3 筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算原則

1、鋼筋的品種和力學(xué)性能鋼筋的品種和力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié) 第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能1.1 鋼筋的品種和力學(xué)性能鋼筋的品種和力學(xué)性能1.1.1 鋼筋的品種鋼筋的品種熱軋鋼筋熱軋鋼筋hpb235hrb335、hrb400、rrb400熱處理鋼筋熱處理鋼筋冷加工鋼筋冷加工鋼筋鋼絲鋼絲冷拔鋼筋冷拔鋼筋冷軋鋼筋冷軋鋼筋冷拉鋼筋冷拉鋼筋碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線1.按加工工藝分類按加工工藝分類第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能2. 按化學(xué)成分分類按化學(xué)

2、成分分類碳素鋼碳素鋼低合金鋼（合金含量不超過低合金鋼（合金含量不超過3.5%）由含碳量不同分為由含碳量不同分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼3. 按表面形狀不同分類按表面形狀不同分類光圓鋼筋光圓鋼筋變形鋼筋變形鋼筋第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能4.熱軋鋼筋熱軋鋼筋 hpb235(hot-rolled plain steel bar)， 以符號(hào)以符號(hào)“ ”表示表示 光圓鋼筋，低碳鋼，質(zhì)量穩(wěn)定，塑性及焊接性能很好，但強(qiáng)光圓鋼筋，低碳鋼，質(zhì)量穩(wěn)定，塑性及焊接性能很好，但強(qiáng)度稍低。多作為現(xiàn)澆樓板受力鋼筋和箍筋。度稍低。多作為現(xiàn)澆樓板受力鋼筋和箍筋。 hr

3、b335(hot-rolled ribbed steel bar)， 以符號(hào)以符號(hào)“ ”表示表示， hrb400(hot-rolled ribbed steel bar)， 以符號(hào)以符號(hào)“ ”表示表示， rrb400(remental hot-rolled ribbed steel bar)， 以符號(hào)以符號(hào)“ ”表示表示。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能hrb335、hrb400、rrb400都屬于變形帶肋鋼筋，都屬于變形帶肋鋼筋，強(qiáng)度較強(qiáng)度較高，高，塑性和可焊性能較好，與混凝土之間的粘結(jié)性能也較好，塑性和可焊性能較好，與混凝土之間的粘結(jié)性能也較好，在工程中應(yīng)用

4、較廣。在工程中應(yīng)用較廣。第一個(gè)字母是鋼筋的加工工藝的英文縮寫，第一個(gè)字母是鋼筋的加工工藝的英文縮寫， h為熱軋、為熱軋、r為余熱處理；為余熱處理；第二個(gè)字母是鋼筋的表面形狀的英文縮寫，第二個(gè)字母是鋼筋的表面形狀的英文縮寫， p為光圓、為光圓、r為變形帶肋；為變形帶肋；第三個(gè)字母是鋼筋（第三個(gè)字母是鋼筋（bar）的英文縮寫縮寫；）的英文縮寫縮寫；數(shù)字表示鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（單位：數(shù)字表示鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（單位：n/mm2）。）。符號(hào)及數(shù)字的含義：符號(hào)及數(shù)字的含義：第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能1.1.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能 1.軟鋼的力學(xué)性能軟鋼的力學(xué)性

5、能圖1-2 熱軋鋼筋的 曲線 oa彈性階段彈性階段 b屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度（受拉強(qiáng)度限值）（受拉強(qiáng)度限值）bcbc流幅流幅cd強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段de 頸縮階段頸縮階段 a比例極限比例極限 d極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能圖1-3 硬鋼的 曲線 2.硬鋼的力學(xué)性能硬鋼的力學(xué)性能硬鋼沒有明確的屈服臺(tái)硬鋼沒有明確的屈服臺(tái)階（流幅），所以計(jì)算階（流幅），所以計(jì)算中以中以“協(xié)定流限協(xié)定流限”作為作為強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)以度標(biāo)準(zhǔn)以 0.2表示，一表示，一般般 0.2相當(dāng)于抗拉極限強(qiáng)相當(dāng)于抗拉極限強(qiáng)度度70%85%。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力

6、學(xué)性能3. 冷拉鋼筋冷拉鋼筋改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高提高鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼材鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。圖1-4 鋼筋冷拉后的 曲線冷拉加工的目的冷拉加工的目的：有時(shí)效有時(shí)效無時(shí)效無時(shí)效 第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能1.2 混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能1.2.1 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度1.立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度fcu（cubic compressive strength）2.棱柱體抗壓強(qiáng)度棱柱體抗壓強(qiáng)度fc c （ prismatic compressive strength）3.軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度ft（ axial tens

7、ile strength）第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能圖1-5 混凝土雙向應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線圖中：圖中： 雙向受壓，雙向受壓，雙向受拉，雙向受拉，一向受壓，一向受拉。一向受壓，一向受拉。4. 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度 1, 2，（壓，（壓壓），壓），混凝土的強(qiáng)度增加混凝土的強(qiáng)度增加 1, 2，（拉，（拉拉），拉），混凝土強(qiáng)度不變混凝土強(qiáng)度不變 1, 2，（拉，（拉壓），壓），混凝土強(qiáng)度降低。混凝土強(qiáng)度降低。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能圖1-6 混凝土復(fù)合受力下的強(qiáng)度曲線單向正應(yīng)力單向正應(yīng)力 及剪應(yīng)

8、力及剪應(yīng)力 共同作用時(shí)共同作用時(shí)混凝土的抗剪強(qiáng)度隨混凝土的抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力增加而降低拉應(yīng)力增加而降低?；炷恋目辜魪?qiáng)度隨混凝土的抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力增加有所提高；壓應(yīng)力增加有所提高；但當(dāng)壓應(yīng)力過大時(shí)，但當(dāng)壓應(yīng)力過大時(shí)，混凝土的抗剪強(qiáng)度有混凝土的抗剪強(qiáng)度有所降低。所降低。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能 工程應(yīng)用：工程應(yīng)用： 約束混凝土約束混凝土 鋼管砼鋼管砼 密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋三向受壓時(shí)三向受壓時(shí)圖1-7 混凝土三向受力的強(qiáng)度曲線混凝土一向抗壓強(qiáng)混凝土一向抗壓強(qiáng)度隨另兩向壓應(yīng)力度隨另兩向壓應(yīng)力的增加而增加的增加而增加第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋

9、混凝土材料的力學(xué)性能1.2.2 混凝土的變形混凝土的變形變形分類變形分類受力變形受力變形體積變形體積變形單調(diào)短期加載的變形單調(diào)短期加載的變形荷載長(zhǎng)期作用下的變形荷載長(zhǎng)期作用下的變形多次重復(fù)加載的變形多次重復(fù)加載的變形收縮變形溫度變化引起的變形第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能1.1.一次短期加載時(shí)的變形一次短期加載時(shí)的變形2ccc2上升段：上升段：下降段下降段： ccucc15.01圖1-8 混凝土單軸受壓 關(guān)系曲線 比例極限點(diǎn)臨界點(diǎn)拐點(diǎn)峰點(diǎn)收斂點(diǎn)曲線末梢 cu 01 1）應(yīng)力應(yīng)變曲線）應(yīng)力應(yīng)變曲線第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能圖

10、1-9 不同強(qiáng)度的混凝土的 曲線cu越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性(指構(gòu)件最終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力指構(gòu)件最終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力) 越好。越好?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)越高，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高，上升段長(zhǎng)，峰點(diǎn)越高，峰上升段長(zhǎng)，峰點(diǎn)越高，峰值應(yīng)變也有所增大；下降值應(yīng)變也有所增大；下降段越陡。段越陡。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能2 2）混凝土的彈性模量、變形模量）混凝土的彈性模量、變形模量一般把過原點(diǎn)的切線的斜率作為混凝一般把過原點(diǎn)的切線的斜率作為混凝土的彈性模量，也稱初始彈性模量。土的彈性

11、模量，也稱初始彈性模量。ec = (n/mm2) cuf7 .342 . 2105應(yīng)力應(yīng)力 c較大時(shí)的混凝土應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為變形模量，較大時(shí)的混凝土應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為變形模量，ec=ec 。彈性系數(shù)彈性系數(shù)1，隨應(yīng)力增大而減小。，隨應(yīng)力增大而減小。變形模量（變形模量（ ec） 彈性模量（彈性模量（ec） 彈性模量變形模量圖1-10 一次短期加載的混凝土的 曲線第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能3）混凝土的極限變形）混凝土的極限變形 混凝土的極限變形除與混凝土本身性質(zhì)及所處應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)混凝土的極限變形除與混凝土本身性質(zhì)及所處應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與試驗(yàn)方法外，還與試驗(yàn)

12、方法( (加載速度量測(cè)標(biāo)距等加載速度量測(cè)標(biāo)距等) )有關(guān)，如加載速度較快有關(guān)，如加載速度較快時(shí)，極限應(yīng)變將減??；反之極限應(yīng)變將增大。時(shí)，極限應(yīng)變將減?。环粗畼O限應(yīng)變將增大。極限壓應(yīng)變極限壓應(yīng)變cu 計(jì)算時(shí)，計(jì)算時(shí)，均勻受壓取均勻受壓取cu=0.002，非均勻受壓取，非均勻受壓取cu =0.0033。極限拉應(yīng)變極限拉應(yīng)變tu計(jì)算時(shí)一般取計(jì)算時(shí)一般取tu =0.0001。tu反映了混凝土的抗裂能力大小反映了混凝土的抗裂能力大小.第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能2.混凝土在長(zhǎng)期荷載下的變形混凝土在長(zhǎng)期荷載下的變形徐變徐變1 1）概念：）概念：混凝土構(gòu)件或材料在不變荷載

13、或應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，其混凝土構(gòu)件或材料在不變荷載或應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，其變形或應(yīng)變隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變變形或應(yīng)變隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。 圖1-11 混凝土徐變（應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線） 第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能（1）長(zhǎng)期荷載作用下的應(yīng)力大小）長(zhǎng)期荷載作用下的應(yīng)力大?。?）加荷時(shí)混凝土的齡期）加荷時(shí)混凝土的齡期（3）混凝土的組成成分和配合比）混凝土的組成成分和配合比（4）養(yǎng)護(hù)及使用條件溫度和濕度）養(yǎng)護(hù)及使用條件溫度和濕度 （5）構(gòu)件的形狀及尺寸）構(gòu)件的形狀及尺寸2）徐變的影響因素：徐變的影響因素：3）徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響

14、徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響: :（1）使結(jié)構(gòu)的變形增大）使結(jié)構(gòu)的變形增大（2）造成較大的預(yù)應(yīng)力損失）造成較大的預(yù)應(yīng)力損失（3）引起應(yīng)力重分布）引起應(yīng)力重分布第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能3.混凝土的收縮混凝土的收縮 1 1）概念：）概念： 混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，由于溫濕度及本身化學(xué)變化的影混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，由于溫濕度及本身化學(xué)變化的影響，體積隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象稱為收縮。響，體積隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象稱為收縮。 2）對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響：）對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響： 外部受到地基或支承條件的約束構(gòu)件，混凝土可能開裂。外部受到地基或支承條件的約束構(gòu)件，混凝土可能開裂。造成

15、預(yù)應(yīng)力損失。造成預(yù)應(yīng)力損失。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié) 1.3.1 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力 鋼筋混凝土受力后會(huì)沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，鋼筋混凝土受力后會(huì)沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，通常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。通常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。粘結(jié)力是在鋼筋和混凝土接粘結(jié)力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對(duì)滑移的剪切力觸面上阻止兩者相對(duì)滑移的剪切力。粘結(jié)應(yīng)力的計(jì)算粘結(jié)應(yīng)力的計(jì)算sss41duab圖1-12 拉拔鋼筋試驗(yàn)第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的

16、力學(xué)性能 根據(jù)鋼筋拉拔試驗(yàn)，通過單元根據(jù)鋼筋拉拔試驗(yàn)，通過單元體內(nèi)力分析得出粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算式：體內(nèi)力分析得出粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算式：1 1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學(xué)膠著力）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學(xué)膠著力( (膠力膠力) ) ；2）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力（摩阻力）。）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力（摩阻力）。3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力機(jī)械咬合力。1）光面鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力，）光面鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力，2）變形鋼筋的粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合作用。）變形鋼筋的粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合作用。3

17、）可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。）可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。粘結(jié)作用分析粘結(jié)作用分析粘結(jié)力的組成粘結(jié)力的組成第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能關(guān)于機(jī)械咬合力關(guān)于機(jī)械咬合力光圓鋼筋光圓鋼筋咬合力來自表面的粗糙不平。咬合力來自表面的粗糙不平。變形鋼筋變形鋼筋變形鋼筋的橫肋對(duì)混凝土的擠壓如同一個(gè)楔，變形鋼筋的橫肋對(duì)混凝土的擠壓如同一個(gè)楔，會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械咬合力，從而提高了變形鋼筋的粘結(jié)能力會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械咬合力，從而提高了變形鋼筋的粘結(jié)能力粘結(jié)破壞形式粘結(jié)破壞形式 變形鋼筋的粘結(jié)破壞：變形鋼筋的粘結(jié)破壞：橫肋擠壓混凝土使鋼筋周圍橫肋擠

18、壓混凝土使鋼筋周圍混凝土開裂滑移變形加快，混凝土開裂滑移變形加快，肋間混凝土剪切強(qiáng)度不夠，肋間混凝土剪切強(qiáng)度不夠，發(fā)生發(fā)生“刮梨式刮梨式” 拔出破壞。拔出破壞。圖1-13 鋼筋橫肋對(duì)混凝土的擠壓力1-鋼筋凸肋上的擠壓力；2-內(nèi)部裂縫第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能（1）混凝土強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度。 （2 2）鋼筋的表面狀況。）鋼筋的表面狀況。 （3）混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋的凈間距。）混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋的凈間距。 （4）橫向配筋。）橫向配筋。（5）側(cè)向壓應(yīng)力。）側(cè)向壓應(yīng)力。（6）澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置。）澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置。 鋼筋即將拔出時(shí)的極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的平均

19、粘結(jié)應(yīng)力，稱為鋼筋即將拔出時(shí)的極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)應(yīng)力，稱為粘結(jié)強(qiáng)度。粘結(jié)強(qiáng)度。 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素 光面鋼筋的粘結(jié)破壞：鋼筋從混凝土中拔出時(shí)，表面光面鋼筋的粘結(jié)破壞：鋼筋從混凝土中拔出時(shí)，表面有明顯的縱向摩擦痕跡。有明顯的縱向摩擦痕跡。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能1.3.2 鋼筋的錨固與接頭鋼筋的錨固與接頭1.1.鋼筋的錨固鋼筋的錨固 錨固長(zhǎng)度錨固長(zhǎng)度la a，它可根據(jù)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼筋才被拔，它可根據(jù)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼筋才被拔動(dòng)的條件確定，由鋼筋的受力平衡條件得動(dòng)的條件確定，由鋼筋的受力平衡條件得fyas= lab

20、ula= fyas /（b u）=fyd/（4b ） 可知，鋼筋強(qiáng)度越高，直徑越粗，混凝土強(qiáng)度越低，則可知，鋼筋強(qiáng)度越高，直徑越粗，混凝土強(qiáng)度越低，則要求錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)。要求錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)。 對(duì)于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓時(shí)會(huì)側(cè)向鼓脹，對(duì)混凝土產(chǎn)對(duì)于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓時(shí)會(huì)側(cè)向鼓脹，對(duì)混凝土產(chǎn)生擠壓，增加了粘結(jié)力，所以它的錨固長(zhǎng)度可以短些。生擠壓，增加了粘結(jié)力，所以它的錨固長(zhǎng)度可以短些。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能圖1-15 鋼筋彎鉤的形式與尺寸圖1-14 鋼筋機(jī)械錨固的形式 機(jī)械錨固的形式可以提高鋼筋的錨固力，減少錨固長(zhǎng)度。機(jī)械錨固的形式可以提高鋼筋的錨固力，減少錨固長(zhǎng)度。受力的光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤以保證光面鋼筋粘結(jié)錨固的可靠性。受力的光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤以保證光面鋼筋粘結(jié)錨固的可靠性。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能2.鋼筋的連接鋼筋的連接 鋼筋連接的原則鋼筋連接的原則（1）接頭應(yīng)盡量設(shè)置在受力較小處，以降低接頭對(duì)鋼筋傳力）接頭應(yīng)盡量設(shè)置在受力較小處，以降低接頭對(duì)鋼筋傳力的影響程度。的影響程度。（2