第1章鋼筋和混凝土材料的力學性能Mechanicalpropertiesofrebarandconcrete內(nèi)容提要：本章主要介紹組成鋼筋混凝土結構的材料———鋼筋和混凝土在本課程中所用的力學性能及其相互之間的作用。１）鋼筋。鋼筋的強度和變形，鋼筋的成分、級別、品種和標志符號，混凝土結構對鋼筋性能的要求。２）混凝土?；炷恋膹姸群妥冃危簡蜗驊ψ饔孟禄炷恋膹姸龋⒎襟w抗壓強度、軸心抗壓強度和軸心抗拉強度）和復合受力狀態(tài)下的強度；混凝土在一次短期荷載作用下的變形性能，以及在重復荷載、長期荷載作用下的變形性能。３）鋼筋與混凝土間的黏結，鋼筋的錨固與連接。1.1鋼筋1.2混凝土1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及

鋼筋的連接1.1鋼筋1.1.1鋼筋的品種分類和級別1、按外形可分為光面鋼筋變形鋼筋螺旋紋人字紋

月牙紋

1.1鋼筋（“圓鋼”）（也稱帶肋鋼筋，“螺紋鋼”）1.1.1鋼筋的品種分類和級別2、按化學成分可分為碳素鋼普通低合金鋼中碳鋼低碳鋼

高碳鋼0.25%~0.6%小于0.25%

0.6%~1.4%含有少量合金元素，如錳、硅、釩、鈦等強度提高塑性、韌性降低3、按生產(chǎn)工藝可分為熱軋鋼筋、冷加工鋼筋（冷拉、冷拔）、熱處理鋼筋1.1鋼筋4、按強度可分為級別代號特點HPB300級光面低碳鋼筋，直徑6~14mm，強度低，塑性、韌性好，易焊接、易加工，價格低。HRB400級HRBF400級月牙肋低合金鋼筋，直徑6~50mm，強度較HRB335級高，《規(guī)范》提倡的主導鋼筋，鋼筋混凝土結構中的縱向鋼筋優(yōu)先采用此級鋼筋。RRB400級將HRB335級鋼筋熱軋后，讓其穿過高壓水湍流管進行快速冷卻，再利用鋼筋芯部的余熱自行回火。HRB500級HRBF500級月牙肋低合金鋼筋，直徑6~50mm，強度較高，《規(guī)范》也主薦其作為縱向受力的主導鋼筋。1.1鋼筋1.1.1鋼筋的品種分類和級別FF5、按剛度可分為1.1.1鋼筋的品種分類和級別1.1鋼筋柔性鋼筋普通的圓條形狀鋼筋勁性鋼筋角鋼、槽鋼、工字鋼等型鋼鋼絲：直徑小于6mm的鋼筋鋼絞線：把多根（2股、3股、7度）高強度鋼絲捻制在一起刻痕鋼絲：高強度光面鋼絲的表面經(jīng)機械刻痕處理螺旋肋鋼絲：經(jīng)軋制成螺旋肋1、鋼筋的應力-應變關系有明顯屈服點鋼筋（軟鋼）的應力－應變關系曲線1.1.2鋼筋的力學性能O

acdebf

比例極限屈服下限屈服上限屈服強度

1.1鋼筋1、鋼筋的應力-應變關系無明顯屈服點鋼筋（硬鋼）的應力－應變關系曲線1.1.2鋼筋的力學性能O

1.1鋼筋鋼筋塑性性能以斷后伸長率和冷彎性能來表述2、鋼筋的應力-應變關系塑性性能1.1.2鋼筋的力學性能1.1鋼筋

斷后伸長率越大，鋼筋的塑性性能就越好。

2、鋼筋的應力-應變關系塑性性能1.1.2鋼筋的力學性能

（1-1）

1.1鋼筋2、鋼筋的應力-應變關系塑性性能1.1.2鋼筋的力學性能1.1鋼筋表1-1普通鋼筋及預應力筋在最大力下的總伸長率鋼筋品種普通鋼筋預應力筋HPB300HRB400HRBF400HRB500HRBF500RRB40010.07.55.03.5

冷拉前、后的應力～應變曲線

鋼筋的冷拔

1.1鋼筋3、鋼筋的冷加工和熱處理1.1.2鋼筋的力學性能冷加工：指鋼筋在不加溫的情況下，

對鋼筋進行冷拉、冷拔或

冷軋加工。特點：質量不易控制延性及焊接性較差易發(fā)生脆性斷裂熱處理：將熱軋鋼筋進行高溫淬火和

余熱處理特點：強度提高，但延性、焊接性、機

械連接性能及施工適應性降低松弛：

鋼筋在多次重復荷載作用下，發(fā)生脆性突然斷裂的現(xiàn)象。

指鋼筋受力后，在保持長度不變的情況下，其應力隨時間的增長而逐漸降低的現(xiàn)象。疲勞：1.1鋼筋4、鋼筋的松弛與疲勞1.1.2鋼筋的力學性能

鋼筋的疲勞強度低于靜載作用下的極限強度，且與應力變化幅度、鋼筋表面的形狀、鋼筋的尺寸、鋼筋的等級、試驗的方法、加載的頻率和使用環(huán)境等因素有關。強度高鋼筋的選用原則塑性好可焊性好與混凝土粘結錨固性能好非預應力筋優(yōu)先選用HRB400級、HRBF400級、HRB500級、HRBF500級鋼筋；鋼筋混凝土結構對鋼筋的性能要求1.1鋼筋4、鋼筋的松弛與疲勞1.1.3鋼筋混凝土結構對鋼筋性能的要求和選用原則預應力筋優(yōu)先選用鋼絞線、高強度鋼絲和熱處理鋼筋等；特殊環(huán)境（如高溫、低溫等）還應考慮鋼材的化學成分，以適應需要。1.2混凝土混凝土是由水泥、石子、砂、水及必要的添加劑（或摻合料）按一定的配合比組成的工程復合材料。由于混凝土內(nèi)部結構復雜，其性能除與水泥的強度等級、水膠比、集料的性質、級配和混凝土的配合比等直接相關外，還受不同的成形方法、硬化養(yǎng)護條件、齡期、試件尺寸、試件形狀、試驗方法、加載速度等外部因素的影響，使混凝土所表現(xiàn)出的力學性能非常復雜。1.2混凝土

1.2.1混凝土的強度

《規(guī)范》規(guī)定，根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標準值把混凝土強度分為13個強度等級，分別以符號C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80表示。其中，C表示混凝土，C后的數(shù)字為立方體抗壓強度標準值。1.2混凝土《規(guī)范》規(guī)定素混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C20；鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C25；當采用強度等級為500MPa及以上的鋼筋時，混凝土強度等級不應低于C30。預應力混凝土結構的混凝土強度等級不宜低于C40，且不應低于C30；承受重復荷載的鋼筋混凝土構件，混凝土的強度等級不應低于C30。同時，還應根據(jù)建筑物所處的環(huán)境條件確定混凝土的最低強度等級，以保證建筑物的耐久性。

1.2.1混凝土的強度1.2混凝土

1.2.1混凝土的強度

（1-2）1.2混凝土

1.2.1混凝土的強度

（1-3）1.2混凝土

1.2.1混凝土的強度混凝土軸心抗拉強度試驗方法直接法拉伸試驗間接法劈裂試驗（1-4）1.2混凝土4、混凝土在復合應力狀態(tài)下的強度1.2.1混凝土的強度（1）雙向應力狀態(tài)下的強度

混凝土的抗壓強度隨另一向的拉應力增加而降低，混凝土的抗拉強度隨另一向的壓應力增加而降低。1.2混凝土4、混凝土在復合應力狀態(tài)下的強度1.2.1混凝土的強度（2）復合應力狀態(tài)下的強度

三向受壓試驗曲線

1.2混凝土5、影響混凝土強度的主要因素1.2.1混凝土的強度影響混凝土強度的因素有：混凝土的配合比；原材料的品質與種類；施工中澆搗的密實程度；養(yǎng)護條件；混凝土的齡期。1.2混凝土1、混凝土在一次短期荷載作用下的應力-應變關系1.2.2混凝土的變形1.2混凝土混凝土棱柱體標準試件受壓時的應力-應變關系曲線1、混凝土在一次短期荷載作用下的應力-應變關系1.2.2混凝土的變形1.2混凝土混凝土的應力-應變關系曲線的形狀受混凝土強度、組成材料、試驗加載方式、有無約束等的影響。不同強度等級混凝土受壓的應力-應變關系曲線混凝土強度越高，脆性越明顯。2、混凝土在重復荷載作用下的應力-應變關系1.2.2混凝土的變形1.2混凝土將混凝土試件加載到一定數(shù)值后，再予卸載，并多次循環(huán)這一過程，便可得到混凝土在重復荷載作用下的應力-應變關系曲線混凝土在經(jīng)過一次加、卸載循環(huán)后，其變形中有一部分恢復了，而有一部分則不能恢復。這些不能恢復的塑性變形在多次的循環(huán)過程中逐漸積累。

2、混凝土在重復荷載作用下的應力-應變關系1.2.2混凝土的變形1.2混凝土

1.2.2混凝土的變形1.2混凝土

（1-5）

1.2.2混凝土的變形1.2混凝土（1-6）4、混凝土在長期荷載作用下的變形——徐變1.2.2混凝土的變形1.2混凝土混凝土在長期荷載作用下，應力不變，其應變隨時間的增長而繼續(xù)增長的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。4、混凝土在長期荷載作用下的變形——徐變1.2.2混凝土的變形1.2混凝土影響混凝土徐變的因素：應力的大??；混凝土的齡期；水泥用量；養(yǎng)護溫度、時間；混凝土集料的級配、彈性模量；水泥的品種。不利影響：徐變會使構件的撓度增加很大；在預應力混凝土中，徐變會造成預應力的大量損失。有利影響：徐變可以減小由于不均勻沉降引起的附加應力和溫度應力等。4、混凝土在長期荷載作用下的變形——徐變1.2.2混凝土的變形1.2混凝土混凝土的松弛：指在應變不變的情況下，混凝土中的應力會隨時間的增加而逐漸降低的現(xiàn)象?；炷恋男熳兒退沙趯嶋H上是一個事物的兩種不同的表現(xiàn)形式。5、混凝土的非荷載作用變形1.2.2混凝土的變形1.2混凝土（1）干濕變形混凝土由于環(huán)境濕度的變化而表現(xiàn)為干縮濕脹。（2）溫度變形混凝土與其他材料一樣，也會隨溫度的變化產(chǎn)生熱脹冷縮變形。（3）化學收縮混凝土的化學收縮是由于水泥在水化結硬的過程中體積將變小，從而引起混凝土的收縮?；瘜W收縮是不可恢復的，其數(shù)值一般很小。1.2.3混凝土的重度和耐久性1、混凝土的重度1.2混凝土

2、混凝土的耐久性混凝土的耐久性一方面與其組成、水膠比、密實度、氯離子含量和堿含量等有關，另一方面與其使用條件和使用環(huán)境密切相關，在滲透、凍融、腐蝕等作用下，其耐久性將會受到很大影響。1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.1鋼筋與混凝土的黏結力及其影響因素鋼筋與混凝土的黏結力的組成1.化學膠結力:混凝土與鋼筋之間接觸面的化學吸附作用力；2.摩擦力:混凝土收縮握裹鋼筋產(chǎn)生的力；3.機械咬合力:鋼筋的表面凹凸不平與混凝土的機械咬合作用?；瘜W膠結力較小，光面鋼筋以摩擦力為主，變形鋼筋則以機械咬合力為主。1、鋼筋與混凝土的黏結力1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.1鋼筋與混凝土的黏結力及其影響因素2、鋼筋與混凝土之間黏結強度的影響因素（1）混凝土的強度鋼筋與混凝土之間的黏結強度隨混凝土強度等級的提高而增大。（2）鋼筋的表面形狀變形鋼筋比光面鋼筋的黏結強度要大得多，凹凸不平的鋼筋表面與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力將顯著增加黏結強度。

光面鋼筋的這一作用則較小，所以設計時要在受拉光面鋼筋的端部做成彎鉤，以增加錨固作用。1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.1鋼筋與混凝土的黏結力及其影響因素2、鋼筋與混凝土之間黏結強度的影響因素（3）混凝土保護層厚度及鋼筋的凈距鋼筋與混凝土的黏結力是需要在鋼筋周圍有一定厚度的混凝土才能實現(xiàn)和保證的。在構造上必須保證一定的混凝土保護層厚度及鋼筋的間距。1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.1鋼筋與混凝土的黏結力及其影響因素1、鋼筋與混凝土之間黏結強度的影響因素（4）箍筋和端部焊接件的作用箍筋能夠限制內(nèi)部裂縫的發(fā)展，在鋼筋端部錨固區(qū)加焊的短鋼筋、角鋼、鋼板等，均能有效地增大黏結作用，阻止受力鋼筋被拔出。1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.2保證鋼筋與混凝土黏結的措施1、鋼筋的錨固當在計算中充分利用鋼筋的抗拉強度時，受拉鋼筋的基本錨固長度按下式計算普通鋼筋（1-7）預應力筋（1-8）

鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線0.160.140.130.160.171.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.2保證鋼筋與混凝土黏結的措施1、鋼筋的錨固

（1-9）

1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.2保證鋼筋與混凝土黏結的措施1、鋼筋的錨固為減小鋼筋的錨固長度，可在縱向受拉鋼筋末端采用附加機械錨固措施。

一側貼焊錨筋兩側貼焊錨筋穿孔塞焊錨板螺栓錨頭1.3鋼筋與混凝土的黏結、錨固及鋼筋的連接1.3.2保證鋼筋與混凝土黏結的措施1、鋼筋的錨固

當計算中充分利用了鋼筋的抗壓強度時，受壓鋼筋的錨固