钢筋混凝土结构的材料

钢筋混凝土结构的材料本课程解决三个问题：1、混凝土为什么配钢筋？2、钢筋与混凝土能够一起工作吗？3、混凝土中怎样配钢筋？（课程重点）第2页,共45页，2024年2月25日，星期天1、混凝土为什么配钢筋？梁的受力图ＶＶM第3页,共45页，2024年2月25日，星期天habAsh0第4页,共45页，2024年2月25日，星期天2、钢筋与混凝土能够一起工作吗？答：二者之间存在粘结力，钢筋与混凝土能够一起工作。第5页,共45页，2024年2月25日，星期天第1章混凝土结构材料的物理力学性能第6页,共45页，2024年2月25日，星期天1.1钢筋的品种和力学性能

1.1.1、钢筋的品种（一）按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系第7页,共45页，2024年2月25日，星期天（二）按表面形状和直径光圆钢筋变形钢筋按表面形状：按直径：钢筋钢丝见图1-1第8页,共45页，2024年2月25日，星期天（三）按加工钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB235，热轧带肋钢筋HRB335，

HRB400，HRB500，余热处理钢筋RRB400冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成余热处理钢筋：RRB400，钢筋通过加热、淬火、回火而成H：热轧（HOTROLLED）

P:光面（PLAIN）B:钢筋（BAR）

R:带肋的（RIBBED）第9页,共45页，2024年2月25日，星期天钢丝光圆钢丝：有3mm、4mm、5mm、6mm、6.25mm、7mm、8mm、

9mm、10mm、12mm螺旋肋钢丝：以普通低碳钢或普通低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后，在其表面冷轧成两面或三面有月牙肋的钢丝。直径有4mm、4.8mm、5mm、6mm、6.25mm、7mm、

8mm、9mm、10mm。刻痕钢丝：在光圆钢丝的表面上进行机械刻痕处理。<5mm和>5mm钢绞线由多根高强光圆或刻痕钢丝捻制在一起经过低温回火处理清除内应力后制成分为2股、3股和7股对7股钢丝捻制的钢绞线还可经拔模制成型号为（1*7）C的钢绞线第10页,共45页，2024年2月25日，星期天螺纹钢筋有18mm、25mm、32mm、40mm、50mm等在目前称为混凝土用螺纹钢筋，主要用作为预应力锚杆钢棒按表面形状分为光圆钢棒、螺旋槽钢棒、螺旋肋钢棒、带肋钢棒优点：强度高、延性好、具有可焊性、镦锻性、可判卷主要用于预应力砼离心管桩、电杆、铁路轨枕、桥梁、码头基础、地下工程、污水处理及其他预制构件中钢筋的应用范围非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400预应力钢筋：钢丝，，钢绞线，热处理钢筋，螺纹钢筋、钢棒第11页,共45页，2024年2月25日，星期天

AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%

0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同（一）钢筋的应力-应变曲线1.1.2、钢筋的力学性能第12页,共45页，2024年2月25日，星期天徐变应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛长度不变，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，需采取必要的措施（二）钢筋的徐变和松弛第13页,共45页，2024年2月25日，星期天重复荷载作用下，钢筋的强度<静载作用下的强度规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。试验方法单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯（三）钢筋的疲劳第14页,共45页，2024年2月25日，星期天（一）冷拉

BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降第15页,共45页，2024年2月25日，星期天（二）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第16页,共45页，2024年2月25日，星期天（三）热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性降低不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性第17页,共45页，2024年2月25日，星期天（四）钢筋的弹性模量在弹性阶段的应力与应变的比值,用Es表示。常用钢筋的弹性模量Es见本教材附录2表5。第18页,共45页，2024年2月25日，星期天（五）混凝土结构对钢筋的要求强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比塑性要求：伸长率和冷弯要求可焊性与混凝土的粘结性（五）混凝土结构对钢筋的要求第19页,共45页，2024年2月25日，星期天1.2混凝土的物理力学性能

1.2.1、混凝土的强度1.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强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等（一）单轴受力状态下混凝土的抗压强度第20页,共45页，2024年2月25日，星期天标准试块：150×150×150非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60表示混凝土Concrete立方体抗压强度1.立方体抗压强度fcu（一）单轴受力状态下混凝土的抗压强度第21页,共45页，2024年2月25日，星期天2.棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数0.95200×200×400换算系数1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.88*0.76fcu=0.67fcu对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=（0.79~0.81）fcu圆柱体抗压强度（一）单轴受力状态下混凝土的抗压强度第22页,共45页，2024年2月25日，星期天1.直接受拉试验ft100100150150500试验结果：ft=0.26fcu2/3考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取ft=0.88*0.26fcu2/3=0.23fcu2/3（二）单轴受力状态下混凝土的抗拉强度第23页,共45页，2024年2月25日，星期天劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu3/4（二）单轴受力状态下混凝土的抗拉强度第24页,共45页，2024年2月25日，星期天1.双轴应力下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.2

2/fc

1/fc拉压

/fc

/fc0.20.1-0.1

0.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度双向正应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线(二)复合受力状态下混凝土的强度第25页,共45页，2024年2月25日，星期天2.三向受压时的混凝土强度

1=fcc’

1=fcc’

2=

3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验有侧向约束时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度(二)复合受力状态下混凝土的强度第26页,共45页，2024年2月25日，星期天破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf

3

2

1

疲劳强度<fcfcf的确定原则：100×100×300或150×150×450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（三）混凝土的疲劳强度第27页,共45页，2024年2月25日，星期天

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢（一）单轴受压时的应力-应变关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段a:<(0.3～0.4)fc时,骨架变形a~b：裂缝稳定扩展b:0.8fc，裂缝不稳定扩展，长期强度c:

fc，最大承载力1.应力-应变关系曲线第28页,共45页，2024年2月25日，星期天3.侧向受约束时混凝土的变形特点

cu约束混凝土非约束混凝土

c

cfccfcEsecEc

c02

c0

sp

cco环箍断裂（一）单轴受压时的应力-应变关系第29页,共45页，2024年2月25日，星期天

p

e

包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似（一）重复荷载下混凝土的变形性能第30页,共45页，2024年2月25日，星期天（三）混凝土的弹性模量

c

c

c

c

e

p

0

1原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.01.弹性模量第31页,共45页，2024年2月25日，星期天2.弹性模量的试验方法（150×150×300标准试件）

c/fc

c0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec（三）混凝土的弹性模量第32页,共45页，2024年2月25日，星期天（四）混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15~0.18，接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量为第33页,共45页，2024年2月25日，星期天（一）长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

c<0.5fc，线性徐变

c<0.8fc，非线性徐变

cr

e

e’

e’’

cr’P原因之一，胶凝体的粘性流动原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展第34页,共45页，2024年2月25日，星期天1.影响徐变的因素应力：

c<0.5fc，徐变变形与应力成正比----线性徐变

0.5fc<

c<0.8fc，非线性徐变

c>0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小（一）长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变第35页,共45页，2024年2月25日，星期天2.徐变对混凝土结构的影响PAsPAs

s1

c1P

s2As

s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：

s

，c

（一）长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变第36页,共45页，2024年2月25日，星期天（二）混凝土的收缩----结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等1.影响因素第37页,共45页，2024年2月25日，星期天2.收缩对混凝土结构的影响As

sAs

s收缩：钢筋受压，混凝土受拉As（二）混凝土的收缩----结硬过程中混凝土体积缩小的性质第38页,共45页，2024年2月25日，星期天1.3钢筋与混凝土的粘结

1.3.1、钢筋与混凝土间的粘结力

钢筋与砼间的粘结力是二者共同工作的基础之一1、粘结力的分布由拔出试验来测定粘结力

lTd

max

u第39页,共45页，2024年2月25日，星期天粘结应力为：（1－11）——单位长度上钢筋应力变化值。——钢筋截面面积。——钢筋周界。第40页,共45页，2024年2月25日，星期天2、粘结力组成：①胶着力，较小。②摩擦力，光