1、主讲：明承林主讲：明承林 副教授副教授/一注结一注结Tel:15351227238 13880302789 E-mail:混凝土结构混凝土结构基本原理基本原理 Basic Principles of Concrete Structure 2 钢筋混凝土材料的性能钢筋混凝土材料的性能Mechanical Properties of Reinforced Concrete Materials成都大学成都大学基建处基建处混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第 2章第第 2 章章 钢筋混凝土材料的性能钢筋混凝土材料的性能混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章本章重点本章重点 熟悉土木工程
2、用钢筋的品种、级别、性能熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；及其选用原则；熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；形性能及其选用原则；了解钢筋与混凝土的共同工作原理。了解钢筋与混凝土的共同工作原理。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.1混凝土混凝土2.1.1 组成及特点组成及特点主要材料：主要材料：水泥、水、砂、石水泥、水、砂、石 特点特点:1）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；2）水化过程长，性能要很长时间才稳定；）水化过程长，性能要很长时间才稳定；3）水
3、泥石收缩可形成微裂缝；）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作、养护、使用条件影）受制作、养护、使用条件影 响大。响大。第2章 钢筋混凝土的材料性能 2.1 混凝土 通常把混凝土的结构分为三种类型：通常把混凝土的结构分为三种类型：.微观结构：微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、也即水泥石结构，包括水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成。.亚微观结构：亚微观结构：即混凝土中的水泥砂浆结构。即混凝土中的水泥砂浆结构。.宏观结构：宏观结构：即砂浆和粗骨料两组分体系。即砂浆和粗骨料两组分体系。注意：注意：1.1.骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结
4、合强度是影响骨料的分布及骨料与基相之间在界面的结合强度是影响混凝土强度的重要因素；混凝土强度的重要因素；2.2.在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有在荷载的作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。着极为重要的影响。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.1.2 混凝土强度混凝土强度 1.立方体抗压强度立方体抗压强度 符号符号:fcu (1)立方体抗压强度立方体抗压强度 单位单位:N/mm2 a.确定方法确定方法 规范规定规范规定:用边长为用边长为150mm的标准立方体试件，钢的标准立方体试件，钢模成型，经浇注、振捣密实后静置一昼夜，拆模后模成型，经
5、浇注、振捣密实后静置一昼夜，拆模后在标准养护条件下在标准养护条件下(温度温度203C，相对湿度不小于，相对湿度不小于90%)养护养护28d后，檫干表面水，在试验机上沿浇注后，檫干表面水，在试验机上沿浇注的垂直方向试压。试压时，试块表面不涂润滑剂，的垂直方向试压。试压时，试块表面不涂润滑剂，全截面受力全截面受力,加荷速度约为加荷速度约为0.30.5N/mm.s。试块加。试块加压至破坏时所测得的极限平均压应力压至破坏时所测得的极限平均压应力,作为混凝土的作为混凝土的立方体抗压强度。立方体抗压强度。试验录像试验录像第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土混
6、凝土破坏机理混凝土破坏机理fc fcu?不涂润滑剂涂润滑剂第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土图 2-10 纵向应变1、横向应变2及体积应变V/V00.511.5210-3ABCD-3-2-1 fc纵向应变横向应变体积应变第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢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坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的 增大。增大。对横向变形加以约束对横向变形加以约束，就可以限制微裂缝的发展，从而，就可以限制微裂缝的发展，从而 可提高混凝土的抗压强度。立
7、方体试件受约束范围大，而棱柱可提高混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱 体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和 破坏形态的不同。破坏形态的不同。混凝土局部受压强度混凝土局部受压强度fcl 比比轴心抗压强度轴心抗压强度 fc 大很多，大很多，也是因为局部受压面积以也是因为局部受压面积以 外的混凝土对局部受压区外的混凝土对局部受压区 域内部混凝土微裂缝产生域内部混凝土微裂缝产生 了较强的约束。了较强的约束。图 2-10 局部受压试件混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章 b.影响因素影响因素 (a)温度
8、温度 (b)湿度湿度 (c)龄期龄期 (d)试块尺寸试块尺寸 尺寸效应尺寸效应 立方体尺寸越小，测得的混凝土抗压强度立方体尺寸越小，测得的混凝土抗压强度越大。越大。非标准试块强度换算系数：非标准试块强度换算系数：200mm200mm200mm:1.05；100mm100mm100mm:0.95。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章 (e)试块形状试块形状 612圆柱体：圆柱体：1.20 （1=2.54cm）612棱柱体：棱柱体：1.32 (f)试验方法试验方法 -试块上下表面不涂润滑剂时，试块与试试块上下表面不涂润滑剂时，试块与试验机垫板之间的摩擦对试块有验机垫板之间的摩擦对试
9、块有“套箍套箍”作用，作用，延缓了裂缝的发展，从而提高了试件的混凝土延缓了裂缝的发展，从而提高了试件的混凝土的极限抗压强度。的极限抗压强度。-加荷速度：越快越大。加荷速度：越快越大。C30 xd 当 x时，y0，0ddxy x0，0y 1第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土根据以上条件，过镇海提出的应力根据以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式应变全曲线表达式1 )1(1 )2()23()(232xxxxxxaxaaxxyca=Ec/E0，Ec为初始弹性模量；为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为峰值点时的割线模量，为满足条件为满足条
10、件和和，一般，一般应有应有1.5a3；c 为下降段为下降段参数参数00.0020.0040.0060.0080.01204060(MPa)C20C40C60C802.1 混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能Hognestad建议的应力建议的应力-应变曲线应变曲线uuccff0000200 15.010 200.0020.0038 fc0.15 fc0u2.1 2.1 混凝土混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：)1(1 0ncccf0下降段：ccfu055010)50(0033.010)50(5.000
11、2.0)50(6012cuucucufffn规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.500.0020.002050.00210.00215u0.00330.00320.00310.0032.1 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C202.1 2.1 混凝土混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能曲线的利用曲线的利用-求混凝土模量求混凝土模量(初始初始)弹性模量弹性模量0tgEc变形模量变形模量(割线模量割线模量)1tgEc切线模量切线模量2.1 混凝土2.1 2.1 混凝
12、土混凝土tgEc 棱柱体试件。棱柱体试件。受压：受压：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=横向应变横向应变/纵向纵向 应变应变=0.2cu5c7.342.210tanfE第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 Elastic ModulusEc=tan 原点切线模量原点切线模量 Elastic Modulus0ddEcEc=tan 割线模量割线模量 Secant ModuluscEEc=tan 切线模量切线模量 Tangent ModulusddEc 弹性系数弹性系数n n(coefficient
13、 of elasticity)随应力增大而减小随应力增大而减小n n=10.52.1 2.1 混凝土混凝土elcEcEn第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能弹性模量测定方法0.5fc510 次)N/mm(74.342.21025cucfE2.1 混凝土2.1 2.1 混凝土混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 混凝土(2)多次加载时多次加载时 疲劳疲劳疲劳强度疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或着或着150mm150mm450mm的的棱柱体，把棱柱体试件承受棱柱体，
14、把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度混凝土的疲劳抗压强度。影响因素影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大比值的增大而增大。2.1 2.1 混凝土混凝土混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章混凝
15、土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章(3)徐变徐变 在长期荷载作用下在长期荷载作用下(Creep)定义：定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。继续增大的现象。特点：特点：早期发展快，但可以延续数年。早期发展快，但可以延续数年。第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 混凝土 在应力（在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变 el（=i/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，
16、前4个月徐变增个月徐变增长较快，长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐，以后增长逐渐缓慢，缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。2.1 2.1 混凝土混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 混凝土 记记(t-t0)时间后的总应变为时间后的总应变为 c(t,t0)，此时混凝土的收缩应变为，此时混凝土的收缩应变为 sh(t，t0)，则徐变为，则徐变为，cr(t,t0)=c(t,t0)-c(t0)-sh(t,t0)=c(t,t0)-el-sh(t,t0)2.1 2.1 混凝土混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料
17、性能2.1 混凝土如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变 el。由于混凝土。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变 el小于加载时的瞬时弹小于加载时的瞬时弹性应变性应变 el。再经过一段时间后，还有一部分应变。再经过一段时间后，还有一部分应变 el可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变 cr2.1 2.1 混凝土混凝土混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章影响因素：影响因素：加载时的混凝土龄期；加载时的混凝土龄期；
18、持续压力大小；持续压力大小；混凝土的组成材料及配合比；混凝土的组成材料及配合比；混凝土的制作养护条件。混凝土的制作养护条件。影响影响:内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（用蒸汽养护可使徐变减
19、少（2035）%。受荷后构件所。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。处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使构件变形增大；使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小；混凝土应力减小；在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预应力发生损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。(4)箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混
20、凝土 螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善显著改善(a)螺旋箍筋压应变压应力(N/mm2)箍筋 s=(b)矩形箍筋压应变压力箍筋 d=4.76mm，s=38.1mm箍筋 d=4.76mm，s=63.5mm无箍筋Confinement with Transverse Reinforcement 第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 箍筋与内部混凝土的体积比；箍筋与内部混凝土的体积比；箍筋的屈服强度
21、；箍筋的屈服强度；箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；箍筋直径与肢距的比值；箍筋直径与肢距的比值；混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。影响因素第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能R.Park建议的矩形封闭箍筋约束混凝土的应力-应变曲线A0.002BCD50u50h5020cfZtan约束混凝土非约束混凝土cf 0.5cf 0.2cf 2.1 2.1 混凝土混凝土第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土(5)(5)混凝土受拉应力混凝土受拉应力-应变关
22、系应变关系 ftt0ctctcttEfEfEf25.00纤维混凝土纤维混凝土0.002.004.006.008.0010.00Strain(%)0.001.002.003.004.005.006.00Stress(MPa)ECC in tension,21 days混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.非受力变形非受力变形 体积变形体积变形 (1)收缩收缩(Shrinkage)定义：定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩干缩特点：特点：早期快，可延续早期快，可延续12年。年。第第2
23、2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。将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。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。也会引起不利的
24、内力。墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形第第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-414d 28dtsh(25)10-425%50%第
25、第2 2章章 钢筋混凝土的材料性能钢筋混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。等许多因素有关。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸
26、构件收缩小。高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。减少收缩的措施：减少收缩的措施：限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。(2)膨胀膨胀 定义：定义：混凝土在水中结硬时体积增大的现象。混凝土在水中结硬时体积增大的现象。因对工程一般有利，故不考虑因对工程一般有利，故不考虑混凝
27、土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.2.1 钢筋的型式钢筋的型式2.2钢筋钢筋1.钢筋的型式钢筋的型式（1）劲性钢筋劲性钢筋（2）柔性钢筋柔性钢筋2.劲性钢筋劲性钢筋3.柔性钢筋柔性钢筋Steel Reinforcement 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.1.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1.钢筋的品种钢筋的品种 （1）按钢筋的化学成分分按钢筋的化学成分分 a.a.碳素钢碳素钢 b.b.普通低合金钢普通低合金钢低低 碳：碳：C0.6%Mn 锰，锰，Si 硅，硅，V 钒，钒，Nb 铌，铌，Ti 钛，钛，C 碳碳混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第
28、第 2 2章章2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别 （2）按钢筋的轧制外形分按钢筋的轧制外形分 a.a.光圆钢筋光圆钢筋 b.b.变形钢筋变形钢筋 （3 3）按钢筋的直径大小分按钢筋的直径大小分 a.钢丝：钢丝：3，5 b.细钢筋：细钢筋：6，10 c.中粗钢筋：中粗钢筋：12，20 d.粗钢筋：粗钢筋：22，50混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1.钢筋的品种钢筋的品种 （4）按钢筋的生产工艺分按钢筋的生产工艺分 a.a.热轧钢筋热轧钢筋 b.b.冷拉钢筋冷拉钢筋 c.c.冷拔钢筋冷拔钢筋 d.热处理钢筋：经淬火处理得，热
29、处理钢筋：经淬火处理得，fptk=1470MPa，无明显屈服点，无明显屈服点 e.刻痕钢丝刻痕钢丝 f.钢绞线钢绞线 g.冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 h.冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 i.双钢筋双钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1.钢筋的品种钢筋的品种 （5）按钢筋的供应形式分按钢筋的供应形式分 a.a.盘圆钢筋盘圆钢筋 ：直径：直径10mm 10mm b.b.直条钢筋直条钢筋 ：直径直径 10mm （6）按钢筋的单调受拉的应力与应变性质分）按钢筋的单调受拉的应力与应变性质分 a.有明显屈服点有明显屈服点的钢筋的钢筋：热轧钢筋、冷拉钢筋
30、：热轧钢筋、冷拉钢筋 b.无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋：钢丝、热处理钢筋：钢丝、热处理钢筋混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别2.钢筋的级别钢筋的级别 v热轧钢筋热轧钢筋400840RRB400(K20MnSi)400650HRB400(20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi)335650HRB335(20MnSi)300820HPB300(Q300)fyk/(N/mm2)d/(mm)符号符号种种 类类混凝土结
31、构基本原理混凝土结构基本原理第 2 章 HPB 热轧光面钢筋，桥梁规范用热轧光面钢筋，桥梁规范用R表示；表示；HRB 热轧带肋钢筋；热轧带肋钢筋；RRB 余热处理钢筋，桥梁规范用余热处理钢筋，桥梁规范用KL表示。表示。Mn 锰，锰，Si 硅，硅，V 钒，钒，Nb 铌，铌，Ti 钛，钛，C 碳碳低低 碳：碳：C0.6%20MnSiV含碳含碳万分数万分数含锰、硅、钒的含锰、硅、钒的百分数百分数，取整。，取整。热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRB
32、Hot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBarHPB300级(级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（Plain Bar），），多作为现多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。浇楼板的受力钢筋和箍筋。HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度较高，多强度较高，多作为作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级级钢筋作箍筋的钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。混凝土结构基
33、本原理混凝土结构基本原理第 2 章v 中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线做预应力筋用。做预应力筋用。中强：中强：8001370MPa高强：高强：14701860MPa1003.5%4%混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第2 章v 热处理钢筋热处理钢筋 经淬火处理得，经淬火处理得，fptk=1470MPa，无明显屈服点。，无明显屈服点。v 冷加工钢筋冷加工钢筋 冷加工工艺：冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。目的：目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。提高强度，节约钢材。但塑性减小。冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。小结小结:钢筋的分类钢筋的分类按化
34、学成分按化学成分碳素钢碳素钢 普通低合金普通低合金钢钢 锰系锰系 硅矾系硅矾系 低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢硅钛系硅钛系 硅锰系硅锰系 硅铬系硅铬系 C0.25%C0.25%C=0.25%0.6%C=0.25%0.6%C=0.6%1.4%C=0.6%1.4%有无物理屈有无物理屈服点服点 有有无无钢钢 绞绞 线线 钢钢 筋筋 钢钢 丝丝 热轧钢筋热轧钢筋 软钢软钢 软钢软钢 冷加工钢筋冷加工钢筋 小结小结:钢筋的分类钢筋的分类轧制和加工轧制和加工工艺工艺 热轧钢筋热轧钢筋 热处理钢筋热处理钢筋 HPB235HRB335HRB400RRB40040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr冷拉
35、钢筋冷拉钢筋冷拨钢丝冷拨钢丝冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 2.2.3 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 1.有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield point (1)试验研究试验研究 a为比例极限proportional limit =Esa为弹性极限elastic limitde为强化段strain hardening stageb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateaue为极限抗拉强度 fu ultimate
36、 tensile strength aabcdefufyf弹性阶段弹性阶段 a a点以前应力应变呈直线关系，故点以前应力应变呈直线关系，故a a点对应的应点对应的应力称为力称为比例极限比例极限。钢筋的钢筋的弹性模量弹性模量是根据拉伸实验中测得弹性阶是根据拉伸实验中测得弹性阶段的应力应变关系确定的。弹性模量是弹性段应力应段的应力应变关系确定的。弹性模量是弹性段应力应变的比值。变的比值。钢筋的受压弹性模量与受拉时钢筋的受压弹性模量与受拉时相同相同。屈服阶段屈服阶段 进入屈服阶段进入屈服阶段bcdbcd段，应力应变不再成正比例关段，应力应变不再成正比例关系，屈服阶段系，屈服阶段bcdbcd段呈锯齿形
37、，应力在一个很小范围内段呈锯齿形，应力在一个很小范围内波动，应变却自动增长，犹如停止了对外力的抵抗，或波动，应变却自动增长，犹如停止了对外力的抵抗，或者说屈服于外力，所以叫做屈服阶段。者说屈服于外力，所以叫做屈服阶段。bcdbcd段称为流幅或屈服平台。段称为流幅或屈服平台。钢筋到达屈服阶段时，虽尚未断裂，但一般已不钢筋到达屈服阶段时，虽尚未断裂，但一般已不能满足结构的设计要求，所以设计时是以这一阶段的应能满足结构的设计要求，所以设计时是以这一阶段的应力值为依据，为了安全起见，取其下限值力值为依据，为了安全起见，取其下限值c c，屈服下限，屈服下限也叫也叫屈服强度或屈服点屈服强度或屈服点y y。
38、强化阶段强化阶段 在应力超过在应力超过d d点后，钢筋进入强化阶段，钢筋点后，钢筋进入强化阶段，钢筋的应力重新开始增长，应力应变曲线的斜率变得远比的应力重新开始增长，应力应变曲线的斜率变得远比弹性阶段小，而且随着应力的增长越来越小，这种塑弹性阶段小，而且随着应力的增长越来越小，这种塑性变形可一直延续到最高点性变形可一直延续到最高点e e，称为强化阶段，称为强化阶段dede。对应的最高点对应的最高点e e的应力为的应力为抗拉强度抗拉强度b b。破坏阶段破坏阶段 当试件强度达到当试件强度达到e e点后，在试件内部某个薄弱部点后，在试件内部某个薄弱部位的截面将突然急剧缩小，发生局部位的截面将突然急剧
39、缩小，发生局部颈缩现象颈缩现象。出现颈缩现象后，应力是逐渐降低的，至出现颈缩现象后，应力是逐渐降低的，至f f点试点试件在颈缩处被拉断，件在颈缩处被拉断，f f点对应的应变称为钢筋的点对应的应变称为钢筋的极限应变极限应变。有物理屈服点的钢筋有两个强度指标有物理屈服点的钢筋有两个强度指标 一是一是c c点的点的屈服强度屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度作为钢
40、筋的致无法使用，所以在设计中采用屈服强度作为钢筋的强度极限。强度极限。另一个强度指标是另一个强度指标是e e点的钢筋点的钢筋极限强度极限强度，一般用，一般用作钢筋的实际破坏强度。作钢筋的实际破坏强度。有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系yyysfE fy y1Es 钢筋的弹性模量(N/mm2)种 类EsHPB235 级钢筋2.1105HRB335 级钢筋、HRB400 级钢筋、RRB400 级钢筋、热处理钢筋2.0105消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05105钢绞线1.95105混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章屈服点0by0b0.2条件屈
41、服点残余应变0.2热轧钢筋热轧钢筋钢丝、钢绞线、钢丝、钢绞线、各种冷加工钢筋各种冷加工钢筋(2)应力应力应变曲线的利用应变曲线的利用 a.钢筋强度设计值的确定钢筋强度设计值的确定屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，形和不可闭合的裂缝。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。不太稳定，一般取屈服下
42、限作为屈服强度。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章b.塑性好坏的确定塑性好坏的确定 用伸长用伸长率和冷弯性能衡量。率和冷弯性能衡量。伸长率伸长率elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反：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。断前有足够预兆，延性较好。同一根钢筋同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。不反映钢筋总伸长率情况。105：1510100100%510100m mlllldldl l1ld:均匀
43、延伸率均匀延伸率 gt:对应最大应力时应变，包括了残对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力实的变形能力(2.5%)残余变形r弹性变形e混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章v均匀伸长率均匀伸长率钢筋弹钢筋弹性模量性模量实测钢筋实测钢筋拉断强度拉断强度gt残余残余伸长伸长00lll s0bE已回复弹已回复弹性应变性应变+=混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章钢筋均匀伸长率的测定：钢筋均匀伸长率的测定：混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章=90,180,反复弯曲反复弯曲要要求：冷弯过程中无裂
44、缝、鳞求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。落或断裂。D 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。Dd 冷弯冷弯 冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。2.无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 Steel bar without yield point如如:中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线a0.2%0.2 fua点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性 a点后：应力点后：应力-应变关系为
45、非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的有一定塑性变形，且没有明显的屈服点屈服点 强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点 残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取 0.2=0.85 fu 混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章屈服点0by0b0.2条件屈服点残余应变0.2热轧钢筋热轧钢筋钢丝、钢绞线钢丝、钢绞线混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.2.4 钢筋的冷加工钢筋的冷加工冷加工工艺：冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。目的：目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。提高强度，节约钢材。但
46、塑性减小。冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.2.5 钢筋的蠕变、松弛与疲劳钢筋的蠕变、松弛与疲劳 1.钢筋的钢筋的蠕变蠕变 即钢筋在高应力作用下其应变随时间的增加而即钢筋在高应力作用下其应变随时间的增加而增加的现象。增加的现象。2.钢筋的钢筋的松弛松弛 即钢筋在受力后长度保持不变的情况下，其应变即钢筋在受力后长度保持不变的情况下，其应变随时间的增加而增加的现象。随时间的增加而增加的现象。3.钢筋的钢筋的疲劳疲劳 即钢筋在重复、周期动荷载作用下，经过一定次即钢筋在重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后从塑性破坏转变为脆性破坏的现象
47、。数后从塑性破坏转变为脆性破坏的现象。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.3钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结2.3.1粘结的作用及产生原因粘结的作用及产生原因 1.粘结的作用粘结的作用 钢筋和混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土这两种钢筋和混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土这两种力学性质不同的材料在结构构件中能够形成整体、共力学性质不同的材料在结构构件中能够形成整体、共同工作的基础。同工作的基础。2.粘结产生的原因粘结产生的原因 (1)试验研究试验研究 通过对受弯构件的试验研究分析表明通过对受弯构件的试验研究分析表明:粘结力的存粘结力的存在，才使钢筋的应力沿其长度方向会发
48、生变化。在，才使钢筋的应力沿其长度方向会发生变化。没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章2.3钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作v粘结锚固长度粘结锚固长度平均粘结应力平均粘结应力 amdlF光面钢筋光面钢筋 带肋钢筋带肋钢筋 2mN/mm5.35.12mN/mm0.65.2由由 和钢筋强度可推算出锚固长度和钢筋强度可推算出锚固长度 mal混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章 (2)粘结强度粘结强度 钢筋单位表面面积上所能承受的最大纵向钢筋单位表面面积上所能承受的最大纵向剪应力称为粘结
49、强度。剪应力称为粘结强度。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章钢筋与混凝土之间粘结应力示意图钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a a）锚固粘结应力）锚固粘结应力 （b b）裂缝间的局部粘结应力）裂缝间的局部粘结应力2.3.2 粘结的分类粘结的分类 钢筋和混凝土之间的粘结按其在构件中作用的性质钢筋和混凝土之间的粘结按其在构件中作用的性质可分为可分为:1.锚固粘结或延伸粘结锚固粘结或延伸粘结 2.裂缝附近处的局部粘结裂缝附近处的局部粘结混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2 2章章 2.3.3 粘结的机理粘结的机理 1.粘结机理粘结机理 钢筋和混凝土之间的粘结力，主要由三部分组
50、成钢筋和混凝土之间的粘结力，主要由三部分组成:(1)胶着力胶着力:钢筋和混凝土之间接触表面由于化学钢筋和混凝土之间接触表面由于化学作用而产生。作用而产生。(2)摩擦力摩擦力:钢筋表面的粗糙不平钢筋表面的粗糙不平,使钢筋和混凝土使钢筋和混凝土之间的相对滑动趋势，在接触面上产生的摩擦阻力。之间的相对滑动趋势，在接触面上产生的摩擦阻力。(3)咬合力咬合力 a.光圆钢筋光圆钢筋:由钢筋表面粗糙不平而产生。由钢筋表面粗糙不平而产生。b.变形钢筋变形钢筋:由变形钢筋肋间嵌入的混凝土而形由变形钢筋肋间嵌入的混凝土而形成的机械咬合作用而产生。成的机械咬合作用而产生。混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理第第 2
