钢筋与混凝土共同工作原理的认识

钢筋与混凝土共同工作原理的认识

【摘要】钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理、力学性能完全不同的材

料所组成。混凝土的抗压能力较强而抗拉能力却很弱。纲材的抗拉和抗压能力都

很强。为了充分利用材料的性能以及降低造价，把混凝土和钢筋这两种材料结合

在一•起共同工作，使混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，以满足工程结构

的使用要求。

【关键词】钢筋混凝土强度和变形极限强度冷加工

绪论

本论文研究钢筋与混凝土的共同工作原理，第一章为绪论，第二章介绍钢筋

工程，第三章介绍混凝土工程，第四章论述二者共同工作原理。首先对钢筋与混

凝土作如下简介。

钢筋是配置在钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土构件中的钢条或钢丝的总称。

按生产加工工艺分为热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋、钢丝。按外形分为光圆

钢筋和变形钢筋(有螺纹，人字形和月牙形)。按物理性能分为有明显物理屈服

点的软钢和无明显物理屈服点的硬钢。

混凝土是一种人工石材，按表观密度分为普通混凝土、重混凝土、轻混凝土。

混凝土结构是在19世纪中期开始得到应用的，在工程中最初仅在最简单的结构

物如拱、板以及基础中作为抗压结构使用。在2()世纪7()年代以来混凝土结构有

r较大发展，很多国家已把高强钢筋及高强混凝土应用于大跨度，重型，高层结

构中。如今钢筋混凝土作为世界上运用最广泛的建筑材料，其工作原理及安全性

是建筑科学研究的重点，因此在这里研究二者的共同工作原理。

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理、力学性能完全不同的材料所组成。

混凝土的抗压能力较强而抗拉能力却很弱。钢材的抗拉和抗压能力都很强。为了

充分利用材料的性能以及降低造价，把混凝土和钢筋这两种材料结合在一起共同

工作，使混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，以满足工程结构的使用要求。

钢筋混凝土构件除了能够合理利用钢筋和混凝土两种材料的性能外，还有其

他优点［3］：如耐久件，耐火性，整体性，可模性和节约钢材等。

钢筋工程

钢筋作为钢筋混凝土结构中的一部分，主要承受拉应力。按强度和变形性能

分为软钢和硬钢，这里研究有明显流幅的软钢，原因在于当结构破坏时，钢筋受

拉延长，在达到屈服强度时所能承受的拉应力会增大且有明显流幅，这时能明显

发现构件破坏而停止使用。而且剩余的钢筋强度可作为安全储备。工程中常将钢

筋进行冷加工以提高其受力等性能。

2.1钢筋力学性能

2.1.1钢筋强度和变形

钢筋的强度和变形可以用拉伸试验得到的应力-应变曲线来说明。如图2-1

为有明显流幅钢筋应力-应变曲线。应力值在A点以前，应力与应变成比例变化,

与A点对应的应力称为比例极限。过A点后，应变较应力增长较快，到达B上

钢后筋开始塑流此点称为屈服上限。当到达B下后直到R点水平距离的大小称

为流幅或屈服台阶。过R点后应力继续上升说明钢筋的抗拉能力又有所提高。

直到C点到达钢筋的极限强度，RC段为强化阶段。过了C点以后钢筋薄弱处将

会发生颈缩，到D处将拉断。

I钢筋的屈服强度［2］：有明显流幅的钢筋屈服下限作为其屈服强度，计算

承载力时以屈服点作为钢筋强度限值。构件中钢筋的应力到达屈服点后，会产生

很大的塑性变形，使钢筋混凝土构件出现很大的变形和过宽的裂缝，以至不能使

用。

2对钢筋质量检验的四项指标［1］：屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性

能是有明显物理屈服点钢筋进行检验的四项主要指标：对■无明显物理屈服点的钢

筋只测定后二项。

3屈强比［2］：屈服强度与极限强度的比值称为屈强比。它表示结构可靠性

的潜力。

4伸长率［2］：反映钢筋塑性性能及变形能力的物理量。其物理意义是表示

钢筋试件拉断后的伸长值与原长之比。

5冷弯性能［2］：在常温下将钢筋绕一定直径的辑轴进行弯曲，而不出现裂

纹或断裂的现象，称为冷弯性能符合条件。其主要参数是弯心直径和冷弯角度。

2.2钢筋的冷加工

2.2.1冷拉

1概念［1］：在常温下将普通热轧钢筋进行强力拉伸至屈服点而进入强化阶

段，迫使钢筋内部晶体组织发生改变，从而提高钢筋屈服强度的钢筋。

2冷拉强化与冷拉时效：冷拉强化卸载后，重新加载，则其屈服强度有所提

高.即为冷打强化（此时应力应变曲线按卸荷线发展）：若过一段时间再加载，

则屈服强度较冷拉强化的屈服强度还高（其应力应变曲线不再按原先曲线发展）。

2.2.2冷拔

文摘⑵将热轧钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模，使其产生塑

性变形，拔成较细的钢丝。其与冷拉区别在十：冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，

不能提高其抗压强度；冷拔既能提高钢筋的抗拉强度，乂能提高钢筋的抗压强度。

共同点在于它们的塑性都降低。

2.2.3冷轧

I概念：以普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧圆盘条为母材，在常温

下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。

2特点：冷轧钢筋的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢

丝有明显提高。用之取代普通低碳钢和冷拔低碳钢丝，可改善构件在正常使用阶

段的受力性能和节约钢材.

混凝土

混凝土结构广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、隧道、矿井及水利、海港中。

混凝土承受压力能力远强于受拉能力，故其在结构中主要用于承受压应力。其各

种优点已被广泛认可，本章中介绍其主要性能并对其强度性能做重点介绍。

3.1混凝土组成

文献⑵混凝土是一种人工石材，是使用水泥、水、细骨料等原料按一定比

例搅拌浇筑，并经养护硬化后做成的人工石材。

3.2混凝土的性能

3.2.1和易性

和易性是指混凝土拌合物的施工操作难易程度和抵抗离析作用程度的性质。

是混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗

分层离析泌水的性能及易抹面性等。测定和表示拌合物和易性的方法和指标很

多，我国主要采用标准圆锥形筒测定的坍落度（毫米）及用维勃仪测定的维勃时间

（秒），作为稠度的主要指标。

3.2.2耐久性

耐久性：是材料抵抗自身和自然环境双重因素长期破坏作用的能力。抗渗

性、抗冻性、抗侵蚀性为混凝土耐久性。在一般情况下，混凝土具有良好的

耐久性°但在寒冷地区,特别是存在水位变化的工程部牛以及在饱水状态下受到

频繁的冻融交替作用时，混凝上易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。

用于不透水的工程时，要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。抗渗性、抗冻性、

抗侵蚀性为混凝土耐久性指标。

3.2.3变形

筋，咬合力是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。

光圆钢筋和变形钢筋的粘接机理主要差别在于光圆钢筋粘接力主要来自胶

结力和摩阻力，而变形钢筋的粘接力主要来自机械咬合作用。

4.2.3影响粘接强度的因素

1）混凝土强度：与劈拉强度呈正比。

2）保护层厚度：增加保护层，提高混凝土劈裂抗力。

3）横向钢筋：约束微裂缝发展，粘接强度得到提高。

4）横向压力：约束微裂缝发展，使钢筋与混凝土摩擦力增大。

5）浇注位置：浇注深度，顶部筋由于水分、气泡逸出，混凝土泌水下沉影

响。

4.2.4钢筋锚固

钢筋受拉产生向外的膨胀力，这个膨胀力导致拉力传送到构件表面。为了保

证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结，钢筋必须有一定的锚固长度。

4.2.5保证钢筋和混凝土之间锚固的措施

1保证锚固粘结力和局部粘结应力的可靠传递。1）锚固长度要求。2）采用

直径较小的钢筋和变形钢筋：增加接触面积等。

2钢筋周围的混凝土应有足够的厚度（钢筋间距和保护层厚度）[4]

3钢筋末端设置弯钩。

4混凝土的浇筑：与钢筋位置、振捣等。

5锚固区的侧向压力，

结论

通过调杳研究.钢筋抗抖性能与抗压性能均良好，其经加T后具有多种件能，

能够满足多种工程要求。作为构件具有良好工程实用性，但是其抗腐蚀性能较弱，

易生锈且易发生电化学反应。混凝土抗压性能好抗拉能力弱，单独作为构件易被

剪切力破坏，作为梁板构件受拉区易被拉坏。当混凝土与钢筋共同工作时能充分

发挥二者性能，钢筋布置于梁板受拉区可承受构件的大部分拉应力，在混凝土构

件中使用预应力钢筋能够大幅提高构件承载力。二者共同工作比其他材料更能发

挥各自性能上的优点［1-3卜

在寒冷地区混凝土遇水冻胀及在水中易发生碱骨料反应，因此需要在混凝土

中添加外加剂。混凝土结构自重大仍是限制其发展的一个要索，世界各国正在研

究各种轻质高强混凝土，目前已有进展。在未来几十年中我国城市化的步伐进一

步加快，钢筋混凝土将有更大的发展前景。

参考文献

［1J陈