1、第一章 鋼筋混凝土結構的材料,1.1 鋼筋 (Reinforcement or Rebar),一、鋼筋的品種 熱軋鋼筋、冷加工鋼筋（冷拉鋼筋，冷軋帶肋鋼筋）、熱處理鋼筋；鋼絲和鋼絞線。,參見附錄二（P.333）各種鋼筋的符號和強度設計值。,各種鋼筋的性能和工程應用： (級)鋼筋多為光面鋼筋（Plain Bar），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋。 (級和級) 鋼筋強度高，多作為鋼筋混凝土構件的受力鋼筋，尺寸較大的構件，也有用級鋼筋作箍筋。 鋼絞絲、鋼絲和熱處理鋼筋一般用于預應力混凝土結構。,二、鋼筋的力學性能,鋼筋的 曲線,由力學性能不同分成：,軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋),

2、硬鋼：無明顯屈服臺階的鋼筋(鋼絲、熱處理鋼筋),(一)軟鋼 有明顯屈服點的鋼筋 Rebar with yield point,a為比例極限 proportional limit s =Ese,a為彈性極限 elastic limit,de為強化段 strain hardening stage,b為屈服上限 upper yield strength,c為屈服下限，即屈服強度 fy lower yield strength,cd為屈服臺階 yield plateau,e為極限抗拉強度 fu ultimate tensile strength,幾個指標(Index)： 屈服強度：是鋼筋強度的設計依據(jù)

3、，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形，且卸載時這部分變形不可恢復，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，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強度。 延 伸 率：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，在拉斷前有足夠預兆，延性較好,屈 強 比反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.60.7。,(二)硬鋼 無明顯屈服點的鋼筋,a點：比例極限，約為0.65fu a點前：應力-應變關系為線彈性 a點后：應力-應變關系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點 強度設計指標條件屈服強度 (協(xié)定流限) 殘余應變?yōu)?.2%所對應的應力 規(guī)范取s0.2 =0.8

4、5 fu,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。,冷加工的目的：改變鋼材內部結構，提高 鋼材強度，節(jié)約鋼筋(10%20%)。,(三) 鋼筋的冷加工,o,冷拉控制應力,(N/mm2),冷拉率,o,a,b,c,c,d,d,冷拉無時效,冷拉經時效,冷拉對鋼材性能的影響: 屈服強度提高了，但流幅縮短；鋼材變硬變脆了；對承受沖擊荷載和重復荷載是不利的。,（四） 鋼筋的蠕變、松弛和疲勞, 鋼筋在高應力作用下，隨時間增長其應變繼續(xù)增加的現(xiàn)象為蠕變。, 鋼筋受力后，若保持長度不變，則其應 力隨時間增長而降低的現(xiàn)象稱為松弛。, 鋼筋的疲勞破壞是指鋼筋在承受重復、周期動荷載作用下，經過一定次數(shù)后，從塑性破壞的性質轉變成

5、脆性突然斷裂的現(xiàn)象。,1.2 混凝土 (Concrete),一、混凝土的強度,混凝土的抗壓強度 混凝土的抗拉強度 混凝土在復合應力作用下的強度,混凝土結構中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標。 混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的,立方體抗壓強度 混凝土的強度等級 混凝土的選用原則 軸心抗壓強度,（一）立方體抗壓強度 fcu （參見錄像01）,破壞形式和原理？,混凝土的強度和哪些因素有關？如何影響？,由于尺寸效應的影響：fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 fcu(200),如何測定？,（二）混凝土的強度等級

6、,水電工程根據(jù)強度，從C10C60共劃分為11個強度等級，級差為5N/mm2。 C50以上為高強混凝土。,補充說明：,（三） 混凝土的選用原則,水電工程中，素混凝土結構受力不宜低于C10 鋼筋混凝土構件的混凝土強度等級不應低于C15 當采用級、級鋼筋時，裝配式和薄壁結構以及承受重復荷載的構件，不宜低于C20 預應力混凝土結構不應低于C30 采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，不宜低于C40,（四） 軸心抗壓強度 fc,棱柱體試件高寬比一般為h/b=34通常取 150mm150mm 300mm或 150mm 150mm 450mm 標準試件。,真實反映以受壓為主的混凝土結構構件的抗壓強度

7、。 所以是構件設計時所采用的強度種類，但還要將該標準值變?yōu)樵O計值。,為什么棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度？,如何換算？,（四）軸心抗拉強度 ft,ft僅相當于fcu的1/91/18,ft=2P/d2,測量方法：,（五）復合應力狀態(tài)下的混凝土強度,實際結構中混凝土很少受于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。如混凝土拱壩、核電站的安全殼等。,參見錄象（04雙向復合受力強度）,混凝土的雙向受力強度,雙向受拉：強度接近單向 受拉強度,一拉一壓：強度降低,雙向受壓：抗壓強度和極 限壓應變均有 所提高,壓,壓,拉,混凝土在正應力和剪應力作用下的復合強度,在有剪應力作用時，混凝土的抗壓強度將低于

8、單軸抗壓強度,混凝土的抗剪強度：隨拉應力增大而減小 隨壓應力增大而增大。當壓應力在0.6fc左 右時，抗剪強度達到最大。 壓應力繼續(xù)增大，則由于內裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小。,壓,拉,混凝土的三向受壓強度,三向受壓時，混凝土的抗壓強度和極限變形都有較大提高,工程應用：約束混凝土，實際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱。,側向壓應力的存在還可提高混凝土的延性。,參見圖1-12。,二、混凝土的變形,（一）單軸受壓應力-應變關系,如何能畫出曲線的下降段？,OA 彈性階段,A : 0.3fc,AB 彈塑性階段, : 0.3fc 0.8fc 裂縫穩(wěn)定階段,BC 裂縫不穩(wěn)定階段, :

9、 0.8 fc 1.0 fc,C,B,D,E,fc,0,0,A,cu,特征點：,0 峰值點應變 規(guī)范0 = 0.002,cu 極限壓應變。值越大，混凝土的延性越好,fc 軸心抗壓強度,混凝土強度對應力-應變的影響：,加載速度對應力-應變的影響：如圖1-15,約束混凝土可以提高混凝土的強度，但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力，這一點對于抗震結構非常重要。,（二） 混凝土在多次重復荷載下的應力應變關系,混凝土的疲勞抗壓強度，用符號 表示。 結合曲線說明,（三） 混凝土的彈性模量,初始彈性模量； 割線彈性模量； 切線彈性模量； 多次重復加載求彈性模量； 經驗公式；,彈性狀態(tài) （拉、壓相等）,由

10、應力-應變關系曲線直接求； 變形模量；,塑性狀態(tài),（四） 混凝土的徐變,徐變：混凝土在受到荷載作用后，在荷載(應力) 不變的情況下，變形(應變)隨時間而不斷增長的現(xiàn)象。,徐變的影響因素和減小徐變措施 內在因素是指混凝土內水泥膠體的影響。水泥膠體多、徐變就大。減小徐變，應盡量減少水泥用量，減小水灰比，增加骨料所占體積及其剛度。 環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使用條件。受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少（2035）%。受荷后構件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。 應力條件是引起徐變的直接原因，應力越大，徐變就越大。在低應力下，徐變與應力為線性關系。在高

11、應力下，將產生非線性徐變，徐變不能趨于穩(wěn)定，要避免這種情況。 加荷齡期。在同樣的應力條件下，加荷越早，混凝土硬化越不充分，徐變就越大。,徐變性質：,線性徐變 初應力 c0.5fc 徐變與初應力呈正比，趨于穩(wěn)定,非線性徐變 c 0.5fc,當c 0.8fc ，徐變發(fā)展最終導致破壞,作為混凝土的長期抗壓強度。,0.8fc,徐變對結構的影響（有利和不利）：, 使構件的變形增加；, 在截面中引起應力重分布；, 在預應力混凝土結構中引起預應力損失。,影響收縮的主要因素： 收縮應變的大小與混凝土的組成、配比、養(yǎng)護條件等關系很大。水泥用量多，水灰比大，振搗不密實，干燥環(huán)境下養(yǎng)護，構件外露表面積大等，都會使收

12、縮應變增加。,（五） 混凝土的溫度變形和收縮,收縮對結構的影響： 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。 某些對跨度比較敏感的超靜定結構（如拱結構），收縮也會引起不利的內力。,（一）單軸受壓應力-應變關系,（五） 混凝土的溫度變形和收縮,（四） 混凝土的徐變,（二） 混凝土在多次重復荷載下的應力應變關系,受力變形,體積變形,變形內容：,1.3 鋼筋和混凝土的粘結,粘結是這兩種材料共同受力變形的保證,1.3 鋼筋和混凝土的粘結,1.3 鋼筋和混凝土的粘結,測定、組成、影響因素,粘結應力：單位界面面積上這種作用力沿鋼筋軸線方向的應力（鋼筋和混凝土界面上的剪應力）。,1.3 鋼筋和混凝土的粘結,測定、組成、影響因素,1.3 鋼筋和混凝土的粘結,測定、組成、影響因素, 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產生的摩擦力；, 混凝土顆料的化學作用產生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；, 鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合力。,1.3 鋼筋和混凝土的粘結,測定、組成、影響因素,1.4 鋼筋的錨固,鋼筋的錨固長度一般指梁、板、柱等構件的受力鋼筋伸入支座或基礎中