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混凝土結構的材料建筑結構第2章主頁目錄幫助上一章下一章本章重點熟悉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；

熟悉土木工程所用鋼筋的品種、級別、性能及其選用原則；

了解鋼筋與混凝土的共同工作原理。建筑結構第2章主頁目錄幫助上一章下一章2.1.1建筑用鋼筋的品種按化學成分§2.1鋼筋碳素鋼

普通低合金鋼按生產工藝熱軋鋼筋；中高強鋼絲；鋼絞線；

冷加工鋼筋按表面形狀光圓鋼筋帶肋鋼筋混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章

1.碳素鋼

碳素鋼除含有鐵元素，還含有少量的碳、錳、硅、磷、硫等。Mn——錳，Si

——硅，P

——磷，

Fe

——鐵，S

——硫，

C

——碳低碳：C<0.25%中碳：C=0.25~0.6%

高碳：C>0.6%20MnSiV含碳萬分數含錳、硅、釩的百分數，取整。混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章

2.普通低合金鋼

碳素鋼中加入少量的合金元素，如：錳、鎳、鈦、釩等。Mn——錳，Ni

——鎳，V

——釩，

Nb

——鈮，Ti

——鈦，

C

——碳20MnSiV20MnSiNb20MnTi20MnSiV含碳萬分數含錳、硅、釩的百分數，取整。

砼結構用的普通鋼筋分為熱軋鋼筋和冷加工鋼筋兩大類。鋼筋的分類熱軋光園鋼筋熱軋帶肋鋼筋1熱軋鋼筋是最常用的鋼筋，有熱軋光圓鋼筋（HPB）、熱軋帶肋鋼筋（HRB）和余熱處理鋼筋（RRB）三種。混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章2.1.1建筑用鋼筋的品種熱軋鋼筋4008~40RRB400(K20MnSi)4006~50HRB400(20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi)3356~50HRB335(20MnSi)2358~20HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符號種類§2.1鋼筋

熱軋鋼筋中HRB400（俗稱新Ⅲ級）是國家技術政策推薦的主力鋼筋。在鋼筋砼結構中宜采用Ⅲ級和Ⅱ級鋼筋，也可采用Ⅰ級和Ⅳ級鋼筋。級別強度等級代號符號Ⅰ級HPB235(Q235)Ⅱ級HRB335（20MnSi）Ⅲ級HRB400熱軋鋼筋的符號說明HPB235

屈服強度生產工藝：

hotrolled表面形狀：plain鋼筋：bar混凝土結構設計原理第2章

HPB

—熱軋光面鋼筋，強度最低；

HRB

—熱軋帶肋鋼筋；

RRB—余熱處理鋼。H——代表熱軋，P——光圓，R

——帶肋，

R

——余熱處理，B

——代表鋼筋目前，混凝土結構中縱向受力鋼筋優先采用HRB400級鋼筋級別強度等級代號公稱直徑dmm屈服點σa(MPa)抗拉強度σb(MPa)伸長率δ(%)冷彎不小于彎曲角度彎心直徑Ⅰ級HPB235(Q235)8～20235370251800dⅡ級HRB335（20MnSi）6～2528～503354901618003d4dⅢ級HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）6～2528～504005401618004d5d熱軋鋼筋的力學性能共62頁

第5頁2

冷加工鋼筋主要有冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭，其使用應符合《冷軋帶肋鋼筋砼結構技術規程》和《冷軋扭鋼筋砼構件技術規程》。冷加工鋼筋可提高強度、節約鋼材。

冷拉鋼筋和冷拔低碳鋼絲已被建設部列為限制使用技術而淘汰。冷拔低碳鋼絲從2005年1月1日起不得作為結構受力鋼筋使用。冷軋扭鋼筋冷軋帶肋鋼筋混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章中、高強鋼絲、鋼絞線做預應力筋用。中強：800~1370MPa高強：1470~1860MPa混凝土結構設計原理第2章2.1.2鋼筋的力學性能

AB’BCDE上屈服點不穩定下屈服點出現頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段0.2%

0.2標距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同一.鋼筋的應力-應變曲線鋼材的技術性能

鋼材的性能主要包括力學性能(抗拉性能、沖擊韌性、疲勞強度和硬度等)和工藝性能(冷彎性能、焊接性能和熱處理性能等)兩個方面。一、力學性能（一）拉伸性能實驗方法：使用萬能試驗機在試件兩端施加一對緩慢增加的拉伸荷載，觀察試件的受力與變形過程，直至被拉斷，如圖7-2所示。低碳鋼受拉時，其應力－應變關系曲線可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段和頸縮階段，見圖7-3。

圖7-2鋼材的拉伸試件1.鋼材應力－應變關系曲線圖7-3低碳鋼單軸拉伸應力-應變示意圖1）彈性階段－OB段如卸去荷載，試件將恢復原狀，不產生殘留塑性變形。與A點相對應的應力為比例極限；與B點相對應的最大應力稱為彈性極限。2）屈服階段－BC段定義：在BC曲線范圍內，應力與應變不成比例，不再是彈性變形，而是產生了塑性變形，應變增加的速度大于應力增長速度，這一階段稱為屈服階段。表現：該階段在材料萬能試驗機上表現為指針不動(即使加大送油)或來回窄幅搖動。3）強化階段－CD段當荷載超過屈服點以后，由于試件內部組織結構發生變化，抵抗變形能力又重新提高，故稱為強化階段。對應于最高點D點的應力為抗拉強度，又稱強度極限，用表示。4）頸縮破壞階段－DE段過D點后，材料變形迅速增大，而應力反而下降。試件在拉斷前，于薄弱處截面顯著縮小，產生“頸縮現象”，直至斷裂，如圖7-4所示。

混凝土結構設計原理第2章2.1.3鋼筋應力-應變關系的理論模型

s

s

s=Es

s

y

s,hfy

s

s

s=Es

s

y

s,hfyfs,u

s,u

s

s

s=Es

s

yfy

s,ufs,u有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋圖7-4鋼材頸縮拉斷示意圖2.主要指標

1）彈性模量(E)定義：在彈性階段的OA段內，應力與應變的比值為一常量，稱為彈性模量，用E表示。公式：2）屈服強度定義：以屈服階段的最低應力點作為材料抗力的指標，稱為屈服強度或屈服點，用表示。公式：混凝土結構設計原理第2章鋼筋的強度和變形指標

AB’BCDE0.2%

0.2強度指標*

明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應的強度作為設計強度的依據。*

無明顯流幅的鋼筋：殘余應變為0.2%時所對應的應力作為條件屈服強度。應用：鋼材在結構中的受力不得進入屈服階段，在結構設計中以屈服強度作為鋼材設計強度取值的依據，施工選材驗收也以屈服強度作為重要的技術指標。硬鋼性質：中碳鋼與高碳鋼(硬鋼)，拉伸時的應力－應變曲線無明顯屈服現象，伸長率小，斷裂時呈脆性破壞，其應力－應變曲線如圖7-5所示。規范規定以試件在拉伸過程中產生0.2%塑性變形時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度圖7-5硬鋼的應力-應變曲線3）抗拉強度

定義：稱強度極限D點對應的應力為抗拉強度公式：4）屈強比

定義：鋼材的屈服強度與抗拉強度之比稱為屈強比公式：5）伸長率定義：試件拉斷后有效長度的伸長量與原有效長度的比率。公式：混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章

變形指標用延伸率和冷彎性能衡量。延伸率同一根鋼筋延伸率大，鋼筋的塑性性能好，破壞前有明顯預兆。：

：

:::二、工藝性能（一）冷彎性能定義：冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形而不斷裂的能力。試驗要求：鋼材試件繞著指定彎心彎曲至指定角度后，如試件彎曲處的外拱面和兩側面不出現斷裂、起層現象，即認為冷彎合格。如圖7-11和圖7-12所示：a）彎曲準備b）彎曲至a角度c）彎心d，彎曲1800d）彎心0，彎曲1800圖7-11鋼材的冷彎試驗示意圖混凝土結構設計原理第2章反復彎曲要求：冷彎過程中無裂縫、脫皮或斷裂。D愈小，

愈大，塑性愈好。反復次數愈多，塑性愈好。主頁目錄幫助上一章下一章冷彎冷彎是檢驗鋼筋變形能力的指標。鋼筋塑性愈好，構件破壞前預兆愈明顯。

疲勞強度鋼材在交變荷載的反復作用下，往往在應力遠小于其抗拉強度甚至小于屈服強度的情況下就突然發生斷裂，這種現象稱為鋼材的疲勞破壞。在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應力值隨應力循環次數的增加而降低，如圖所示。鋼材疲勞強度示意圖（一）概念定義：將鋼材在常溫下進行強力的拉或壓，使之超過屈服，產生一定的塑性變形，以達到提高其機械強度和鋼材利用率（同時降低塑性和韌性）的加工方法，稱為鋼材的冷加工；包括冷加工強化和冷加工時效。五、鋼材冷加工技術及應用1．冷加工強化定義：鋼材經冷加工（冷拉）后，若立即再拉伸，會發現屈服點明顯提高，而塑性、韌性和彈性模量明顯降低，這種現象稱為冷加工強化；如圖7-16曲線對應的應力－應變關系曲線所示。鋼材冷拉時效強化示意圖2．冷加工時效定義：鋼材經冷加工（冷拉）后，若放置一段時間，會發現屈服強度進一步提高、極限抗拉強度也提高，塑性和韌性進一步降低、彈性模量得到一定恢復的現象稱為冷加工時效；如圖曲線對應的應力－應變關系曲線所示。建筑工程中大量使用的鋼筋采用冷加工強化具有明顯的經濟效益。冷拔鋼絲的屈服點可提高40％—60％可適當減小鋼筋混凝土結構設計截面減小混凝土中配筋數量第七章建筑鋼材（二）應用常利用冷加工、時效作用來提高其強度，增加鋼材的品種規格，節約鋼材。常見的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷軋等。1.冷拉定義：將鋼筋用拉伸設備在常溫下拉長至超過屈服點某處，使之產生一定的塑性變形，然后緩慢卸去荷載的加工方式。作用：通過冷拉，能使鋼筋的強度提高，長度增加，從而達到矯直、除銹、節約鋼材的目的。混凝土結構設計原理第2章＊鋼筋的冷加工1）.冷拉

BKZZ’K’殘余變形冷拉伸長率無時效經時效K點的選擇：超過屈服強度溫度的影響：溫度達700oC時恢復到冷拉前的狀態，先焊后拉特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降2.冷拔定義：在常溫下將鋼筋通過硬質合金拔絲模孔強行拉拔，如圖7-17所示。作用：提高鋼材的屈服強度。圖7-17冷拔加工示意圖3.冷軋工藝：將圓鋼在軋鋼機上軋成刻痕。作用：增大鋼筋與混凝土間的黏結力。第七章建筑鋼材混凝土結構設計原理第2章＊鋼筋的冷加工2）.冷拔經過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度問題：

直接承受動荷載作用的焊接鋼結構是否能使用經冷加工的鋼材嗎？為什么？

答：不能。因為冷加工后鋼材的塑性和韌性大大降低，可焊性變差，增加了焊接后的硬脆傾向，為了防止鋼結構發生突然的脆性斷裂，所以不能采用。2.1.4鋼的選用原則基本要求：對一般結構：具有屈服點、抗拉強度、伸長率三項機械性能和硫、磷含量兩項化學成分的合格保證對焊接結構應有含碳量的合格保證對于較大型構件、直接承受力荷載的結構，鋼材應具有冷彎試驗的合格保證對于大、重型結構和直接承受動力荷載的結構，根據冬季工作溫度情況應具有常溫和低溫沖擊韌性的合格保證混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章2.1.4鋼筋的選用原則

強度高熱軋鋼筋鋼絲、鋼絞線、各種冷加工鋼筋混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章

變形性能好保證延伸率和冷彎性能滿足要求。：

：

混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章可加工性好與混凝土粘結錨固性好經濟性混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章鋼筋混凝土結構：

宜用HRB400和HRB335鋼筋

可用HPB235、RRB400鋼筋預應力混凝土結構：

宜用鋼鉸線、鋼絲、可用熱處理鋼筋不主張推廣應用冷加工鋼筋，其延性差。鋼筋的選用原則四、混凝土結構用鋼鋼筋的主要品種有熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、冷軋帶肋鋼筋、熱處理鋼筋等。鋼絲的主要品種有冷拔低碳鋼絲、預應力混凝土用鋼絲、鋼絞線等。（一）熱軋鋼筋經熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋。根據鋼筋的表面特征將熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋。1.鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋牌號：HPB235、HPB300兩個牌號符號意義：H、P、B分別為熱軋(Hotrolled)、光圓(Plain)、鋼筋(Bars)3個詞的英文首位字母，后面的數值代表鋼筋的屈服強度特征值。2.熱軋帶肋鋼筋帶肋鋼筋分為月牙肋鋼筋和等高肋鋼筋，見圖。帶肋鋼筋3.熱軋鋼筋的選用

光圓鋼筋：廣泛用作普通鋼筋混凝土結構；（二）冷軋帶肋鋼筋工藝：冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經冷軋后，在其表面帶有沿長度方向均勻分布的二面或三面橫肋的鋼筋，見圖。牌號：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四個牌號。符號意義：C、R、B分別為冷軋(Coldrolled)、帶肋(Ribbed)、鋼筋(Bar)三個詞的英文首位字母，后面的數值代表鋼筋的抗拉強度最小值。（三）預應力混凝土用熱處理鋼筋工藝：預應力混凝土用熱處理鋼筋，是由熱軋螺紋鋼筋（即普通熱軋中碳低合金鋼筋）經淬火和回火等調質處理制成的螺紋鋼筋。用途：主要用于預應力混凝土橋梁軌枕，還用于預應力梁、板結構及吊車梁等。（四）預應力混凝土用鋼絲工藝：預應力混凝土用鋼絲是用優質碳素結構鋼盤條，經冷拉或消除應力等處理后制成的高強度鋼絲。a）二面肋b）三面肋c）冷軋帶肋鋼筋實物圖圖7-19冷軋帶肋鋼筋橫截面上月牙肋分布情況鋼絞線用于預應力鋼筋混凝土梁和橋梁斜拉索，如圖7-21所示。鋼絞線的工程應用實例例題：經試驗測得某工程用熱軋鋼筋的屈服荷載為29kN，極限荷載為50kN，鋼筋公稱直徑為12mm，5d標距拉斷后的長度為78.4mm，10d拉斷后的長度為148mm。試計算：屈服強度，抗拉強度，屈強比，δ5，δ10混凝土結構設計原理第2章三.鋼筋的徐變和松弛徐變應力不變，隨時間的增長應變繼續增加松弛長度不變，隨時間的增長應力降低對結構，尤其是預應力結構，產生不利的影響，需采取必要的措施混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章§2.2混凝土2.2.1組成結構及特點主要材料：水泥、水、砂、石

混凝土:

普通混凝土是由水泥、石子和砂用水經攪拌、養護和硬化后形成的一種復合材料，具有多相特性。混凝土結構設計原理第2章

普通混凝土的優點：（1）原材料豐富，造價低廉，可就地取材；（2）可根據混凝土的用途來配制不同性質的混凝土；（3）凝結前有良好的可塑性，可利用模板澆灌成任何形狀及尺寸的構件或結構物；（4）與鋼筋有較高的握裹力，混凝土與鋼筋的線膨脹系數基本相同，兩者復合后能較好的共同工作。

混凝土結構設計原理第2章普通混凝土的缺點：（1）抗拉強度低，一般為抗壓強度的十分之一到二十分之一，易產生裂縫，受拉易產生脆性破壞；（2）自重大，比強度小，不利于建筑物向高層、大跨度方向發展；（3）耐久性不夠，硬化慢，生產周期長。

2.2.1混凝土的組成結構通常把混凝土的結構分為三種基本類型：微觀結構：也即水泥石結構，包括水泥凝膠體、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成；亞微觀結構：混凝土中的水泥砂漿結構；宏觀結構：砂漿和粗骨料組合結構。混凝土的強度混凝土立方抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度150×150×150150×150×300100×100×500混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章2.2.2單軸向應力狀態下混凝土強度立方體抗壓強度fcu,k（強度等級）

1.標準尺寸：150mm×150mm×150mm2.養護條件：20℃±3℃，濕度≥90%；28d3.試驗方法：恒定的加載速度，墊板不涂潤滑劑

4.強度保證率：95%承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑混凝土結構設計原理第2章單軸受力狀態下混凝土的抗壓強度標準試塊：150×150×150非標準試塊：100×100×100換算系數0.95200×200×200換算系數1.05立方體抗壓強度是區分混凝土強度等級的指標，我國規范混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強度立方體抗壓強度fcu,k與強度等級混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章軸心抗壓強度fc,k

混凝土軸心抗壓強度的平均值立方體抗壓強度的平均值

棱柱體強度與立方體強度之比值承壓板試塊混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章混凝土強度等級≤C40C45C50C55C60C65C70C75C80

c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82

c1

的取

值劈裂試驗FdF

抗拉強度是混凝土的基本力學指標之一。可采用直接測試法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。拉壓壓軸心抗拉強度ft混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章軸心抗拉強度軸心抗拉強度的平均值

立方體抗壓強度的平均值

混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章復合應力下的強度雙向受力1.01.01.21.2-0.2-0.2

2/fc

1/fc拉壓混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章復合應力下的強度雙向受力混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章圖中：fc—混凝土單軸抗壓強度；此圖說明：壓-壓：強度提高；拉-拉：強度不變；拉-壓：抗拉和抗壓強度都低。第1章材料的物理力學性能

1.2混凝土的物理力學性能

4復雜受力狀態下混凝土的強度

雙軸應力狀態

①雙向受拉，接近單軸抗拉強度；②雙向受壓，混凝土的側向變形受到約束，強度提高；

③一拉一壓，加速了混凝土內部微裂縫的發展，抗拉、抗壓強度均降低。混凝土的三軸抗壓強度

第1章材料的物理力學性能

1.2混凝土的物理力學性能

4復雜受力狀態下混凝土的強度

三軸應力狀態

試件側向變形受到限制，其內部微裂縫的產生和發展受到阻礙，當側壓力增大時，軸向抗壓強度也相應增大。混凝土的三軸抗壓強度

第1章材料的物理力學性能

1.2混凝土的物理力學性能

4復雜受力狀態下混凝土的強度

剪壓或剪拉復合應力狀態

①隨著拉應力的增大，混凝土的抗剪強度降低。②隨著壓應力的增大，混凝土的抗剪強度逐漸增大；當壓應力超過某一數值后，抗剪強度隨壓應力增大而減小。混凝土的剪壓復合強度

第1章材料的物理力學性能

1.2混凝土的物理力學性能

6三向受壓時混凝土的應力—應變曲線

試件縱向受壓時，混凝土的橫向膨脹受到約束，使核心混凝土處于三向受壓狀態，內部微裂縫的發展受到抑制，從而提高了試件的縱向強度和延性，特別是延性大為提高。混凝土圓柱體三向受壓時軸向應力—應變曲線

第1章材料的物理力學性能

1.2混凝土的物理力學性能

6三向受壓時混凝土的應力—應變曲線

螺旋箍筋圓柱體約束混凝土的應力—應變曲線

復合受力狀態下混凝土的抗拉強度三向受壓時混凝土的強度：

1=fcc’

1=fcc’

2=

3=fLfL----側向約束壓應力（加液壓）圓柱體試驗有側向約束時的抗壓強度無側向約束時圓柱體的單軸抗壓強度混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線模量混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章

長期荷載作用下的變形：徐變

定義：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。

特點：早期發展快，但可以延續數年。第二章鋼筋和混凝土的材料性能應變與時間的關系曲線（t0

時刻加載，t時刻卸載）t0elashcrela,ela,,cr,eteeeeee瞬時恢復應變彈性后效殘余應變加載瞬時應變

收縮應變

徐變

▲特點：開始快、以后慢；半年完成大部分、一年穩定、三年終止徐變與時間的關系第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土▲不利影響：徐變會使結構（或構件）的變形增大（如撓度）

；引起預應力損失；在長期高應力作用下，甚至會導致破壞。▲有利影響：

有利于結構構件產生內（應）力重分布，降低結構的受力；減小大體積混凝土內的溫度應力；受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現。徐變對結構的影響徐變對混凝土結構的影響PAsPAs

s1

c1P

s2As

s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變：

s

，c

混凝土結構設計原理第2章主頁目錄幫助上一章下一章徐變對結構的影響：使構件變形增大；在軸壓構件中，使鋼筋應力增加，混