1、3鋼筋與混凝土的力學性能鋼筋與混凝土的力學性能本章主要論述了混凝土的力學性能混凝土的立本章主要論述了混凝土的力學性能混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度；混凝方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度；混凝土的變形和混凝土的選用和鋼筋的力學性能。重點土的變形和混凝土的選用和鋼筋的力學性能。重點討論了鋼筋與混凝土之間的相互作用討論了鋼筋與混凝土之間的相互作用粘結力。它粘結力。它們是學習混凝土構造設計原理和構造要求的根底。們是學習混凝土構造設計原理和構造要求的根底。 本章提要本章提要本本 章章 內內 容容3.1 鋼筋鋼筋3.2 混凝土混凝土3.3 鋼筋與混凝土的相互作用鋼筋與混凝土的相

2、互作用粘結力粘結力3.1 鋼筋鋼筋有屈服點的鋼筋試件在實驗機上進展拉伸實驗得出的典型應力應變曲線如圖3.1所示。其中頸縮景象如圖3.2。對于有明顯屈服點的鋼筋取其屈服強度作為鋼筋強度的限值強度目的。 3.1.1 鋼筋的力學性能鋼筋的力學性能3.1.1.1 有屈服點的鋼筋有屈服點的鋼筋121100%lll反映鋼筋塑性性能的根本目的是伸長率和冷彎性能。伸長率是鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長的比率。應按下式計算： 圖3.1鋼筋的應力應變曲線 圖3.2鋼筋的頸縮 無明顯屈服點的鋼筋試件在實驗機上進展拉伸實驗得出的典型應力應變曲線如圖3.3所示。 實踐設計中通常取相應于剩余應變=0.2%時的應力0.2作為

3、名義屈服點，即條件屈服強度。對于無明顯屈服點的鋼筋，由于其條件屈服點不容易測定，因此，這類鋼筋的質量檢驗以其極限強度作為主要目的。規定，條件屈服強度0.2取極限強度b的0.8倍，即：0.2=0.8b 3.1.1.2 無屈服點的鋼筋無屈服點的鋼筋圖3.3無明顯屈服點鋼筋 鋼筋在常溫下的加工稱為冷加工，常用冷拉、冷拔等方法。其目的就是使鋼筋的內部組織構造發生變化，從而提高鋼筋的強度，到達節約鋼筋的目的。 1.冷拉冷拉是把鋼筋張拉到應力超越屈服點的某一應力值，然后放松鋼筋，經時效硬化后再張拉鋼筋時，那么應力應變曲線將發生變化，如圖3.4所示。2.冷拔冷拔是在常溫下將鋼筋熱軋HPB235用強力拔過比它

4、直徑小的硬質合金拔絲模，如圖3.5，拔成比原來直徑小的鋼絲。 3.1.1.3 鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工圖3.4鋼筋冷拉的應力應變曲線 圖3.5鋼筋冷拔表示圖 1.鋼筋的強度規范值GB 500102002規定，資料強度的規范值應具有不少于95%保證率。熱軋鋼筋的強度規范值根據屈服強度確定，用fyk表示。預應力鋼絞線、鋼絲和熱處置鋼筋的強度規范值根據極限抗拉強度確定，用fptk表示。普通鋼筋、預應力鋼筋的強度規范值見附表2、附表3。 3.1.1.4 鋼筋的計算目的鋼筋的計算目的2.鋼筋的強度設計值在進展鋼筋混凝土構造構件承載力設計計算時，鋼筋應采用強度設計值。鋼筋強度設計值等于鋼筋強度規范值除以鋼

5、筋資料分項系數s，按不同鋼筋種類，分別取s=1.101.20。鋼筋的強度設計值見附表4、附表5。 3.1.2 鋼筋的種類鋼筋的種類我國中引薦的鋼筋由碳素構造鋼和普通低合金鋼制成。我國常用的鋼筋種類有以下幾類見圖3.6：1.熱軋鋼筋 2.冷加工鋼筋 3.熱處置鋼筋 4.鋼絲 5.鋼絞線 圖3.6常用鋼筋方式 1 有較高的強度和適宜的屈強比。 2 塑性。要求有良好的塑性，使構造構件在破壞前有明顯的預兆。3 鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力。 4 具有良好的可焊性。5 在冰冷地域，鋼筋的低溫性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工鋼筋，以免發生脆性破壞。 3.1.3 鋼筋的選用鋼筋的選用3.1.3.1 混

6、凝土構造對鋼筋性能的要求混凝土構造對鋼筋性能的要求鋼筋混凝土構造及預應力混凝土構造的鋼筋，應按以下規定采用：1 普通鋼筋宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋，也可采用HPB235級和RRB400級鋼筋；2 預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處置鋼筋。詳細工程中，現澆樓板的鋼筋和梁柱的箍筋多采用HPB235級鋼筋；梁柱的受力筋多采用HRB335、HRB400和RRB400級鋼筋；尺寸較大的構件有時也采用HRB335級鋼筋作箍筋。 3.1.3.2 鋼筋的選用鋼筋的選用3.2 混凝土混凝土混凝土是由水泥、水、粗骨料碎石、卵石、細骨料砂等資料按一定配合比，經混合攪拌，入模澆搗并養護硬化

7、后構成的人工石材。 影響混凝土的強度和變形的主要要素有：原資料的性能；各組成成分的比例，尤其是水灰比的大?。皇┕し椒〝嚢璩潭取矒v的密實性、對混凝土的養護方法等?；炷恋母緩姸饶康挠辛⒎襟w抗壓強度、軸心抗壓強度和軸心抗拉強度三種。 3.2.1 混凝土的強度混凝土的強度強度是指構造資料所能接受的某種極限應力。 混凝土的強度是靠水泥的水化、硬化獲得的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝土強度的增長也是早期快、后期慢，但到28d齡期時強度的增長就不明顯而趨于穩定。因此，規范以28d齡期時混凝土的強度為基準。 1.混凝土強度等級立方體抗壓強度fcu混凝土強度等級應按立方體抗壓強度規范值確定。我國混

8、凝土強度等級確實定方法是：用邊長為150mm的立方體規范試件，在規范實驗條件下養護28d，并用規范實驗方法C30以下的加載速度控制在0.30.5MPa/s范圍；C30以上的加載速度控制在0.50.8MPa/s范圍。兩端不涂光滑劑測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度，用符號fcuk表示。 3.2.1.1 混凝土的抗壓強度混凝土的抗壓強度2.軸心抗壓強度fc立方體抗壓強度不能代表混凝土在實踐構件中的受力形狀，只是作為在同一規范條件下比較混凝土強度程度和質量的規范。實驗闡明：用高寬比為23的棱柱體測得的抗壓強度與以受壓為主的混凝土構件中的混凝土抗壓強度根本一致。因此，棱柱體的抗壓強度可以作為以受壓

9、為主的混凝土抗壓強度，稱為軸心抗壓強度，用符號fc表示。 混凝土的抗拉性能很差?；炷恋目估瓘姸绕胀ㄖ恍杩箟簭姸鹊?/201/8，且不與抗壓強度成正比。混凝土軸心抗拉強度取棱柱體100mm100mm500mm，兩端埋有鋼筋的抗拉極限強度為軸心抗拉強度?；炷翗嫾拈_裂、變形以及受剪、受扭、受沖切等承載力均與抗拉強度有關。根據實驗得知，fcu、fc、ft三者之間的關系是fcufcft。 3.2.1.2 混凝土的軸心抗拉強度混凝土的軸心抗拉強度1.混凝土的強度規范值經統計分析，并思索構造中混凝土強度與試件強度之間的差別，給出了混凝土強度規范值，詳見附表6。2.混凝土的強度設計值混凝土強度設計值為混

10、凝土強度規范值除以混凝土的資料分項系數c，規范規定c=1.4，即fc=fck/c，ft=ftk/c。ft、fc見附表7。3.2.1.3 混凝土的強度計算目的混凝土的強度計算目的3.2.2 混凝土的變形混凝土的變形混凝土變形有兩類：一類是荷載作用下的受力變形，包括一次短期加荷時的變形、多次反復加荷時的變形和長期荷載作用下的變形；另一類是體積變形，包括收縮、膨脹和溫度變形。 1.混凝土在一次短期加荷時的應力應變關系混凝土在一次短期加荷時的應力應變關系可經過對混凝土棱柱體的受壓或受拉實驗測定?；炷潦軌簳r典型的應力應變曲線如圖3.7所示，不同強度等級混凝土的應力應變曲線如圖3.8所示。 混凝土受拉時

11、的應力應變曲線的外形與受壓時類似。對應于抗拉強度ft的應變ct很小，計算時可取ct=0.0015。3.2.2.1 混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量2.混凝土的彈性模量混凝土的應力與其彈性應變ce之比值稱為混凝土的彈性模量，用符號Ec表示。根據大量實驗結果，混凝土規范采用以下公式計算混凝土的彈性模量： 混凝土的剪變模量是指剪應力和剪應變的比值，即： 5210(/)2.234.7/ccuEN mmfcG混凝土受壓后除產生瞬時壓應變外，在維持其外力不變的條件下即荷載長期不變，應變隨時間繼續增長的景象，叫做混凝土的徐變。如圖3.9所示為一施加的初始壓力為=0.5fc時的徐變與時間的關系?；炷恋男熳儗?/p>

12、混凝土構造構件的受力性能有重要的影響：它將使構造構件的變形添加；軸心受壓構件中鋼筋的應力添加而混凝土的壓應力減小的應力重分布景象產生；在預應力混凝土構造構件中引起預應力損失等。 3.2.2.2 混凝土的徐變混凝土的徐變影響混凝土徐變的主要要素有：1 構件中截面上的應力愈大，徐變就愈大；構件承載前，混凝土的強度越高，徐變就越小。2 配合比、水灰比越大，徐變越大；骨料的級配愈好，含量愈高，徐變愈小。3 構件澆搗愈密實，養護條件愈好，徐變愈??；反之，徐變愈大。圖3.9混凝土的徐變曲線 混凝土在空氣中凝結硬化時，體積減小的景象稱為收縮變形。其規律見圖3.10所示。 收縮變形是一種非受力變形；而徐變變形

13、只需在受力到達一定數值并且繼續作用下才產生。 影響混凝土收縮的主要要素有：1 水泥用量愈多，水灰比愈大，收縮愈大。2 高標號水泥制成的混凝土構件收縮大。3 骨料級配好，含量高，骨料的彈性模量大，收減少。3.2.2.3 混凝土的收縮變形混凝土的收縮變形4 養護條件好，運用環境濕度大，收減少。5 混凝土密實度好，收減少。 圖3.10混凝土的收縮變形 和其它許多資料一樣，當溫度發生變化時混凝土的體積也具有熱脹冷縮的性質。規定，當溫度在0到100范圍內時，混凝土線膨脹系數c可采用110-5/。溫度變形能使混凝土開裂，在某些場所應仔細對待。 3.2.2.4 溫度變形溫度變形3.2.3 混凝土的選用混凝土

14、的選用規定：鋼筋混凝土構造的混凝土強度等級不應低于C15；當采用HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C20；當采用HRB400和RRB400級鋼筋以及接受反復荷載的構件，混凝土強度等級不得低于C20。預應力混凝土構造的混凝土強度等級不應低于C30；當采用鋼絞線、鋼絲、熱處置鋼筋作預應力筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。 3.3 鋼筋與混凝土的相互作用粘結力鋼筋與混凝土的相互作用粘結力粘結力是存在于鋼筋與混凝土界面上的作用力。它反映的是鋼筋與混凝土交界面上沿鋼筋縱向的抗剪才干。如圖3.11所示。 產生粘結力的主要要素是：1 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產生的摩擦力；2 混凝土顆粒與鋼筋外

15、表產生的化學粘合力；3由于鋼筋外表凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合力。3.3.1 粘結力的概念和作用粘結力的概念和作用圖3.11鋼筋與混凝土之間的粘結 3.3.2 粘結力的測定粘結力的測定粘結力的測定普通采用拔出實驗方法，如圖3.12所示。粘結強度f可由下式計算根據拔出實驗可知：1 粘結應力按曲線分布，最大粘結應力在分開端部的某一位置出現，且隨拔出力的大小而變； Pfdl2 鋼筋埋入長度越長，拔出力越大，但埋入過長那么尾部的粘結力很小，甚至為零；3 粘結強度隨混凝土強度等級的提高而增大；4 變形鋼筋的粘結強度比光面鋼筋的大；但假設在光面鋼筋末端做彎鉤，那么拔出力大大提高。 圖3.12鋼筋拔出

16、實驗中粘結應力分布圖 規范根據拔出實驗給出受拉鋼筋的根本錨固長度為其中，錨固鋼筋的外形系數按表3.1取值。構件中鋼筋的實踐錨固長度，應根據鋼筋的受力情況、維護層厚度、鋼筋方式等對粘結強度的影響，采用根本錨固長度乘以一定修正系數。 3.3.3 保證鋼筋和混凝土之間粘結力的措施保證鋼筋和混凝土之間粘結力的措施3.3.3.1 縱向受拉鋼筋的根本錨固長度縱向受拉鋼筋的根本錨固長度yatfldf表表3.1錨固鋼筋的外形系數錨固鋼筋的外形系數 鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋三面刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線 鋼筋外形系數 0.160.140.190.130.160.17鋼筋的銜接可分為兩類：綁扎搭接、機械銜接或焊接。規范規定，位于同一銜接區段內的受拉鋼筋搭接接頭百分率不宜大于25%，當工程中確有必要增大時，對于梁內構件也不應大于50%，對板類、墻類及柱類構體，可根據實踐情況放寬?？v向受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長度按下式計算但不小于300mm： l1=la 縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數按表3.2采用。 3.3.3.2 縱向受力鋼筋的銜接縱向受力鋼筋的銜接規范規定，兩搭接接頭的中心距應不