1、1主講：明承林主講：明承林 副教授副教授/一注結一注結tel:13880302789 e-mail: 混凝土結構混凝土結構基本原理基本原理 basic principles of concrete structure 2 鋼筋混凝土材料的性能鋼筋混凝土材料的性能mechanical properties of reinforced concrete materials成都大學成都大學基建處基建處2混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第 2章第第 2 章章 鋼筋混凝土材料的性能鋼筋混凝土材料的性能3混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章本章重點本章重點 熟

2、悉土木工程用鋼筋的品種、級別、性能熟悉土木工程用鋼筋的品種、級別、性能及其選用原則；及其選用原則； 熟悉熟悉混凝土在各種受力狀態下的強度與混凝土在各種受力狀態下的強度與變形性能及其選用原則；變形性能及其選用原則； 了解了解鋼筋與混凝土的共同工作原理。鋼筋與混凝土的共同工作原理。4混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.1混凝土混凝土2.1.1 組成及特點組成及特點主要材料：主要材料：水泥、水、砂、石水泥、水、砂、石 特點特點:1）以固相為主，包含固體、液體、氣體的三相體；）以固相為主，包含固體、液體、氣體的三相體；2）水化過程長，性能要很長時間才穩定；）水化過程長，性能要很長時

3、間才穩定； 3）水泥石收縮可形成微裂縫；）水泥石收縮可形成微裂縫；4）受制作、養護、使用條件影）受制作、養護、使用條件影 響大。響大。 5第2章 鋼筋混凝土的材料性能 2.1 混凝土 通常把混凝土的結構分為三種類型：通常把混凝土的結構分為三種類型： . .微觀結構：微觀結構：也即水泥石結構，包括水泥凝膠、晶體骨架、也即水泥石結構，包括水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成。 . .亞微觀結構：亞微觀結構：即混凝土中的水泥砂漿結構。即混凝土中的水泥砂漿結構。 . .宏觀結構：宏觀結構：即砂漿和粗骨料兩組分體系。即砂漿和粗骨料兩組分體系。 注意：注意：

4、1.1.骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結合強度是影響骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結合強度是影響混凝土強度的重要因素；混凝土強度的重要因素；2.2.在荷載的作用下，微裂縫的擴展對混凝土的力學性能有在荷載的作用下，微裂縫的擴展對混凝土的力學性能有著極為重要的影響。著極為重要的影響。6混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.1.2 混凝土強度混凝土強度 1.立方體抗壓強度立方體抗壓強度 符號符號:fcu (1)立方體抗壓強度立方體抗壓強度 單位單位: n/mm2 a.確定方法確定方法 規范規定規范規定:用邊長為用邊長為150mm的標準立方體試件，鋼的標準立方體試件，鋼模成型

5、，經澆注、振搗密實后靜置一晝夜，拆模后模成型，經澆注、振搗密實后靜置一晝夜，拆模后在標準養護條件下在標準養護條件下(溫度溫度203c，相對濕度不小于，相對濕度不小于90%)養護養護28d后，檫干表面水，在試驗機上沿澆注后，檫干表面水，在試驗機上沿澆注的垂直方向試壓。試壓時，試塊表面不涂潤滑劑，的垂直方向試壓。試壓時，試塊表面不涂潤滑劑，全截面受力全截面受力,加荷速度約為加荷速度約為0.30.5n/mm.s。試塊加。試塊加壓至破壞時所測得的極限平均壓應力壓至破壞時所測得的極限平均壓應力,作為混凝土的作為混凝土的立方體抗壓強度。立方體抗壓強度。7試驗錄像試驗錄像8第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性

6、能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土混凝土破壞機理混凝土破壞機理fc fcu ?不涂潤滑劑涂潤滑劑9第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土圖 2-10 縱向應變1、橫向應變2及體積應變v/v00.511.5210-3abcd-3-2-1 fc縱向應變橫向應變體積應變10第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土由上述混凝土的破壞機理可知，微裂縫的發展導致橫向變形的由上述混凝土的破壞機理可知，微裂縫的發展導致橫向變形的 增大。增大。對橫向變形加以約束對橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發展，從

7、而，就可以限制微裂縫的發展，從而 可提高混凝土的抗壓強度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱可提高混凝土的抗壓強度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱 體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強度的差別和體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強度的差別和 破壞形態的不同。破壞形態的不同。混凝土局部受壓強度混凝土局部受壓強度fcl 比比軸心抗壓強度軸心抗壓強度 fc 大很多，大很多，也是因為局部受壓面積以也是因為局部受壓面積以 外的混凝土對局部受壓區外的混凝土對局部受壓區 域內部混凝土微裂縫產生域內部混凝土微裂縫產生 了較強的約束。了較強的約束。圖 2-10 局部受壓試件11混凝土結構基本原理混凝

8、土結構基本原理第第 2 2章章 b.影響因素影響因素 (a)溫度溫度 (b)濕度濕度 (c)齡期齡期 (d)試塊尺寸試塊尺寸 尺寸效應尺寸效應 立方體尺寸越小，測得的混凝土抗壓強度立方體尺寸越小，測得的混凝土抗壓強度越大。越大。 非標準試塊強度換算系數：非標準試塊強度換算系數： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。12混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 (e)試塊形狀試塊形狀 612圓柱體：圓柱體：1.20 （1=2.54cm） 612棱柱體：棱柱體：1.32 (f)試驗方法試驗方法 -試塊上下表面不涂潤滑劑時，試塊與試試塊上

9、下表面不涂潤滑劑時，試塊與試驗機墊板之間的摩擦對試塊有驗機墊板之間的摩擦對試塊有“套箍套箍”作用，作用，延緩了裂縫的發展，從而提高了試件的混凝土延緩了裂縫的發展，從而提高了試件的混凝土的極限抗壓強度。的極限抗壓強度。 -加荷速度：越快越大。加荷速度：越快越大。 c30 xd 當 x時，y0，0ddxy x0，0y 132第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土根據以上條件，過鎮海提出的應力根據以上條件，過鎮海提出的應力-應變全曲線表達式應變全曲線表達式1 ) 1(1 )2()23()(232xxxxxxaxaaxxyca=ec/e0， ec為初始彈性

10、模量；為初始彈性模量； e0為峰值點時的割線模量，為峰值點時的割線模量， 為滿足條件為滿足條件和和，一般，一般應有應有1.5a3； c 為下降段為下降段參數參數00.0020.0040.0060.0080.01204060 (mpa)c20c40c60c80332.1 混凝土第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能hognestad建議的應力建議的應力-應變曲線應變曲線uuccff0000200 15. 010 200.0020.0038 fc0.15 fc0u2.1 2.1 混凝土混凝土34第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能規范規范應力應力-應變關系應變

11、關系上升段：)1 (1 0ncccf0下降段：ccfu055010)50(0033. 010)50(5 . 0002. 0)50(6012cuucucufffn規范混凝土應力-應變曲線參數fcuc50c60c70c80n21.831.671.500.0020.002050.00210.00215u0.00330.00320.00310.0032.1 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070c80c60c40c202.1 2.1 混凝土混凝土35第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能曲線的利用曲線的利用-求混凝土模量求混凝土模量(初始初始)彈

12、性模量彈性模量0tgec變形模量變形模量(割線模量割線模量)1tgec切線模量切線模量2.1 混凝土2.1 2.1 混凝土混凝土tgec 棱柱體試件。棱柱體試件。受壓：受壓：受拉：受拉：ec=0.5 ec剪切模量：剪切模量：gc=0.4 ec 泊松比泊松比 = 橫向應變橫向應變/縱向縱向 應變應變=0.2cu5c7 .342 . 210tanfe36第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量 elastic modulusec= tan 原點切線模量原點切線模量 elastic modulus0ddecec= tan 割線模量割線模量 secant

13、 modulusceec= tan 切線模量切線模量 tangent modulusddec 彈性系數彈性系數n n (coefficient of elasticity)隨應力增大而減小隨應力增大而減小n n =10.52.1 2.1 混凝土混凝土elcecen37第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能彈性模量測定方法0.5fc510 次)n/mm(74.342 . 21025cucfe2.1 混凝土2.1 2.1 混凝土混凝土38第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 混凝土(2)多次加載時多次加載時 疲勞疲勞疲勞強度疲勞強度混凝土的疲勞強度由疲勞

14、試驗測定。采用混凝土的疲勞強度由疲勞試驗測定。采用100mm100mm300mm 或著或著150mm150mm450mm的的棱柱體，把棱柱體試件承受棱柱體，把棱柱體試件承受200萬次或其以上循環荷載而發生萬次或其以上循環荷載而發生破壞的壓應力值稱為破壞的壓應力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度混凝土的疲勞抗壓強度。影響因素影響因素施加荷載時的應力大小是影響應力施加荷載時的應力大小是影響應力-應變曲線不同的發展和變應變曲線不同的發展和變化的關鍵因素，即混凝土的疲勞強度與重復作用時應力變化化的關鍵因素，即混凝土的疲勞強度與重復作用時應力變化的幅度有關。的幅度有關。在相同的重復次數下，疲勞強度隨著疲勞應力在

15、相同的重復次數下，疲勞強度隨著疲勞應力比值的增大而增大比值的增大而增大。2.1 2.1 混凝土混凝土39混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章40混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章(3)徐變徐變 在長期荷載作用下在長期荷載作用下 (creep) 定義：定義：在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移 繼續增大的現象。繼續增大的現象。 特點：特點：早期發展快，但可以延續數年。早期發展快，但可以延續數年。41第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 混凝土 在應力（在應力（0.5fc）作用瞬間，首先產生瞬時）作

16、用瞬間，首先產生瞬時彈性應變彈性應變 el（= i/ec(t0)，t0加荷時的齡期）。加荷時的齡期）。 隨荷載作用時間的延續，變形不斷增長，前隨荷載作用時間的延續，變形不斷增長，前4個月徐變增個月徐變增長較快，長較快，6個月可達最終徐變的（個月可達最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸，以后增長逐漸緩慢，緩慢，23年后趨于穩定。年后趨于穩定。2.1 2.1 混凝土混凝土42第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 混凝土 記記(t- -t0)時間后的總應變為時間后的總應變為 c(t, ,t0)，此時混凝土的收縮應變為，此時混凝土的收縮應變為 sh(t，t0)，則徐變為，則

17、徐變為， cr (t, ,t0) = c(t, ,t0)- -c(t0)- - sh(t, ,t0)= c(t, ,t0)- - el- - sh(t, ,t0)2.1 2.1 混凝土混凝土43第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 混凝土如在時間如在時間t 卸載，則會產生卸載，則會產生瞬時彈性恢復應變瞬時彈性恢復應變 el。由于混凝土。由于混凝土彈性模量隨時間增大，故彈性恢復應變彈性模量隨時間增大，故彈性恢復應變 el小于加載時的瞬時彈小于加載時的瞬時彈性應變性應變 el。再經過一段時間后，還有一部分應變。再經過一段時間后，還有一部分應變 el可以恢復，可以恢復，稱為

18、稱為彈性后效彈性后效或徐變恢復，但仍有不可恢復的殘留永久應變或徐變恢復，但仍有不可恢復的殘留永久應變 cr2.1 2.1 混凝土混凝土44混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章影響因素：影響因素：加載時的混凝土齡期；加載時的混凝土齡期； 持續壓力大小；持續壓力大小； 混凝土的組成材料及配合比；混凝土的組成材料及配合比； 混凝土的制作養護條件。混凝土的制作養護條件。影響影響:內在因素內在因素是混凝土的組成和配比。骨料是混凝土的組成和配比。骨料(aggregate)的的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。剛度（彈性模量）越大，體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。

19、水灰比越小，徐變也越小。環境影響環境影響包括養護和使用條件。受荷前養護包括養護和使用條件。受荷前養護(curing)的的溫濕度越高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采溫濕度越高，水泥水化作用月充分，徐變就越小。采用蒸汽養護可使徐變減少（用蒸汽養護可使徐變減少（2035）%。受荷后構件所。受荷后構件所處的環境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。處的環境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。45混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章徐變對結構的影響：徐變對結構的影響：使構件變形增大；使構件變形增大；在軸壓構件中，使鋼筋應力增加，在軸壓構件中，使鋼筋應力增加， 混凝土應力減小；混凝土應力

20、減小；在預應力構件中，使預應力發生損失；在預應力構件中，使預應力發生損失；在超靜定結構中，使內力發生重分布。在超靜定結構中，使內力發生重分布。 46(4)箍筋約束混凝土受壓的應力-應變關系第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 螺旋箍筋約束對強度和變形能力均有很大提高螺旋箍筋約束對強度和變形能力均有很大提高 矩形箍筋約束對強度的提高不是很顯著，但對變形能力有矩形箍筋約束對強度的提高不是很顯著，但對變形能力有顯著改善顯著改善(a) 螺旋箍筋壓應變壓應力(n/mm2)箍筋 s=(b) 矩形箍筋壓應變壓力箍筋 d=4.76mm，s=38.1mm箍筋 d=

21、4.76mm，s=63.5mm無箍筋confinement with transverse reinforcement 47第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 箍筋與內部混凝土的體積比；箍筋與內部混凝土的體積比； 箍筋的屈服強度；箍筋的屈服強度； 箍筋間距與核心截面直徑或邊長的比值；箍筋間距與核心截面直徑或邊長的比值； 箍筋直徑與肢距的比值；箍筋直徑與肢距的比值； 混凝土強度，對高強混凝土的約束效果差一些。混凝土強度，對高強混凝土的約束效果差一些。影響因素48第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能r.park建議的矩形封閉箍筋

22、約束混凝土的應力-應變曲線a0.002bcd50u50h5020cfztan約束混凝土非約束混凝土cf 0.5cf 0.2cf 2.1 2.1 混凝土混凝土49第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土(5)(5)混凝土受拉應力混凝土受拉應力- -應變關系應變關系 ftt0ctctcttefefef25 . 0050纖維混凝土纖維混凝土510.002.004.006.008.0010.00strain (%)0.001.002.003.004.005.006.00stress (mpa)ecc in tension, 21 days5253混凝土結構基

23、本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.非受力變形非受力變形 體積變形體積變形 (1)收縮收縮(shrinkage)定義：定義：混凝土在空氣中結硬時體積減小的現象。混凝土在空氣中結硬時體積減小的現象。 收縮率：收縮率：310-4。收縮。收縮=凝縮凝縮+干縮干縮特點：特點：早期快，可延續早期快，可延續12年。年。54第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產生的變形。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產生的變形。 當這種自發的變形受到外部（支座）或內部（鋼筋）的約當這種自發的變形受到外部（支座）或內部（鋼筋）

24、的約束時，束時，將使混凝土中產生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。將使混凝土中產生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預應力混凝土構件產生預應力損失。混凝土收縮會使預應力混凝土構件產生預應力損失。 某些某些對跨度比較敏感的超靜定結構對跨度比較敏感的超靜定結構（如拱結構），收縮（如拱結構），收縮也會引起不利的內力。也會引起不利的內力。55墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形56第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，早期收縮變形發早期收縮變形發展較快，兩周可完成全部收縮的展較快，兩周可

25、完成全部收縮的25%，一個月可完成，一個月可完成50%，以后變形發展逐漸減慢，整個收縮過程可延續兩年以上。以后變形發展逐漸減慢，整個收縮過程可延續兩年以上。 一般情況下，最終收縮應變值約為一般情況下，最終收縮應變值約為(25)10-4 混凝土開裂應變為混凝土開裂應變為(0.52.7)10-414d 28dtsh(25)10-425%50%57第第2 2章章 鋼筋混凝土的材料性能鋼筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土影響因素影響因素 混凝土的收縮受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺混凝土的收縮受結構周圍的溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質、水泥性質、混凝土澆筑質量及養

26、護條件寸、配合比、骨料性質、水泥性質、混凝土澆筑質量及養護條件等許多因素有關。等許多因素有關。 水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。 骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。 干燥失水及高溫環境，收縮大。干燥失水及高溫環境，收縮大。 小尺寸構件收縮大，大尺寸構件收縮小。小尺寸構件收縮大，大尺寸構件收縮小。 高強混凝土收縮大。高強混凝土收縮大。 影響收縮的因素多且復雜，要精確計算尚有一定的困難。影響收縮的因素多且復雜，要精確計算尚有一定的困難。 在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應力的不利影響。在實際工程中，要采取一定措施減小收縮應力

27、的不利影響。減少收縮的措施：減少收縮的措施： 限制水泥用量；減小水灰比；加強振搗和養護；限制水泥用量；減小水灰比；加強振搗和養護； 構造鋼筋數量加強；設置變形縫；摻膨脹劑。構造鋼筋數量加強；設置變形縫；摻膨脹劑。(2)膨脹膨脹 定義：定義：混凝土在水中結硬時體積增大的現象。混凝土在水中結硬時體積增大的現象。 因對工程一般有利，故不考慮因對工程一般有利，故不考慮58混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.1 鋼筋的型式鋼筋的型式2.2鋼筋鋼筋1. 鋼筋的型式鋼筋的型式（1）勁性鋼筋勁性鋼筋（2）柔性鋼筋柔性鋼筋2.勁性鋼筋勁性鋼筋3.柔性鋼筋柔性鋼筋steel reinfor

28、cement 59混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.1.2 鋼筋的品種和級別鋼筋的品種和級別1. 鋼筋的品種鋼筋的品種 （1）按鋼筋的化學成分分按鋼筋的化學成分分 a.a.碳素鋼碳素鋼 b.b.普通低合金鋼普通低合金鋼低低 碳：碳：c0.6% mn 錳，錳，si 硅，硅，v 釩，釩， nb 鈮，鈮，ti 鈦，鈦， c 碳碳60混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.2 鋼筋的品種和級別鋼筋的品種和級別 （2）按鋼筋的軋制外形分按鋼筋的軋制外形分 a.a.光圓鋼筋光圓鋼筋 b.b.變形鋼筋變形鋼筋 （3 3）按鋼筋的直徑大小分按鋼筋的直徑大小分 a. 鋼

29、絲：鋼絲： 3，5 b.細鋼筋：細鋼筋： 6，10 c.中粗鋼筋：中粗鋼筋：12，20 d.粗鋼筋：粗鋼筋： 22，5061混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.2 鋼筋的品種和級別鋼筋的品種和級別1. 鋼筋的品種鋼筋的品種 （4）按鋼筋的生產工藝分按鋼筋的生產工藝分 a.a.熱軋鋼筋熱軋鋼筋 b.b.冷拉鋼筋冷拉鋼筋 c.c.冷拔鋼筋冷拔鋼筋 d.熱處理鋼筋：經淬火處理得，熱處理鋼筋：經淬火處理得， fptk=1470mpa，無明顯屈服點，無明顯屈服點 e.刻痕鋼絲刻痕鋼絲 f.鋼絞線鋼絞線 g.冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋 h.冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋 i.雙鋼筋雙鋼筋62混

30、凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.2 鋼筋的品種和級別鋼筋的品種和級別1. 鋼筋的品種鋼筋的品種 （5）按鋼筋的供應形式分按鋼筋的供應形式分 a.a.盤圓鋼筋盤圓鋼筋 ：直徑：直徑10mm 10mm b. b.直條鋼筋直條鋼筋 ：直徑直徑 10mm （6）按鋼筋的單調受拉的應力與應變性質分）按鋼筋的單調受拉的應力與應變性質分 a.有明顯屈服點有明顯屈服點的鋼筋的鋼筋 ：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋 b.無明顯屈服點的鋼筋無明顯屈服點的鋼筋 ：鋼絲、熱處理鋼筋：鋼絲、熱處理鋼筋63混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章d公稱直徑 a3 股鋼絞線量測

31、尺寸鋼絞線刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲64混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.2 鋼筋的品種和級別鋼筋的品種和級別2. 鋼筋的級別鋼筋的級別 v熱軋鋼筋熱軋鋼筋400840rrb400(k20mnsi)400650hrb400(20mnsiv, 20mnsinb,20mnti)335650hrb335(20mnsi)300820hpb300(q300)fyk/(n/mm2)d/(mm)符號符號種種 類類65混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第 2 章 hpb 熱軋光面鋼筋，橋梁規范用熱軋光面鋼筋，橋梁規范用r表示；表示； hrb 熱軋帶肋鋼筋；熱軋帶肋鋼筋； rrb 余熱處理鋼

32、筋，橋梁規范用余熱處理鋼筋，橋梁規范用kl表示。表示。mn 錳，錳，si 硅，硅，v 釩，釩，nb 鈮，鈮，ti 鈦，鈦， c 碳碳低低 碳：碳：c0.6%20mnsiv含碳含碳萬分數萬分數含錳、硅、釩的含錳、硅、釩的百分數百分數，取整。，取整。66熱軋鋼筋熱軋鋼筋 hot rolled steel reinforcing barhpb300級、hrb335級、hrb400級、rrb400級hpbhot rolledplainbarhrbhot rolledrolledbarrrbrolledribbedbarhpb300級(級)鋼筋鋼筋多為光面鋼筋（多為光面鋼筋（plain bar），），多

33、作為多作為現澆樓板的受力鋼筋和箍筋。現澆樓板的受力鋼筋和箍筋。 hrb335級(級)和 hrb400級(級)鋼筋鋼筋強度較高，多強度較高，多作為作為鋼筋混凝土構件的受力鋼筋，尺寸較大的構件，也有用鋼筋混凝土構件的受力鋼筋，尺寸較大的構件，也有用級級鋼筋作箍筋的鋼筋作箍筋的為增強與混凝土的粘結（為增強與混凝土的粘結（bond），外形制作成），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（月牙肋或等高肋的變形鋼筋（deformed bar）。67混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第 2 章v 中、高強鋼絲、鋼絞線中、高強鋼絲、鋼絞線做預應力筋用。做預應力筋用。中強：中強：8001370mpa高強：高強：1

34、4701860mpa1003.5% 4% 68混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第2 章v 熱處理鋼筋熱處理鋼筋 經淬火處理得，經淬火處理得，fptk=1470mpa，無明顯屈服點。，無明顯屈服點。v 冷加工鋼筋冷加工鋼筋 冷加工工藝：冷加工工藝：冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。 目的：目的：提高強度，節約鋼材。但塑性減小。提高強度，節約鋼材。但塑性減小。冷拉鋼筋仍有屈服臺階。冷拉鋼筋仍有屈服臺階。69小結小結: :鋼筋的分類鋼筋的分類按化學成分按化學成分碳素鋼碳素鋼 普通低合金普通低合金鋼鋼 錳系錳系 硅礬系硅礬系 低碳鋼低碳鋼中碳鋼中碳鋼高碳鋼高碳鋼硅鈦系硅鈦系 硅錳

35、系硅錳系 硅鉻系硅鉻系 c0.25% c0.25% c=0.25%0.6% c=0.25%0.6% c=0.6%1.4% c=0.6%1.4% 有無物理屈有無物理屈服點服點 有有無無鋼鋼 絞絞 線線 鋼鋼 筋筋 鋼鋼 絲絲 熱軋鋼筋熱軋鋼筋 軟鋼軟鋼 軟鋼軟鋼 70冷加工鋼筋冷加工鋼筋 小結小結: :鋼筋的分類鋼筋的分類軋制和加工軋制和加工工藝工藝 熱軋鋼筋熱軋鋼筋 熱處理鋼筋熱處理鋼筋 hpb235hrb335hrb400rrb40040si2mn48si2mn45si2cr冷拉鋼筋冷拉鋼筋冷撥鋼絲冷撥鋼絲冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋71 2.2.3 鋼筋的強度與變形鋼筋的強

36、度與變形 1.有明顯屈服點的鋼筋有明顯屈服點的鋼筋 steel bar with yield point (1)試驗研究試驗研究 a為比例極限proportional limit =esa為彈性極限elastic limitde為強化段strain hardening stageb為屈服上限upper yield strengthc為屈服下限，即屈服強度屈服強度 fylower yield strengthcd為屈服臺階yield plateaue為極限抗拉強度 fu ultimate tensile strength aabcdefufyf72彈性階段彈性階段 a a點以前應力應變呈直線關系

37、，故點以前應力應變呈直線關系，故a a點對應的應點對應的應力稱為力稱為比例極限比例極限。 鋼筋的鋼筋的彈性模量彈性模量是根據拉伸實驗中測得彈性階是根據拉伸實驗中測得彈性階段的應力應變關系確定的。彈性模量是彈性段應力應段的應力應變關系確定的。彈性模量是彈性段應力應變的比值。變的比值。 鋼筋的受壓彈性模量與受拉時鋼筋的受壓彈性模量與受拉時相同相同。73屈服階段屈服階段 進入屈服階段進入屈服階段bcdbcd段，應力應變不再成正比例關段，應力應變不再成正比例關系，屈服階段系，屈服階段bcdbcd段呈鋸齒形，應力在一個很小范圍內段呈鋸齒形，應力在一個很小范圍內波動，應變卻自動增長，猶如停止了對外力的抵抗

38、，或波動，應變卻自動增長，猶如停止了對外力的抵抗，或者說屈服于外力，所以叫做屈服階段。者說屈服于外力，所以叫做屈服階段。bcdbcd段稱為流幅或屈服平臺。段稱為流幅或屈服平臺。 鋼筋到達屈服階段時，雖尚未斷裂，但一般已不鋼筋到達屈服階段時，雖尚未斷裂，但一般已不能滿足結構的設計要求，所以設計時是以這一階段的應能滿足結構的設計要求，所以設計時是以這一階段的應力值為依據，為了安全起見，取其下限值力值為依據，為了安全起見，取其下限值c c，屈服下限，屈服下限也叫也叫屈服強度或屈服點屈服強度或屈服點y y。74強化階段強化階段 在應力超過在應力超過d d點后，鋼筋進入強化階段，鋼筋點后，鋼筋進入強化階

39、段，鋼筋的應力重新開始增長，應力應變曲線的斜率變得遠比的應力重新開始增長，應力應變曲線的斜率變得遠比彈性階段小，而且隨著應力的增長越來越小，這種塑彈性階段小，而且隨著應力的增長越來越小，這種塑性變形可一直延續到最高點性變形可一直延續到最高點e e，稱為強化階段，稱為強化階段dede。 對應的最高點對應的最高點e e的應力為的應力為抗拉強度抗拉強度b b。75破壞階段破壞階段 當試件強度達到當試件強度達到e e點后，在試件內部某個薄弱部點后，在試件內部某個薄弱部位的截面將突然急劇縮小，發生局部位的截面將突然急劇縮小，發生局部頸縮現象頸縮現象。 出現頸縮現象后，應力是逐漸降低的，至出現頸縮現象后，

40、應力是逐漸降低的，至f f點試點試件在頸縮處被拉斷，件在頸縮處被拉斷，f f點對應的應變稱為鋼筋的點對應的應變稱為鋼筋的極限應變極限應變。 76有物理屈服點的鋼筋有兩個強度指標有物理屈服點的鋼筋有兩個強度指標 一是一是c c點的點的屈服強度屈服強度，這是鋼筋混凝土構件設，這是鋼筋混凝土構件設計時鋼筋強度取值的依據，因為鋼筋屈服后產生了較計時鋼筋強度取值的依據，因為鋼筋屈服后產生了較大的塑性變形，這將使構件變形和裂縫寬度大大增加大的塑性變形，這將使構件變形和裂縫寬度大大增加以致無法使用，所以在設計中采用屈服強度作為鋼筋以致無法使用，所以在設計中采用屈服強度作為鋼筋的強度極限。的強度極限。 另一個

41、強度指標是另一個強度指標是e e點的鋼筋點的鋼筋極限強度極限強度，一般，一般用作鋼筋的實際破壞強度。用作鋼筋的實際破壞強度。77有明顯屈服點鋼筋的應力-應變關系一般可采用雙線性的理想彈塑性關系yyysfe fy y1es 鋼筋的彈性模量(n/mm2)種 類eshpb235 級鋼筋2.1105hrb335 級鋼筋、hrb400 級鋼筋、rrb400 級鋼筋、熱處理鋼筋2.0105消除應力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05105鋼絞線1.9510578混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章屈服點0by0b0.2條件屈服點殘余應變0.2熱軋鋼筋熱軋鋼筋鋼絲、鋼絞線、鋼絲、鋼絞線、各種冷

42、加工鋼筋各種冷加工鋼筋(2)應力應力應變曲線的利用應變曲線的利用 a.鋼筋強度設計值的確定鋼筋強度設計值的確定屈服強度屈服強度yield strength：是鋼筋強度的設計依據是鋼筋強度的設計依據，因為，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變鋼筋屈服后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變形形不可恢復不可恢復，這會使鋼筋混凝土構件產生很大的變，這會使鋼筋混凝土構件產生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關，形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關，不太穩定，一般取屈服下限作為屈服強度。不太穩定，一般取屈服下限作為屈服強度。79混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2

43、章章b.塑性好壞的確定塑性好壞的確定 用伸長用伸長率和冷彎性能衡量。率和冷彎性能衡量。 伸長率伸長率elongation rate：鋼筋拉斷時的應變，是反：鋼筋拉斷時的應變，是反映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉映鋼筋塑性性能的指標。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預兆，延性較好。斷前有足夠預兆，延性較好。同一根鋼筋同一根鋼筋上述伸長率只反映斷口附近殘留變形大小，上述伸長率只反映斷口附近殘留變形大小， 不反映鋼筋總伸長率情況。不反映鋼筋總伸長率情況。105： ： 1510100100%510100m mlllldldl l1ld:80均勻延伸率均勻延伸率 gt: 對應最大應力時應變，包括

44、了殘對應最大應力時應變，包括了殘余應變和彈性應變，反映了鋼筋真余應變和彈性應變，反映了鋼筋真實的變形能力實的變形能力(2.5%)殘余變形r彈性變形e81混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章v均勻伸長率均勻伸長率鋼筋彈鋼筋彈性模量性模量實測鋼筋實測鋼筋拉斷強度拉斷強度gt殘余殘余伸長伸長00lll s0be已回復彈已回復彈性應變性應變+=82混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章鋼筋均勻伸長率的測定：鋼筋均勻伸長率的測定：83混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 =90,180 ,反復彎曲反復彎曲要要求：冷彎過程中無裂縫、鱗求：冷彎過程中無裂縫、鱗落

45、或斷裂。落或斷裂。d 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反復次數愈高，要求愈高。反復次數愈高，要求愈高。dd 冷彎冷彎 冷彎是檢驗鋼筋局部變形能力的指標。冷彎是檢驗鋼筋局部變形能力的指標。 鋼筋塑性愈好，構件破壞前預兆愈明顯。鋼筋塑性愈好，構件破壞前預兆愈明顯。 842.無明顯屈服點的鋼筋無明顯屈服點的鋼筋 steel bar without yield point如如:中、高強鋼絲、鋼絞線中、高強鋼絲、鋼絞線a0.2%0.2 fua點：比例極限，約為點：比例極限，約為0.65fua點前：應力點前：應力-應變關系為線彈性應變關系為線彈性 a點后：應力點后：應力-應變關系為非線性，應變關系為非線性

46、，有一定塑性變形，且沒有明顯的有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點屈服點 強度設計指標強度設計指標條件屈服點條件屈服點 殘余應變為殘余應變為0.2%所對應的應力所對應的應力規范規范取取 0.2 =0.85 fu 85混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章屈服點0by0b0.2條件屈服點殘余應變0.2熱軋鋼筋熱軋鋼筋鋼絲、鋼絞線鋼絲、鋼絞線86混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.4 鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工冷加工工藝：冷加工工藝：冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。目的：目的：提高強度，節約鋼材。但塑性減小。提高強度，節約鋼材。但塑性減小。 冷

47、拉鋼筋仍有屈服臺階。冷拉鋼筋仍有屈服臺階。87混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.2.5 鋼筋的蠕變、松弛與疲勞鋼筋的蠕變、松弛與疲勞 1.鋼筋的鋼筋的蠕變蠕變 即鋼筋在高應力作用下其應變隨時間的增加而即鋼筋在高應力作用下其應變隨時間的增加而增加的現象。增加的現象。 2.鋼筋的鋼筋的松弛松弛 即鋼筋在受力后長度保持不變的情況下，其應變即鋼筋在受力后長度保持不變的情況下，其應變隨時間的增加而增加的現象。隨時間的增加而增加的現象。 3.鋼筋的鋼筋的疲勞疲勞 即鋼筋在重復、周期動荷載作用下，經過一定次即鋼筋在重復、周期動荷載作用下，經過一定次數后從塑性破壞轉變為脆性破壞的現象。數

48、后從塑性破壞轉變為脆性破壞的現象。88混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.3鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結2.3.1粘結的作用及產生原因粘結的作用及產生原因 1.粘結的作用粘結的作用 鋼筋和混凝土之間的粘結是鋼筋和混凝土這兩種鋼筋和混凝土之間的粘結是鋼筋和混凝土這兩種力學性質不同的材料在結構構件中能夠形成整體、共力學性質不同的材料在結構構件中能夠形成整體、共同工作的基礎。同工作的基礎。 2.粘結產生的原因粘結產生的原因 (1)試驗研究試驗研究 通過對受彎構件的試驗研究分析表明通過對受彎構件的試驗研究分析表明: 粘結力的存粘結力的存在，才使鋼筋的應力沿其長度方向

49、會發生變化。在，才使鋼筋的應力沿其長度方向會發生變化。 沒有鋼筋應力的變化，就不存在粘結應力。沒有鋼筋應力的變化，就不存在粘結應力。89混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章2.3鋼筋與混凝土共同工作鋼筋與混凝土共同工作v粘結錨固長度粘結錨固長度平均粘結應力平均粘結應力 amdlf光面鋼筋光面鋼筋 帶肋鋼筋帶肋鋼筋 2mn/mm5 . 35 . 12mn/mm0 . 65 . 2由由 和鋼筋強度可推算出錨固長度和鋼筋強度可推算出錨固長度 mal90混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 (2)粘結強度粘結強度 鋼筋單位表面面積上所能承受的最大縱向鋼筋單位表面面積上所

50、能承受的最大縱向剪應力稱為粘結強度。剪應力稱為粘結強度。91混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章鋼筋與混凝土之間粘結應力示意圖鋼筋與混凝土之間粘結應力示意圖（a a）錨固粘結應力）錨固粘結應力 （b b）裂縫間的局部粘結應力）裂縫間的局部粘結應力2.3.2 粘結的分類粘結的分類 鋼筋和混凝土之間的粘結按其在構件中作用的性質鋼筋和混凝土之間的粘結按其在構件中作用的性質可分為可分為: 1.錨固粘結或延伸粘結錨固粘結或延伸粘結 2.裂縫附近處的局部粘結裂縫附近處的局部粘結92混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 2.3.3 粘結的機理粘結的機理 1.粘結機理粘結機理

51、鋼筋和混凝土之間的粘結力，主要由三部分組成鋼筋和混凝土之間的粘結力，主要由三部分組成: (1)膠著力膠著力: 鋼筋和混凝土之間接觸表面由于化學鋼筋和混凝土之間接觸表面由于化學作用而產生。作用而產生。 (2)摩擦力摩擦力: 鋼筋表面的粗糙不平鋼筋表面的粗糙不平,使鋼筋和混凝土使鋼筋和混凝土之間的相對滑動趨勢，在接觸面上產生的摩擦阻力。之間的相對滑動趨勢，在接觸面上產生的摩擦阻力。 (3)咬合力咬合力 a.光圓鋼筋光圓鋼筋: 由鋼筋表面粗糙不平而產生。由鋼筋表面粗糙不平而產生。 b.變形鋼筋變形鋼筋: 由變形鋼筋肋間嵌入的混凝土而形由變形鋼筋肋間嵌入的混凝土而形成的機械咬合作用而產生。成的機械咬合

52、作用而產生。93混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 2.光圓鋼筋和變形鋼筋粘結機理的光圓鋼筋和變形鋼筋粘結機理的主要差別主要差別 (1)光圓鋼筋光圓鋼筋: 鋼筋和混凝土之間的粘結力主要來自鋼筋和混凝土之間的粘結力主要來自膠著力和摩阻力。膠著力和摩阻力。 (2)變形鋼筋變形鋼筋: 鋼筋和混凝土之間的粘結力主要來自鋼筋和混凝土之間的粘結力主要來自機械咬合力。機械咬合力。變形鋼筋和混凝土的機械咬合作用變形鋼筋和混凝土的機械咬合作用94混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 2.3.4 影響粘結強度的因素影響粘結強度的因素 1.混凝土的強度混凝土的強度 粘接強度隨混凝土

53、的強度的提高而提高粘接強度隨混凝土的強度的提高而提高,但不成正比但不成正比. 2.鋼筋的表面形狀鋼筋的表面形狀 變形鋼筋的粘結強度比光圓鋼筋的粘結變形鋼筋的粘結強度比光圓鋼筋的粘結強度大強度大. 3.澆注位置澆注位置 4.保護層厚度保護層厚度 5.鋼筋間距鋼筋間距 6.橫向鋼筋橫向鋼筋95混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章 2.3.5 保證鋼筋和混凝土之間的粘結強度的措施保證鋼筋和混凝土之間的粘結強度的措施 1.鋼筋的最小搭接長度和錨固長度鋼筋的最小搭接長度和錨固長度 2.鋼筋的最小間距鋼筋的最小間距 3.混凝土的最小保護層厚度混凝土的最小保護層厚度 4.受力的光圓鋼筋端部要

54、做彎鉤受力的光圓鋼筋端部要做彎鉤 5.對高度較大的梁，混凝土應分層澆筑或對高度較大的梁，混凝土應分層澆筑或二次澆搗。二次澆搗。96混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章普通鋼筋錨固長度普通鋼筋錨固長度 按下列公式計算：按下列公式計算：aldffltya鋼筋抗拉強鋼筋抗拉強度設計值度設計值 鋼筋外鋼筋外形系數形系數 鋼筋直徑鋼筋直徑 混凝土軸心抗混凝土軸心抗拉強度設計值拉強度設計值 0.140.16帶肋鋼筋帶肋鋼筋光面鋼筋光面鋼筋鋼筋類型鋼筋類型97混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章v增加粘結錨固的措施增加粘結錨固的措施 光面鋼筋端部做彎鉤：光面鋼筋端部做彎鉤：(1.250.5 )5.5abrddddddddacabdc25. 6)25. 1 (35 . 5d3手工手工彎鉤：彎鉤：98混凝土結構基本原理混凝土結構基本原理第第 2 2章章機械彎鉤：機械彎鉤：（自己推導)(