-3）计算：普通钢筋：la=αfyd/ft（4-3a）预应力钢筋：：la=αfpyd/ft（4-3b）式中la～受拉钢筋的的锚固长度；；fy、fpy～普通钢筋、、预应力钢筋筋的抗拉强度度设计值；ft～混凝土轴心心抗拉强度设设计值；当混混凝土强度等等级高于C40时，按C40取值；d～钢筋的公称称直径；α～钢筋的外形形系数，按表表4-7取用。表4-7钢筋的外形系系数钢筋类型光面钢筋带肋钢筋刻痕钢丝螺旋肋钢丝三股钢绞线七股钢绞线α0.160.140.190.130.160.17注：光面钢筋筋指HPB235级钢筋，其末末端应做180°弯钩，弯后平平直段长度不不应小于3d，但作受压钢钢筋时可不做做弯钩；带肋肋钢筋系指HRB335级、HRB400级钢筋及RRB400级余热处理钢钢筋。当符合某些条条件时（详见见混凝土规范范），计算的的锚固长度应应进行修正,受拉钢筋的最最小锚固长度度见下表。4.混凝土保护层层厚度为了保护钢筋筋（防腐、防防火）和保证证钢筋和混凝凝土之间的粘粘结力，钢筋筋外表面至构构件表面要保保持一定距离离，这个距离离之间的混凝凝土层叫做保保护层。梁的的保护层厚度度见表3-2(环境类别见表表1-1)：图3-5净距、保护层层及有效高度度表3-2纵向受力钢筋筋的混凝土保保护层最小厚厚度（mm）环境类别板、墙、壳梁柱≤C20C25～C45≥C50≤C20C25～C45≥C50≤C20C25～C45≥C50一201515302525303030二a—2520—3030—3030b—2520—3530—3530三—3025—4035—4035注：基础的保保护层厚度不不应小于40mm，当无垫层时时不应低于70mm。现浇板保护层层做法5.端弯钩为保证钢筋和和混凝土之间间的粘结力，，防止钢筋在在受拉时滑动动，对承受拉拉力的光圆钢钢筋，其两端端要做成弯钩钩。弯钩的形形式有：半圆圆弯钩和直弯弯钩等，如图图所3-4示。对螺纹钢筋，两端端可不做弯钩。图3-4钢筋和箍筋的弯钩钩6.钢筋的连接绑扎搭接机械连接或焊接钢筋连接形式（1）绑扎搭接接头工作原理：通过钢筋与混凝土土之间的粘结强度度来传递钢筋的内内力。适用范围：■轴心受拉及小偏心心受拉构件的纵向向受力钢筋不得采采用绑扎搭接接头头；■直径大于28mm的受拉钢筋及直径径大于32mm的受压钢筋不宜绑绑扎搭接接头。1）受拉钢筋搭接纵向受拉钢筋绑扎扎搭接接头的搭接接长度ll应根据位于同一连连接区段内的钢筋筋搭接接头面积百百分率按下式计算算，且在任何情况下均不应应小于300mm：ll=ζla≥300mm(3.1.2)式中la—受拉钢筋的锚固长长度；ζ—受拉钢筋搭接长度度修正系数，按表表3.1.6采用。搭接接头的要求：：接头率：钢筋绑扎搭接接头头连接区段的长度度为1.3倍搭接长度，凡搭搭接接头中点位于于该长度范围内的的搭接接头均属同同一连接区段。位位于同一连接区段段内的受拉钢筋搭搭接接头面积百分分率(即有接头的纵向受受力钢筋截面面积积占全部纵向受力力钢筋截面面积的的百分率)，对于梁类、板类类和墙类构件，不不宜大于25%；对柱类构件，不宜宜大于50%。当工程中却有必必要增大受拉钢筋筋搭接接头面积百百分率时，对梁类类构件不应大于50%；对板类、墙类及及柱类构件，可