钢筋混凝土结构的材料介绍

第一章钢筋混凝土结构(jiégòu)的材料第一页，共45页。1.1钢筋(gāngjīn)(ReinforcementorRebar)一、钢筋的品种(pǐnzhǒng)热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉钢筋，冷轧带肋钢筋）、热处理钢筋；钢丝和钢绞线。第二页，共45页。参见附录二（P.333）各种(ɡèzhǒnɡ)钢筋的符号和强度设计值。各种钢筋的性能和工程应用：(Ⅰ级)钢筋多为光面(ɡuānɡmiàn)钢筋（PlainBar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。(Ⅱ级和Ⅲ级)钢筋强度高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋。钢绞丝、钢丝和热处理钢筋一般用于预应力混凝土结构。第三页，共45页。第四页，共45页。第五页，共45页。二、钢筋(gāngjīn)的力学性能钢筋(gāngjīn)的－曲线lPPA第六页，共45页。由力学性能不同(bùtónɡ)分成：软钢：有明显(míngxiǎn)屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(gāngjīn)(钢丝、热处理钢筋(gāngjīn))第七页，共45页。se(一)软钢有明显(míngxiǎn)屈服点的钢筋Rebarwithyieldpointa’为比例(bǐlì)极限proportionallimits=Esea’a为弹性(tánxìng)极限elasticlimitade为强化段strainhardeningstagebb为屈服上限upperyieldstrengthc为屈服下限，即屈服强度fyloweryieldstrengthcdcd为屈服台阶yieldplateauefue为极限抗拉强度fu

ultimatetensilestrengthfyf第八页，共45页。几个指标(Index)：屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合(bìhé)的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延伸率：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好屈强比反映钢筋的强度(qiángdù)储备，fy/fu=0.6~0.7。第九页，共45页。(二)硬钢无明显(míngxiǎn)屈服点的钢筋fua点前：应力(yìnglì)-应变关系为线弹性a点后：应力(yìnglì)-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——条件屈服强度(协定流限)残余应变为0.2%所对应的应力(yìnglì)《规范》取sfu第十页，共45页。冷加工的方法(fāngfǎ)：冷拉、冷拔、冷轧。冷加工的目的：改变(gǎibiàn)钢材内部结构，提高

钢材强度，节约钢筋(10%~20%)。(三)钢筋(gāngjīn)的冷加工第十一页，共45页。o冷拉控制(kòngzhì)应力

(N/mm2)

冷拉率残余变形o'abcc'd'd冷拉无时效(shíxiào)冷拉经时效(shíxiào)冷拉对钢材性能的影响:

屈服强度提高了，但流幅缩短；钢材变硬变脆了；对承受冲击荷载和重复荷载是不利的。第十二页，共45页。（四）钢筋的蠕变、松弛(sōnɡchí)和疲劳•钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象(xiànxiàng)为蠕变。•钢筋受力后，若保持长度不变，则其应力随时间增长而降低(jiàngdī)的现象称为松弛。•钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。第十三页，共45页。1.2混凝土(Concrete)一、混凝土的强度(qiángdù)混凝土的抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)

混凝土的抗拉强度混凝土在复合应力作用下的强度混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本(jīběn)的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的立方体抗压强度混凝土的强度等级混凝土的选用原则轴心抗压强度第十四页，共45页。（一）立方体抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)fcu（参见录像01）破坏(pòhuài)形式和原理？混凝土的强度(qiángdù)和哪些因素有关？如何影响？由于尺寸效应的影响：fcu(150)=0.95fcu(100)

fcu(150)=1.05fcu(200)如何测定？第十五页，共45页。（二）混凝土的强度(qiángdù)等级水电工程根据强度，从C10~C60共划分为11个强度等级(děngjí)，级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土。第十六页，共45页。补充(bǔchōng)说明：第十七页，共45页。（三）混凝土的选用(xuǎnyòng)原则水电工程中，素混凝土结构受力不宜低于C10钢筋混凝土构件的混凝土强度等级(děngjí)不应低于C15当采用Ⅱ级、Ⅲ级钢筋时，装配式和薄壁结构以及承受重复荷载的构件，不宜低于C20预应力混凝土结构不应低于C30采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40第十八页，共45页。（四）轴心(zhóuxīn)抗压强度fc棱柱体试件高宽比一般(yībān)为h/b=3~4通常取150mm×150mm×300mm或150mm×150mm×450mm标准试件。真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。所以(suǒyǐ)是构件设计时所采用的强度种类，但还要将该标准值变为设计值。第十九页，共45页。为什么棱柱体抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)小于立方体抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)？如何(rúhé)换算？第二十页，共45页。（四）轴心(zhóuxīn)抗拉强度ftft仅相当于fcu的1/9~1/18ft=2P/πd2测量方法：第二十一页，共45页。（五）复合应力状态(zhuàngtài)下的混凝土强度实际结构中混凝土很少受于单向受力状态(zhuàngtài)。更多的是处于双向或三向受力状态(zhuàngtài)。如混凝土拱坝、核电站的安全壳等。参见(cānjiàn)录象（04双向复合受力强度）第二十二页，共45页。混凝土的双向受力强度(qiángdù)双向受拉：强度接近(jiējìn)单向受拉强度一拉一压：强度(qiángdù)降低双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高压压拉第二十三页，共45页。混凝土在正应力(yìnglì)和剪应力(yìnglì)作用下的复合强度在有剪应力作用(zuòyòng)时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度混凝土的抗剪强度：随拉应力(yìnglì)增大而减小随压应力(yìnglì)增大而增大。当压应力(yìnglì)在fc左右时，抗剪强度达到最大。压应力(yìnglì)继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力(yìnglì)的增大而减小。压拉第二十四页，共45页。混凝土的三向受压强度(qiángdù)三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大(jiàodà)提高工程应用：约束混凝土，实际(shíjì)工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱。

侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。参见图1-12。第二十五页，共45页。二、混凝土的变形(biànxíng)（一）单轴受压应力-应变(yìngbiàn)关系如何(rúhé)能画出曲线的下降段？第二十六页，共45页。OA–––弹性(tánxìng)阶段

AfcAB–––弹塑性阶段(jiēduàn)fcfc裂缝稳定(wěndìng)阶段BC–––裂缝不稳定阶段

:0.8fc～1.0fcCBDEfc

0

0•••A

cu••特征点：

0

–––峰值点应变《规范》

0

cu

–––极限压应变。值越大，混凝土的延性越好fc–––轴心抗压强度第二十七页，共45页。混凝土强度(qiángdù)对应力-应变的影响：加载速度(sùdù)对应力-应变的影响：如图1-15约束混凝土可以提高(tígāo)混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高(tígāo)混凝土的变形能力，这一点对于抗震结构非常重要。第二十八页，共45页。（二）混凝土在多次重复荷载下的应力(yìnglì)－应变关系•混凝土的疲劳(píláo)抗压强度，用符号表示。•结合曲线说明第二十九页，共45页。（三）混凝土的弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)初始弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)；割线弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)；切线弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)；多次重复加载求弹性模量(tánxìnɡmóliànɡ)；经验公式；弹性(tánxìng)状态（拉、压相等）由应力-应变关系曲线直接求；变形模量；塑性状态第三十页，共45页。（四）混凝土的徐变徐变：混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力)不变的情况下，变形(应变(yìngbiàn))随时间而不断增长的现象。第三十一页，共45页。◆徐变的影响因素和减小徐变措施内在因素是指混凝土内水泥胶体的影响。水泥胶体多、徐变就大。减小徐变，应尽量减少水泥用量，减小水灰比，增加骨料所占体积及其刚度。环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用(zuòyòng)越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。应力条件是引起徐变的直接原因，应力越大，徐变就越大。在低应力下，徐变与应力为线性关系。在高应力下，将产生非线性徐变，徐变不能趋于稳定，要避免这种情况。加荷龄期。在同样的应力条件下，加荷越早，混凝土硬化越不充分，徐变就越大。第三十二页，共45页。徐变性质(xìngzhì)：线性徐变初应力(yìnglì)cfc徐变与初应力(yìnglì)呈正比，趋于稳定非线性徐变

cfc当cfc，徐变发展最终(zuìzhōnɡ)导致破坏作为混凝土的长期抗压强度。

fc第三十三页，共45页。徐变对结构的影响（有利(yǒulì)和不利）：使构件(gòujiàn)的变形增加；在截面中引起应力(yìnglì)重分布；在预应力混凝土结构中引起预应力损失。第三十四页，共45页。影响(yǐngxiǎng)收缩的主要因素：收缩应变的大小与混凝土的组成、配比、养护条件等关系很大。水泥用量多，水灰比大，振捣不密实，干燥环境下养护，构件外露表面积大等，都会使收缩应变增加。（五）混凝土的温度(wēndù)变形和收缩收缩对结构的影响：使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些对跨度(kuàdù)比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。第三十五页，共45页。（一）单轴受压应力(yìnglì)-应变关系（五）混凝土的温度变形(biànxíng)和收缩（四）混凝土的徐变（二）混凝土在多次重复荷载下的应力－应变(yìngbiàn)关系受力变形体积变形变形内容：第三十六页，共45页。1.3钢筋(gāngjīn)和混凝土的粘结粘结是这两种材料共同受力变形(biànxíng)的保证第三十七页，共45页。1.3钢筋(gāngjīn)和混凝土的粘结第三十八页，共45页。1.3钢筋(gāngjīn)和混凝土的粘结测定、组成(zǔchénɡ)、影响因