混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理n第第1章章 緒論緒論n第第2章章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能n第第3章章 受彎構(gòu)件的正截面受彎性能受彎構(gòu)件的正截面受彎性能n第第4章章 受彎構(gòu)件的斜截面承載力受彎構(gòu)件的斜截面承載力n第第5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力n第第6章章 受拉構(gòu)件的截面承載力受拉構(gòu)件的截面承載力n第第7章章 受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力n第第8章章 撓度、裂縫寬度驗算及延性和耐久性撓度、裂縫寬度驗算及延性和耐久性n第第9章章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件第第2章章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能n本章主

2、要內(nèi)容本章主要內(nèi)容n砼的強(qiáng)度，影響砼強(qiáng)度的因素砼的強(qiáng)度，影響砼強(qiáng)度的因素n砼的變形、砼的變形、曲線，砼的收縮和徐變，影響砼變形曲線，砼的收縮和徐變，影響砼變形的因素的因素n鋼筋的級別、品種及冷加工鋼筋的級別、品種及冷加工n軟鋼、硬鋼的概念，鋼筋的強(qiáng)度和變形，鋼筋的軟鋼、硬鋼的概念，鋼筋的強(qiáng)度和變形，鋼筋的曲線曲線n砼結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求砼結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求n鋼筋與砼的粘結(jié)，鋼筋的錨固鋼筋與砼的粘結(jié)，鋼筋的錨固n教學(xué)要求教學(xué)要求n理解混凝土單軸受壓的應(yīng)力理解混凝土單軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其應(yīng)用應(yīng)變曲線及其應(yīng)用n了解混凝土和鋼筋的主要力學(xué)指標(biāo)、性能和工程應(yīng)用了解混凝土和鋼筋的主要力學(xué)指標(biāo)、性能

3、和工程應(yīng)用n理解鋼筋與混凝土粘結(jié)的重要性和機(jī)理，知道鋼筋錨理解鋼筋與混凝土粘結(jié)的重要性和機(jī)理，知道鋼筋錨固長度的要求固長度的要求2.1.1單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度2.1 混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能1、砼的立方體抗壓強(qiáng)度、砼的立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k(cubic compressive strength of concrete)和強(qiáng)度等級和強(qiáng)度等級(strength classes of concrete)我國是以邊長為我國是以邊長為150毫米的立方體試塊，在毫米的立方體試塊，在203C的溫度的溫度和相對濕度在和相對濕度在90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)以

4、上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28天，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗天，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有方法測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度保證率的抗壓強(qiáng)度(N/mm2)作為砼的強(qiáng)度作為砼的強(qiáng)度等級等級,用用fcu,k表示。表示。注意：砼的立方體試塊的抗壓強(qiáng)度比較穩(wěn)定，也容易在實驗室測出，因此注意：砼的立方體試塊的抗壓強(qiáng)度比較穩(wěn)定，也容易在實驗室測出，因此我國把砼立方體抗壓強(qiáng)度作為砼強(qiáng)度的基本指標(biāo)，它是砼強(qiáng)度的一種象征，我國把砼立方體抗壓強(qiáng)度作為砼強(qiáng)度的基本指標(biāo)，它是砼強(qiáng)度的一種象征，而實際工程中的砼一般并不是以立方體形態(tài)出現(xiàn)，因此砼立方體抗壓強(qiáng)度而實際工程中的砼一般并不是以立方體形態(tài)出現(xiàn)，因此砼立方體抗壓強(qiáng)度并不能直接用于工程

5、設(shè)計。立方體抗壓強(qiáng)度也沒有設(shè)計值。并不能直接用于工程設(shè)計。立方體抗壓強(qiáng)度也沒有設(shè)計值。 我國我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的砼強(qiáng)度等級有規(guī)定的砼強(qiáng)度等級有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共十四個等級。其中共十四個等級。其中C50及以下為普通混凝及以下為普通混凝土土(normal-strength concrete) ， C55及以上為高強(qiáng)度混凝土及以上為高強(qiáng)度混凝土(high-strength concrete)。 如如C30表示該強(qiáng)度等級的砼的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為：表示該強(qiáng)度等級的砼的立方體抗壓強(qiáng)度

6、標(biāo)準(zhǔn)值為：fcu,k =30 N/mm2。 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20 ，同時，混凝，同時，混凝土的強(qiáng)度等級應(yīng)與鋼筋的強(qiáng)度級別相匹配，如采用土的強(qiáng)度等級應(yīng)與鋼筋的強(qiáng)度級別相匹配，如采用400MPa及及以上鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級一般不應(yīng)低于以上鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級一般不應(yīng)低于C25。2、砼的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）、砼的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）fck (concrete compressive strength ) 實際上砼結(jié)構(gòu)的受壓一般不是立方體而是棱柱體，所以實際上砼結(jié)構(gòu)的受壓一般不是立方體而是棱柱體，所以采用棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度

7、更能反映砼的實際情況，我國采采用棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度更能反映砼的實際情況，我國采用用150150300的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下測得的具有測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度作為棱柱體抗壓強(qiáng)度即軸保證率的抗壓強(qiáng)度作為棱柱體抗壓強(qiáng)度即軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值(characteristic value)，用，用fck 表示。表示。根據(jù)試驗得到根據(jù)試驗得到 fck 和和 fcu,k 的統(tǒng)計平均值之間的關(guān)系大致如下：的統(tǒng)計平均值之間的關(guān)系大致如下： fck =0.88c1c2 fcu,k （2-1） 式式中：中：c1為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之

8、比，為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，C50以下以下C80， c1值對應(yīng)為值對應(yīng)為0.760.82，在此之間為線性內(nèi)插；，在此之間為線性內(nèi)插；c2為高強(qiáng)砼脆性為高強(qiáng)砼脆性折減系數(shù)，折減系數(shù)， C40以下以下C80，c2值對應(yīng)為值對應(yīng)為1.00.87，在此之間，在此之間為線性內(nèi)插；為線性內(nèi)插；3、砼的軸心抗拉強(qiáng)度、砼的軸心抗拉強(qiáng)度tk (tensile strength of concrete)測定砼的抗拉強(qiáng)度可采用直接軸拉試驗和劈裂試驗（間接）測定砼的抗拉強(qiáng)度可采用直接軸拉試驗和劈裂試驗（間接）兩種方法。兩種方法。150200150PP由試驗得到的由試驗得到的tk和和cu,k的關(guān)系為：的關(guān)系為：t

9、k 0.88 0.395(cu,k)0.55 (11.645) 0.45c2 (2-3) 式中，式中，變異系數(shù)變異系數(shù)直接軸拉試驗由直接軸拉試驗由100100500的標(biāo)準(zhǔn)試件，兩端埋入直徑的標(biāo)準(zhǔn)試件，兩端埋入直徑為為16的變形鋼筋（試件內(nèi)長度為的變形鋼筋（試件內(nèi)長度為150）并對鋼筋進(jìn)行張拉（見）并對鋼筋進(jìn)行張拉（見下圖）。下圖）。劈裂試驗比直接受拉試驗劈裂試驗比直接受拉試驗容易做，可以采用圓柱體容易做，可以采用圓柱體或立方體試塊，如右圖或立方體試塊，如右圖:當(dāng)測得試塊劈裂破壞時壓當(dāng)測得試塊劈裂破壞時壓力機(jī)的壓力力機(jī)的壓力 F ，則根據(jù)彈，則根據(jù)彈性理論，可按下式計算砼性理論，可按下式計算砼的

10、抗拉強(qiáng)度：的抗拉強(qiáng)度：ddFFFF式中式中 ：d 圓柱體直徑或圓柱體直徑或 立方體邊長；立方體邊長； l 圓柱體長或立圓柱體長或立 方體邊長。方體邊長。dlFft /20 （2-4）0tf劈裂面應(yīng)劈裂面應(yīng)力分布力分布2.1.2復(fù)合受力狀態(tài)下砼的強(qiáng)度（復(fù)合受力狀態(tài)下砼的強(qiáng)度（strength of concrete under combined stress )2/01/00.10.11.01.01221工程中的砼構(gòu)件一般均處在復(fù)合受力狀態(tài)工程中的砼構(gòu)件一般均處在復(fù)合受力狀態(tài)目前還沒有較完善的砼復(fù)合受力狀態(tài)目前還沒有較完善的砼復(fù)合受力狀態(tài)計算理論計算理論, ,主要借助于有限的試驗資料，主要借助于

11、有限的試驗資料，推薦一些近似方法作為計算依據(jù)。推薦一些近似方法作為計算依據(jù)。如右圖所示，砼如右圖所示，砼雙向受力雙向受力的強(qiáng)度特點：的強(qiáng)度特點：（1）砼雙向受壓）砼雙向受壓時時強(qiáng)度可提高，最多強(qiáng)度可提高，最多可比單向受壓提高可比單向受壓提高27%； （2）雙向異號應(yīng)力使強(qiáng)度降低；）雙向異號應(yīng)力使強(qiáng)度降低； （3）砼雙向受砼雙向受拉時拉時強(qiáng)度強(qiáng)度變化不大。變化不大。1、砼砼雙向受力的強(qiáng)度曲線雙向受力的強(qiáng)度曲線2、法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合作用強(qiáng)度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合作用強(qiáng)度曲線/ fc/ fc1.00-0.10.1從圖中可看出：從圖中可看出：（1）隨著法向壓力增加抗剪強(qiáng)度開始可以增加，當(dāng)法向應(yīng)

12、）隨著法向壓力增加抗剪強(qiáng)度開始可以增加，當(dāng)法向應(yīng)力增大到一定值后抗剪強(qiáng)度下降；力增大到一定值后抗剪強(qiáng)度下降；（2）抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減小，或者說剪應(yīng)力的存）抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減小，或者說剪應(yīng)力的存在使抗拉強(qiáng)度降低。在使抗拉強(qiáng)度降低。3、 三向受壓狀態(tài)三向受壓狀態(tài)通過常規(guī)三軸試驗可以得到如下結(jié)論：通過常規(guī)三軸試驗可以得到如下結(jié)論：當(dāng)當(dāng)2 =L 0，則，則1方向的強(qiáng)度可以大大提高，設(shè)該方向的強(qiáng)度為方向的強(qiáng)度可以大大提高，設(shè)該方向的強(qiáng)度為cc ，則有：，則有：cc = c + L （2-5）式中：式中： c 無側(cè)向壓力時的軸心抗壓強(qiáng)度；無側(cè)向壓力時的軸心抗壓強(qiáng)度； 側(cè)向壓應(yīng)力系數(shù)，一般側(cè)

13、向壓應(yīng)力系數(shù)，一般=4.57.0，平均值為，平均值為5.6，當(dāng)，當(dāng)L 較小較小時時取較大值。取較大值。L 側(cè)向約束壓應(yīng)力。側(cè)向約束壓應(yīng)力。2222工程上，可以通過在混凝土受壓構(gòu)件工程上，可以通過在混凝土受壓構(gòu)件中設(shè)置密排螺旋箍筋或環(huán)箍來約束核中設(shè)置密排螺旋箍筋或環(huán)箍來約束核心混凝土，使之處于三向受壓狀態(tài)，心混凝土，使之處于三向受壓狀態(tài)，以提高混凝土的抗壓承載力。鋼管混以提高混凝土的抗壓承載力。鋼管混凝土也是利用混凝土的這個性質(zhì)。凝土也是利用混凝土的這個性質(zhì)。2.1.3 砼的變形砼的變形 （deformation of concrete )砼的變形砼的變形受力變形受力變形體積變形體積變形一次短期

14、加載一次短期加載多次重復(fù)加載多次重復(fù)加載長期荷載作用（徐變）長期荷載作用（徐變）收縮收縮溫度變化溫度變化變形與荷載無關(guān)變形與荷載無關(guān)1、砼在一次短期加載時的變形性能砼在一次短期加載時的變形性能（1）砼在一次短期加載時的）砼在一次短期加載時的曲線曲線OA段段：A點應(yīng)力為點應(yīng)力為(0.30.4)c ，可認(rèn)為是理想彈性變形，可認(rèn)為是理想彈性變形， 曲線呈直線，此階段為彈性階段曲線呈直線，此階段為彈性階段。A(比例極限比例極限) B(臨界點臨界點)C(峰值點峰值點)D(拐點拐點)E(收斂點收斂點)FO0.8 cc(0.30.4)c0上升段：上升段：OC下降段：下降段：CE上升段（上升段（OC段）：段）

15、：A(比例極限比例極限) B(臨界點臨界點)C(峰值點峰值點)D(拐點拐點)E(收斂點收斂點)FO0.8 cc(0.30.4)c0AB段段： 曲線呈曲線，砼呈現(xiàn)塑性性質(zhì)，為彈塑性階段。曲線呈曲線，砼呈現(xiàn)塑性性質(zhì)，為彈塑性階段。此時砼內(nèi)已產(chǎn)生微裂縫，但如不再增加荷載，裂縫的開展是此時砼內(nèi)已產(chǎn)生微裂縫，但如不再增加荷載，裂縫的開展是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。B點應(yīng)力約為點應(yīng)力約為0.8 c 。A(比例極限比例極限) B(臨界點臨界點)C(峰值點峰值點)D(拐點拐點)E(收斂點收斂點)FO0.8 cc(0.30.4)c0BC段段：此時裂縫的開展進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)變增長進(jìn)一步：此時裂縫的開展進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)變

16、增長進(jìn)一步加快，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到加快，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到C點即為砼的最大承載力點即為砼的最大承載力c ，相應(yīng)的應(yīng)變，相應(yīng)的應(yīng)變0 =0.00150.0025，常取，常取0 =0.002。A(比例極限比例極限) B(臨界點臨界點)C(峰值點峰值點)D(拐點拐點)E(收斂點收斂點)FO0.8 cc(0.30.4)c0在應(yīng)力達(dá)到峰值后，試件的承載力隨應(yīng)變增長逐漸減小，即在應(yīng)力達(dá)到峰值后，試件的承載力隨應(yīng)變增長逐漸減小，即出現(xiàn)出現(xiàn)“應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化（strain softening）”現(xiàn)象。此時裂縫迅速發(fā)現(xiàn)象。此時裂縫迅速發(fā)展，砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到越來越嚴(yán)重的破壞，試件的平展，砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到越來越嚴(yán)重的破

17、壞，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，而變形繼續(xù)增加，曲線向下彎曲直至均應(yīng)力強(qiáng)度下降，而變形繼續(xù)增加，曲線向下彎曲直至“拐拐點點”D，過了，過了D點裂縫已裂穿，變形迅速增加，點裂縫已裂穿，變形迅速增加，EF段貫穿的段貫穿的裂縫已很寬，對無側(cè)向約束的砼已失去意義，裂縫已很寬，對無側(cè)向約束的砼已失去意義，F(xiàn)為破壞點。為破壞點。下降段（下降段（CE段）：段）：注意：下降段是注意：下降段是在試驗機(jī)剛度很在試驗機(jī)剛度很大的前提下才能大的前提下才能測出的。測出的。幾個特征點：幾個特征點：A點：比例極限，砼的變形由點：比例極限，砼的變形由彈性向塑性過度點；彈性向塑性過度點；B點：臨界應(yīng)力點，裂縫從穩(wěn)點：臨界應(yīng)力點，裂

18、縫從穩(wěn)定到非穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，定到非穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，B=0.8 c 為為長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度；長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度；C點：應(yīng)力最大點，點：應(yīng)力最大點，C= 0= c ，相應(yīng)的應(yīng)變相應(yīng)的應(yīng)變C =0=0.002；D點：點：“拐點拐點”，曲率為零；，曲率為零；E點：點：“收斂點收斂點”，曲率最大；，曲率最大；F點：破壞點，對于一般砼無點：破壞點，對于一般砼無實際意義。實際意義。A(比例極限比例極限) B(臨界點臨界點)C(峰值點峰值點)D(拐點拐點)E(收斂點收斂點)FO0.8 cc(0.30.4)c0注意幾個問題：注意幾個問題： 砼的極限壓應(yīng)變砼的極限壓應(yīng)變cu一般可一般可達(dá)達(dá)0.0040.006，

19、cu中包括彈中包括彈性變形和塑性變形，如果塑性性變形和塑性變形，如果塑性變形大則砼的延性好，與鋼筋變形大則砼的延性好，與鋼筋類似，一般砼的強(qiáng)度等級越高類似，一般砼的強(qiáng)度等級越高cu 越小，延性越差。在計算越小，延性越差。在計算時一般取時一般取 cu = 0.0033。砼砼曲線的形狀和特征曲線的形狀和特征是砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)是砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)標(biāo)志。標(biāo)志。A(比例極限比例極限) B(臨界點臨界點)C(峰值點峰值點)D(拐點拐點)E(收斂點收斂點)FO0.8 cc(0.30.4)c0不同強(qiáng)度砼的不同強(qiáng)度砼的曲線比較曲線比較不同強(qiáng)度的砼的不同強(qiáng)度的砼的曲線形狀相似，曲線形狀相似，但也有本

20、質(zhì)的不同，但也有本質(zhì)的不同，高強(qiáng)砼加載時的線性高強(qiáng)砼加載時的線性段范圍增大（可達(dá)段范圍增大（可達(dá)0.70.9fc），峰值應(yīng)），峰值應(yīng)變變0也略有增大，但也略有增大，但峰值后曲線驟然下跌，峰值后曲線驟然下跌，表現(xiàn)出明顯的脆性，表現(xiàn)出明顯的脆性，強(qiáng)度越高，下跌越陡。強(qiáng)度越高，下跌越陡。見右圖見右圖O02fc3fc1fc20103(0.30.4)c1(0.70.9)c3加載應(yīng)變速度不同時的砼加載應(yīng)變速度不同時的砼曲線比較曲線比較O02fc3fc1fc201030.001/min0.001/h0.001/d加載速度影響砼的加載速度影響砼的曲線，加載速度（應(yīng)變速度）越快曲線，加載速度（應(yīng)變速度）越快測得

21、的砼強(qiáng)度越高。測得的砼強(qiáng)度越高。（2）砼單軸受壓砼單軸受壓本構(gòu)關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)模型本構(gòu)關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)模型 cc-1Ed 我國我國規(guī)范規(guī)范建議的建議的砼單軸受壓時砼單軸受壓時應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型：模型：ccuc00.5fc其中：其中： 2ccc1-1 nnd c2cccc1-1 d當(dāng)當(dāng)/c1當(dāng)當(dāng)/c1ccscc Ef sccccc- fEEn ncccf011 02506012., kcufn 0020105050002050., kcuf 003301050003305., kcucuf 0cuc0在結(jié)構(gòu)設(shè)計時我國在結(jié)構(gòu)設(shè)計時我國規(guī)范規(guī)范采用如下模型：采用如下模型：當(dāng)當(dāng)c0

22、 ：當(dāng)當(dāng)0 c cu ：其中：其中：ccf （3）砼在三向壓力狀態(tài)下的變形特點砼在三向壓力狀態(tài)下的變形特點 試驗表明，砼處于三向受壓狀態(tài)不但可以提高它的抗壓強(qiáng)試驗表明，砼處于三向受壓狀態(tài)不但可以提高它的抗壓強(qiáng)度，還可以大大提高其延性。度，還可以大大提高其延性。 工程上常用密排螺旋箍筋或環(huán)箍的辦法來約束砼的側(cè)向變工程上常用密排螺旋箍筋或環(huán)箍的辦法來約束砼的側(cè)向變形（相當(dāng)于施加側(cè)向壓力），從而提高砼的延性，改善砼結(jié)形（相當(dāng)于施加側(cè)向壓力），從而提高砼的延性，改善砼結(jié)構(gòu)的抗震性能。構(gòu)的抗震性能。（4）砼的變形模量（）砼的變形模量（modulus of deformation）1cepcOc =e+p

23、原點原點切線切線0割線割線切線切線 由于砼是非彈性材料，由于砼是非彈性材料，所以不能簡單的用彈性所以不能簡單的用彈性模量來簡單的描述應(yīng)力模量來簡單的描述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而要用變形應(yīng)變關(guān)系，而要用變形模量。模量。 砼的變形模量有三種砼的變形模量有三種表示方法：即彈性模量表示方法：即彈性模量（原點切線模量），變（原點切線模量），變形模量（割線模量），形模量（割線模量），以及切線模量，如圖所以及切線模量，如圖所示。示。1cepcOc =e+p原點原點切線切線0割線割線切線切線a、砼的彈性模量、砼的彈性模量Ec（ modulus of elasticity ） 即砼的原點切線模量，它即砼的原點切線模量，

24、它是砼是砼曲線原點切線的斜曲線原點切線的斜率，（見右圖）：率，（見右圖）：Ec = tg0 = c /e （2-10）e砼應(yīng)力為砼應(yīng)力為c時所產(chǎn)生的彈時所產(chǎn)生的彈性變形。性變形。1cepcOc =e+p原點原點切線切線0割線割線切線切線b、砼的變形模量、砼的變形模量Ec （modulus of deformation）即砼即砼曲線的割線模量，曲線的割線模量，Ec =tg 1 = c /c彈性模量和變形模量的關(guān)系：彈性模量和變形模量的關(guān)系：由由c=Ec e= Ec c得：得： Ec = Ec e /c = Ec （2-11a）即有：即有：c= Ecc （2-11b）式中：式中： = e /c 稱

25、為稱為砼受壓時的彈性系數(shù)。砼受壓時的彈性系數(shù)。c、砼的切線模量、砼的切線模量Ec”（tangent modulus ）如圖，砼的切線模量如圖，砼的切線模量Ec” =tg d、砼受拉時的彈性模量、砼受拉時的彈性模量試驗表明砼受拉時的彈性模量和受壓時基本相同。計算中，試驗表明砼受拉時的彈性模量和受壓時基本相同。計算中，當(dāng)當(dāng)ct= ft 時取時取Et = 0.5Ec ，即取，即取= 0.5。e、砼彈性模量的計算、砼彈性模量的計算砼的彈性模量可按下式計算：砼的彈性模量可按下式計算：kcuCfE,57.342.210 （N/mm2）（2-13）2、砼在荷載長期作用下的變形性能砼在荷載長期作用下的變形性能

26、徐變（徐變（creep） （1）徐變的概念：）徐變的概念： 砼在荷載長期作用下（保持應(yīng)力不變），砼在荷載長期作用下（保持應(yīng)力不變），應(yīng)變隨時間而增長的現(xiàn)象稱為砼的徐變。應(yīng)變隨時間而增長的現(xiàn)象稱為砼的徐變。crelaela elacr T（徐變）（徐變）（瞬時應(yīng)變）（瞬時應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（時間）（時間）（瞬時恢復(fù)（瞬時恢復(fù)）（彈性后效（彈性后效）（2）徐變的特點：）徐變的特點： 開始時發(fā)展很快，開始時發(fā)展很快，23年后趨于穩(wěn)定，一般前年后趨于穩(wěn)定，一般前6個月可完個月可完成總徐變的成總徐變的7080%，一年內(nèi)完成，一年內(nèi)完成90%； 徐變量大，一般為瞬時變形的徐變量大，一般為瞬時變

27、形的14倍，用徐變系數(shù)來反倍，用徐變系數(shù)來反映徐變的大?。河承熳兊拇笮。菏街校菏街校篶r 為總徐變，為總徐變，ela 為瞬時變形；為瞬時變形； 卸荷后可恢復(fù)部分變形卸荷后可恢復(fù)部分變形 ，即，即“瞬時恢復(fù)瞬時恢復(fù)+彈彈性后效性后效”。41 elacrelaelacrelaela elacr T（徐變）（徐變）（瞬時應(yīng)變）（瞬時應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（時間）（時間）（瞬時恢復(fù)（瞬時恢復(fù)）（彈性后效（彈性后效）（3）產(chǎn)生徐變的原因：）產(chǎn)生徐變的原因： 由于尚未轉(zhuǎn)化成結(jié)晶體的水泥凝膠體受荷后的粘性流動，使由于尚未轉(zhuǎn)化成結(jié)晶體的水泥凝膠體受荷后的粘性流動，使凝膠體逐漸卸荷，而結(jié)晶體承受的荷載加

28、大，產(chǎn)生彈性變形，凝膠體逐漸卸荷，而結(jié)晶體承受的荷載加大，產(chǎn)生彈性變形，使砼變形增大；使砼變形增大； 砼內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴(kuò)展的結(jié)果。砼內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴(kuò)展的結(jié)果。（4）徐變的影響因素）徐變的影響因素應(yīng)力大?。寒?dāng)應(yīng)力大小：當(dāng) 0.5c 時，徐變與初應(yīng)力時，徐變與初應(yīng)力成正比，稱為成正比，稱為線線性徐變性徐變， t 曲線收斂，曲線收斂，為常數(shù)，這種徐變主要是由原因為常數(shù)，這種徐變主要是由原因引引起的；起的； 當(dāng)當(dāng)0.5c 時，徐變比應(yīng)力增加快，稱為時，徐變比應(yīng)力增加快，稱為非線性徐變非線性徐變，這種，這種徐變主要是由于第徐變主要是由于第種原因引起的；種原

29、因引起的； 當(dāng)當(dāng)0.8c 時，徐變的發(fā)展將最終導(dǎo)致破壞，所以一般取時，徐變的發(fā)展將最終導(dǎo)致破壞，所以一般取= (0.750.8)c 作為作為砼在長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度砼在長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度。 砼的組成成分、配合比、養(yǎng)護(hù)條件等。砼的組成成分、配合比、養(yǎng)護(hù)條件等。（5）徐變造成的后果）徐變造成的后果 徐變使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形增加；徐變使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形增加； 徐變對預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件會產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失；徐變對預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件會產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失； 引起鋼筋與砼應(yīng)力的重分布（對構(gòu)件受力是有利的）。引起鋼筋與砼應(yīng)力的重分布（對構(gòu)件受力是有利的）。根據(jù)以上分析可知，根據(jù)以上分析可知，構(gòu)件的砼經(jīng)常處在不變的

30、高應(yīng)力狀態(tài)是構(gòu)件的砼經(jīng)常處在不變的高應(yīng)力狀態(tài)是不安全的不安全的。3、砼的收縮變形和膨脹變形（砼的收縮變形和膨脹變形（shrinkage and dilatancy of concrete ） 砼在硬化過程中體積會發(fā)生變化，在空氣中硬化體積會砼在硬化過程中體積會發(fā)生變化，在空氣中硬化體積會收縮，在水中硬化體積要膨脹，一般收縮值遠(yuǎn)大于膨脹值。收縮，在水中硬化體積要膨脹，一般收縮值遠(yuǎn)大于膨脹值。普通砼的收縮值一般可取普通砼的收縮值一般可取0.0003。 砼的收縮一般兩年后趨于穩(wěn)定，前兩周可完成砼的收縮一般兩年后趨于穩(wěn)定，前兩周可完成25%，一，一個月可完成個月可完成50%，三個月后增長緩慢。，三個月

31、后增長緩慢。產(chǎn)生收縮的原因產(chǎn)生收縮的原因：化學(xué)收縮（水泥水化反應(yīng)）；化學(xué)收縮（水泥水化反應(yīng)）；干燥失水（干燥失水（ 水泥水化凝固顆粒沉陷析水，干燥蒸發(fā)）；水泥水化凝固顆粒沉陷析水，干燥蒸發(fā)）；碳化作用（氫氧化鈣轉(zhuǎn)化成碳酸鈣）。碳化作用（氫氧化鈣轉(zhuǎn)化成碳酸鈣）。影響因素影響因素：水泥等級高收縮大；水泥等級高收縮大；水泥用量多收縮大；水泥用量多收縮大；水灰比大收縮大：水灰比大收縮大：骨料彈性模量小收縮大；骨料彈性模量小收縮大；體表比小收體表比小收縮大；縮大；養(yǎng)護(hù)條件等。養(yǎng)護(hù)條件等。2.1.4 砼在重復(fù)荷載作用下的變形性能砼在重復(fù)荷載作用下的變形性能砼的疲勞砼的疲勞 （fatigue of conc

32、rete )00crce卸荷時瞬時恢復(fù)應(yīng)變卸荷時瞬時恢復(fù)應(yīng)變卸荷后彈性后效卸荷后彈性后效殘余應(yīng)變殘余應(yīng)變ae123一次加卸載和重復(fù)加載的區(qū)別一次加卸載和重復(fù)加載的區(qū)別fcf（1）當(dāng)加載的最大應(yīng)力）當(dāng)加載的最大應(yīng)力 ，多次重復(fù)加載后，多次重復(fù)加載后，曲線可以閉合成一條直線，該直線與原點切線平行；曲線可以閉合成一條直線，該直線與原點切線平行；（2）當(dāng)）當(dāng) ，多次重復(fù)加載后，多次重復(fù)加載后， 曲線發(fā)散，即此曲線發(fā)散，即此時砼內(nèi)微裂縫的發(fā)展不穩(wěn)定；時砼內(nèi)微裂縫的發(fā)展不穩(wěn)定；（3）該）該 值稱為值稱為疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度（fatigue strength）。）。重復(fù)加載的特點：重復(fù)加載的特點：fccf fc

33、f fcf規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：與疲勞應(yīng)力比有關(guān)，與疲勞應(yīng)力比有關(guān)， fcfcfcmax,min, cfcff 123fcf（2-14）2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1 鋼筋的種類（鋼筋的種類（kinds of steel bar)1、鋼材品種：、鋼材品種：碳素鋼碳素鋼普通低合金鋼普通低合金鋼低碳鋼（軟鋼）低碳鋼（軟鋼）強(qiáng)度低，塑性好，含碳量低于強(qiáng)度低，塑性好，含碳量低于0.25%； 中碳鋼中碳鋼含碳量為含碳量為0.25%0.6%；強(qiáng)度和塑性介于；強(qiáng)度和塑性介于高、低碳鋼之間；高、低碳鋼之間；高碳鋼（硬鋼）高碳鋼（硬鋼）強(qiáng)度高，塑性差，含碳量為強(qiáng)度高，塑性差，含碳量為0.6

34、%1.4%。在碳素鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素如硅、錳、鈦、在碳素鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素如硅、錳、鈦、釩、鉻等，以改變鋼材的性質(zhì)（提高強(qiáng)度，增加釩、鉻等，以改變鋼材的性質(zhì)（提高強(qiáng)度，增加塑性），如錳系（塑性），如錳系（20錳硅、錳硅、25錳硅），硅釩系等錳硅），硅釩系等等。等。細(xì)晶粒鋼細(xì)晶粒鋼不添加或少量添加合金元素，通過控制軋鋼的溫度形成不添加或少量添加合金元素，通過控制軋鋼的溫度形成細(xì)晶粒的金相組織，達(dá)到與添加合金元素相同的效果。細(xì)晶粒的金相組織，達(dá)到與添加合金元素相同的效果。2、鋼筋種類：鋼筋種類：（1）普通鋼筋（熱軋鋼筋）：）普通鋼筋（熱軋鋼筋）：（見附表（見附表2-9、2-11） 普通

35、鋼筋由低碳鋼、普通低合金鋼和普通鋼筋由低碳鋼、普通低合金鋼和細(xì)晶粒鋼細(xì)晶粒鋼軋制而成，軋制而成，新新規(guī)范規(guī)范將普通鋼筋分為四個強(qiáng)度等級，即將普通鋼筋分為四個強(qiáng)度等級，即300MPa級、級、 335MPa級、級、 400MPa級、級、 500MPa級。各種級別鋼筋的牌號及符號：級。各種級別鋼筋的牌號及符號： 300MPa級：級：HPB300 （俗稱（俗稱級），用符號級），用符號 表示；表示； 335MPa級：級：HRB335（ ）、）、 HRBF335（ ），俗稱），俗稱級；級； 400MPa級：級：HRB400（ ）、）、 HRBF400級（級（ ） 、 RRB400級級（ ），俗稱），俗稱級

36、；級；500MPa級：級：HRB500（ ）、）、 HRBF500（ ），俗稱），俗稱級。級。 其中其中HPB300 鋼筋鋼筋為低碳鋼，強(qiáng)度低，塑性好，可焊性好，表為低碳鋼，強(qiáng)度低，塑性好，可焊性好，表面光圓；面光圓； HRB335、 HRB400、 HRB500為普通低合金鋼筋；為普通低合金鋼筋； HRBF335、 HRBF400、 HRBF500為細(xì)晶粒鋼筋；為細(xì)晶粒鋼筋； RRB400級為余熱處理月牙紋變形鋼筋。級為余熱處理月牙紋變形鋼筋。 鋼筋隨著強(qiáng)度等級提高，其強(qiáng)度增加，塑性變差。鋼筋隨著強(qiáng)度等級提高，其強(qiáng)度增加，塑性變差。F F R F 這四個等級鋼筋中，這四個等級鋼筋中，HPB3

37、00級級(級級) 為表面光圓鋼筋，而其余的為表面光圓鋼筋，而其余的HRB335、 HRBF335 、 HRB400、 HRBF400、 RRB400、 HRB500、 HRBF500鋼筋為表面變形（帶肋）鋼筋，表面形狀有鋼筋為表面變形（帶肋）鋼筋，表面形狀有螺紋、人字紋、月牙紋等，以月牙紋居多。如圖螺紋、人字紋、月牙紋等，以月牙紋居多。如圖2-20。鋼筋的工程應(yīng)用：鋼筋的工程應(yīng)用：為了節(jié)省鋼材用量，為了節(jié)省鋼材用量，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2010）重點推薦使用高強(qiáng)度和高性能的重點推薦使用高強(qiáng)度和高性能的HRB400和和HRB500鋼筋，因此目鋼筋，因此目前的工程

38、設(shè)計中，梁、板、柱中的主筋（即縱向受力鋼筋）基本前的工程設(shè)計中，梁、板、柱中的主筋（即縱向受力鋼筋）基本采用采用HRB400鋼筋，而鋼筋，而HRB500鋼筋由于是新推出鋼筋，目前尚未鋼筋由于是新推出鋼筋，目前尚未在工程中大規(guī)模使用。在工程中大規(guī)模使用。（規(guī)范規(guī)范第第4.2.1條條2：梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用：梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400 、 HRB500 、 HRBF400 、 HRBF500鋼筋）鋼筋） 目前的工程設(shè)計中箍筋以目前的工程設(shè)計中箍筋以HRB400、 HRB335、 HPB300為主。為主。 （規(guī)范規(guī)范第第4.2.1條條3：箍筋宜采用：箍筋宜采用HRB400 、

39、HRBF400 、HPB300（級）、級）、 HRB500 、 HRBF500 鋼筋，也可采用鋼筋，也可采用HRB335、 HRBF335鋼筋）鋼筋） HRBF鋼筋（細(xì)晶粒鋼筋）、鋼筋（細(xì)晶粒鋼筋）、 HRB500和余熱處理鋼筋和余熱處理鋼筋RRB400 不能用作承受疲勞作用的鋼筋。不能用作承受疲勞作用的鋼筋。在工程設(shè)計、施工過程中，為了交流方便，人們通常把在工程設(shè)計、施工過程中，為了交流方便，人們通常把300MPa、 335MPa、 400MPa、 500MPa這四個級別的鋼筋稱為這四個級別的鋼筋稱為、 、 、 級鋼筋，但在施工圖和正式文件上不應(yīng)采用此級鋼筋，但在施工圖和正式文件上不應(yīng)采用此

40、俗稱，應(yīng)采用其以上學(xué)名。俗稱，應(yīng)采用其以上學(xué)名。新規(guī)范修訂內(nèi)容新規(guī)范修訂內(nèi)容新修訂的新修訂的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2010（2011.7.1實實施施）列入了）列入了500MPa級鋼筋（級鋼筋（HRB500、HRBF500）；刪除了）；刪除了2002規(guī)范中的規(guī)范中的HPB235鋼筋，改為鋼筋，改為HPB300鋼筋。鋼筋。熱軋鋼筋的品種及牌號熱軋鋼筋的品種及牌號牌號（種類）牌號（種類）符符 號號公稱直徑公稱直徑d（mm）屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk（N/mm2）極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fstk（N/mm2）HPB300622300420HRB335HRBF3

41、35650335455HRB400HRBF400RRB400650400540HRB500HRBF500650500630F F R F 2.鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值牌號（種類）牌號（種類）抗拉強(qiáng)度設(shè)計值抗拉強(qiáng)度設(shè)計值 fy（N/mm2）抗壓強(qiáng)度設(shè)計值抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 fy（N/mm2）HPB300270270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF500435410注：注：HRBF指指采用控溫技術(shù)采用控溫技術(shù)(不加或少加低合金元素不加或少加低合金元素)軋制的軋制的細(xì)晶粒鋼筋細(xì)晶粒鋼筋3.最小配筋率最小配筋率受力

42、類型受力類型最小配筋百分率最小配筋百分率受壓受壓構(gòu)件構(gòu)件全部全部縱向鋼筋縱向鋼筋強(qiáng)度級別強(qiáng)度級別500N/mm20.50強(qiáng)度級別強(qiáng)度級別400N/mm20.55強(qiáng)度級別強(qiáng)度級別300 N/mm2、335 N/mm20.60一側(cè)縱向鋼筋一側(cè)縱向鋼筋0.20梁類受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉構(gòu)件一側(cè)梁類受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉構(gòu)件一側(cè)的受拉鋼筋的受拉鋼筋0.20 和和45ft/fy中的較大值中的較大值注：注：1.受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋最小配筋百分率，當(dāng)采用受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋最小配筋百分率，當(dāng)采用C60 及以上強(qiáng)度及以上強(qiáng)度 等級的混凝土?xí)r，應(yīng)按表中規(guī)定增加等級的混凝土?xí)r，應(yīng)按表中規(guī)定增加0.10

43、； 2.板類受彎構(gòu)件的受拉鋼筋，當(dāng)采用強(qiáng)度級別板類受彎構(gòu)件的受拉鋼筋，當(dāng)采用強(qiáng)度級別400N/mm2、500 N/mm2 的鋼筋時，其最小配筋百分率應(yīng)允許采用的鋼筋時，其最小配筋百分率應(yīng)允許采用0.15和和45f t/f y 中的較大中的較大值值 。4.混凝土保護(hù)層最小厚度（混凝土保護(hù)層最小厚度（mm）注：注：1.混凝土強(qiáng)度等級不大于混凝土強(qiáng)度等級不大于C25時，表中保護(hù)層厚度數(shù)值應(yīng)增加時，表中保護(hù)層厚度數(shù)值應(yīng)增加5mm； 2.鋼筋混凝土基礎(chǔ)宜設(shè)置混凝土墊層，基礎(chǔ)中鋼筋的混凝土保護(hù)層鋼筋混凝土基礎(chǔ)宜設(shè)置混凝土墊層，基礎(chǔ)中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)從墊層頂面算起，且不應(yīng)小于厚度應(yīng)從墊層頂面算起，且

44、不應(yīng)小于40mm。（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋：（見附表）預(yù)應(yīng)力鋼筋：（見附表2-10、2-12） 預(yù)應(yīng)力鋼筋包括預(yù)應(yīng)力鋼筋包括中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋、消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線等幾大類。消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線等幾大類。 中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲分光面（分光面（ PM ）和螺旋肋（）和螺旋肋（ HM ）兩）兩種，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為種，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為8001270MPa。 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋（ T ）又稱精軋螺紋粗鋼筋，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）又稱精軋螺紋粗鋼筋，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為值為9801230MPa。 消除應(yīng)力鋼絲消除應(yīng)力鋼絲分為光面鋼絲分為光面鋼絲 （P ）、螺旋肋鋼絲）、螺

45、旋肋鋼絲（ H ），是將鋼筋拉、拔后校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并），是將鋼筋拉、拔后校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并穩(wěn)定化處理后制成。抗拉穩(wěn)定化處理后制成?？估瓘?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為14701860MPa。 鋼絞線鋼絞線（ S ）是由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫是由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，常用的分為回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，常用的分為3股和股和7股兩種。股兩種。抗拉抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為15701960MPa。2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形鋼筋的強(qiáng)度和變形(strength and deformation of reinforcement)1、鋼筋的應(yīng)力鋼筋

46、的應(yīng)力應(yīng)變（應(yīng)變（）曲線）曲線（1）軟鋼和硬鋼）軟鋼和硬鋼 軟鋼：即有明顯流幅的鋼筋，包括熱軋低碳鋼和普通熱軋低軟鋼：即有明顯流幅的鋼筋，包括熱軋低碳鋼和普通熱軋低合金鋼；合金鋼； 硬鋼：無明顯流幅的鋼筋，即高碳鋼，包括碳素鋼絲、刻痕硬鋼：無明顯流幅的鋼筋，即高碳鋼，包括碳素鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲等。鋼絲、冷拔低碳鋼絲等。（2）軟鋼的）軟鋼的 曲線曲線oabcdeb幾個特征點：幾個特征點：a比例極限；比例極限；b屈服點（屈服下限）；屈服點（屈服下限）； b屈屈服點（屈服上限）；服點（屈服上限）； d極限強(qiáng)度；極限強(qiáng)度；e破壞點（斷裂）。破壞點（斷裂）。通過鋼筋的拉伸試驗可得到通過鋼筋的拉

47、伸試驗可得到曲線如右圖，其應(yīng)力應(yīng)曲線如右圖，其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)可分為四個階段：變狀態(tài)可分為四個階段：oa段為彈性階段；段為彈性階段；bc段為屈服階段（流幅或屈服臺階）；段為屈服階段（流幅或屈服臺階）；cd段為強(qiáng)化階段；段為強(qiáng)化階段；de段為頸縮階段（破壞階段）。段為頸縮階段（破壞階段）。軟鋼的特點：軟鋼的特點：有明顯屈服點，有流幅過程；有明顯屈服點，有流幅過程；有頸縮現(xiàn)象；有頸縮現(xiàn)象；塑性好；塑性好；屈服強(qiáng)度低（相對）。屈服強(qiáng)度低（相對）。 軟鋼的屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的，也是設(shè)計計算時鋼筋軟鋼的屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的，也是設(shè)計計算時鋼筋強(qiáng)度取值的依據(jù)。強(qiáng)度取值的依據(jù)。（3）硬鋼的硬鋼的曲線

48、曲線0.2%o0.2babc如圖，硬鋼的如圖，硬鋼的曲線有以下特點：曲線有以下特點：無明顯的屈服點和流幅；無明顯的屈服點和流幅；強(qiáng)度高（比軟鋼）；強(qiáng)度高（比軟鋼）；塑性變形?。ㄉ扉L率?。?。塑性變形?。ㄉ扉L率?。?。圖中圖中0.2為為條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度（假定的屈服（假定的屈服點）：即殘余應(yīng)變?yōu)辄c）：即殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力。時的應(yīng)力。規(guī)范規(guī)范規(guī)定?。阂?guī)定?。?0.2 =0.85b ，此處，此處b為硬鋼的極限強(qiáng)度。為硬鋼的極限強(qiáng)度。2、鋼筋的強(qiáng)度和變形指標(biāo)鋼筋的強(qiáng)度和變形指標(biāo)（1）鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)：鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)：包括兩個指標(biāo)：包括兩個指標(biāo)：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計

49、時采用的在結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的設(shè)計強(qiáng)度設(shè)計強(qiáng)度是以是以屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度作為取值依作為取值依據(jù)的，主要考慮以下兩個原因：據(jù)的，主要考慮以下兩個原因：（1）過屈服點后鋼筋將產(chǎn)生較大的塑性變形，會使構(gòu)件產(chǎn)生）過屈服點后鋼筋將產(chǎn)生較大的塑性變形，會使構(gòu)件產(chǎn)生較大的裂縫和撓度，影響結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性；較大的裂縫和撓度，影響結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性；（2）為了使構(gòu)件具有一定的安全（承載力）貯備，可以由）為了使構(gòu)件具有一定的安全（承載力）貯備，可以由屈屈強(qiáng)比強(qiáng)比反映這種貯備潛力的大小。反映這種貯備潛力的大小。 對于硬鋼，對于硬鋼，設(shè)計強(qiáng)度設(shè)計強(qiáng)度以以條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度0.2為依據(jù)。為依據(jù)。（2）變形指標(biāo)：變

50、形指標(biāo)：%100sb00gt ELLL 鋼筋除了強(qiáng)度要求外還要求有一定的塑性變形能力，反映鋼筋除了強(qiáng)度要求外還要求有一定的塑性變形能力，反映鋼筋變形性能的基本指標(biāo)包括鋼筋變形性能的基本指標(biāo)包括伸長率伸長率和和冷彎性能冷彎性能。（a）伸長率伸長率：通過對鋼筋的拉伸試驗測量。：通過對鋼筋的拉伸試驗測量。 老規(guī)范老規(guī)范以以=（l-l0）/l0100% 來衡量，其中來衡量，其中l(wèi)0為測量標(biāo)距，為測量標(biāo)距，一般為一般為10d或或5d（d為鋼筋直徑），為鋼筋直徑），l為標(biāo)距范圍鋼筋拉斷后的為標(biāo)距范圍鋼筋拉斷后的總長度，總長度， （l-l0）即為鋼筋的塑性伸長量）即為鋼筋的塑性伸長量 ； 新規(guī)范新規(guī)范中采用

51、了目前國際上的通行做法，即采用中采用了目前國際上的通行做法，即采用“最大力下最大力下的總伸長率的總伸長率gt”來表示鋼筋的變形能力。來表示鋼筋的變形能力。式中，式中，L0為原始標(biāo)距，為原始標(biāo)距，L為試驗后量測標(biāo)記之間的距離；為試驗后量測標(biāo)記之間的距離；b為鋼為鋼筋的最大拉應(yīng)力（即極限抗拉強(qiáng)度）；筋的最大拉應(yīng)力（即極限抗拉強(qiáng)度）；Es為鋼筋的彈性模量為鋼筋的彈性模量%100sb00gt ELLL 附表附表2-13 普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋在最大力下的總伸長率普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋在最大力下的總伸長率gt限值限值鋼筋品鋼筋品種種普通鋼筋普通鋼筋預(yù)應(yīng)預(yù)應(yīng)力筋力筋HPB300HRB335、HRBF335、H

52、RB400、HRBF400、HRB500、HRBF500RRB400gt（%）10.07.55.03.5（b）冷彎性能冷彎性能：是指將鋼筋圍繞某一規(guī)定直徑：是指將鋼筋圍繞某一規(guī)定直徑的輥軸進(jìn)行彎曲，在達(dá)到規(guī)定的冷彎角度時要求的輥軸進(jìn)行彎曲，在達(dá)到規(guī)定的冷彎角度時要求鋼筋不發(fā)生裂紋、起層或斷裂。鋼筋不發(fā)生裂紋、起層或斷裂。如：對于如：對于、級鋼筋級鋼筋D和和分別為：分別為：D=1 d、3 d、3 d時，時，=180、180、90。（其它具體要求可參考有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)）（其它具體要求可參考有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)）Dd以上以上屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度、伸長率伸長率和和冷彎性能冷彎性能是對軟鋼進(jìn)行質(zhì)是

53、對軟鋼進(jìn)行質(zhì)量檢驗的四項主要指標(biāo)，但對硬鋼則只測后三項。量檢驗的四項主要指標(biāo)，但對硬鋼則只測后三項。鋼筋的冷彎性能試驗鋼筋的冷彎性能試驗（3）鋼筋的彈性模量）鋼筋的彈性模量 鋼筋屈服前的應(yīng)力和應(yīng)變之比即為鋼筋的鋼筋屈服前的應(yīng)力和應(yīng)變之比即為鋼筋的彈性模量彈性模量，Es=s /s ，可由試驗測定。，可由試驗測定。3、鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工 所謂鋼筋的所謂鋼筋的冷加工冷加工是指鋼筋在常溫下進(jìn)行冷拉或冷拔以提是指鋼筋在常溫下進(jìn)行冷拉或冷拔以提高熱軋鋼筋的強(qiáng)度的方法。高熱軋鋼筋的強(qiáng)度的方法。OO1BKKZZ(N/mm2)殘余變形殘余變形冷拉率冷拉率O2O3k（1）鋼筋的）鋼筋的冷拉冷拉 把軟鋼鋼筋在

54、常溫下拉伸到把軟鋼鋼筋在常溫下拉伸到超過其屈服強(qiáng)度的某個值（超過其屈服強(qiáng)度的某個值（K點），使其產(chǎn)生一定的塑性變形點），使其產(chǎn)生一定的塑性變形（OO1），然后放松鋼筋，這樣），然后放松鋼筋，這樣可以使該鋼筋的屈服強(qiáng)度提可以使該鋼筋的屈服強(qiáng)度提高（高（BK ），但同時鋼筋的塑），但同時鋼筋的塑性降低（性降低（OO2O1O2），）， 見右見右圖圖 。OO1BKKZZ(N/mm2)殘余變形殘余變形冷拉率冷拉率O2O3k 如果鋼筋經(jīng)冷拉卸載后停留一如果鋼筋經(jīng)冷拉卸載后停留一段時間再加荷，則鋼筋的屈服強(qiáng)度段時間再加荷，則鋼筋的屈服強(qiáng)度能進(jìn)一步提高（能進(jìn)一步提高（KK ），這種冷），這種冷拉的時間效應(yīng)我們

55、稱之為拉的時間效應(yīng)我們稱之為“冷拉時冷拉時效效”或或“時效硬化時效硬化”，但此時塑性，但此時塑性進(jìn)一步降低（進(jìn)一步降低（O1O2 O1O3）。）。 由以上分析，經(jīng)冷拉后鋼筋的由以上分析，經(jīng)冷拉后鋼筋的強(qiáng)度可以提高但塑性要降低，因此，強(qiáng)度可以提高但塑性要降低，因此，為了使冷拉達(dá)到最佳效果，應(yīng)合理為了使冷拉達(dá)到最佳效果，應(yīng)合理選擇選擇 K 點，即控制好點，即控制好冷拉控制應(yīng)力冷拉控制應(yīng)力k 和相應(yīng)的應(yīng)變即和相應(yīng)的應(yīng)變即冷拉率冷拉率k 。注意：鋼筋的冷拉只能提高其抗拉強(qiáng)度，不能提高其抗壓強(qiáng)注意：鋼筋的冷拉只能提高其抗拉強(qiáng)度，不能提高其抗壓強(qiáng)度。度。（2）鋼筋的冷拔）鋼筋的冷拔 鋼筋的鋼筋的冷拔冷拔是

56、將鋼筋（一般為直徑是將鋼筋（一般為直徑68毫米的一級鋼筋）毫米的一級鋼筋）強(qiáng)力通過鎢合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形以改變其物理強(qiáng)力通過鎢合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形以改變其物理力學(xué)性能的一種加工工藝，其特點是鋼筋在受拉的同時還承力學(xué)性能的一種加工工藝，其特點是鋼筋在受拉的同時還承受拔絲模作用在鋼筋上的橫向壓力（見下圖），鋼筋通過多受拔絲模作用在鋼筋上的橫向壓力（見下圖），鋼筋通過多次拔細(xì)后強(qiáng)度可以提高很多，而塑性也顯著降低，且沒有明次拔細(xì)后強(qiáng)度可以提高很多，而塑性也顯著降低，且沒有明顯的流幅，屬硬鋼。顯的流幅，屬硬鋼。d0dP注意：鋼筋的冷拔可以同注意：鋼筋的冷拔可以同時提高抗拉和抗壓強(qiáng)度。

57、時提高抗拉和抗壓強(qiáng)度。2.2.3 鋼筋鋼筋的本構(gòu)關(guān)系（應(yīng)力的本構(gòu)關(guān)系（應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型）應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型）規(guī)范規(guī)范建議的本構(gòu)關(guān)系曲線主要包括建議的本構(gòu)關(guān)系曲線主要包括：（：（a）描述完全彈塑描述完全彈塑性的雙直線模型；性的雙直線模型； （b）描述完全彈塑性加硬化的雙直線模型；描述完全彈塑性加硬化的雙直線模型；（c）描述彈塑性的雙斜線模型。描述彈塑性的雙斜線模型。對于模型（對于模型（a）：）：當(dāng)當(dāng)s y時：時： s=Es s當(dāng)當(dāng)y s s,h 時：時： s= fytan=Es =fy /ytan =Es =(fs,u-fy )/(s,u-s,h )Tan” =Es” =(fs,u-fy

58、)/(s,u-y )ssys,hfyssys,hfys,ufs,ussyfys,ufs,u”（a）（b）（c）2.2.4 鋼筋鋼筋的疲勞的疲勞概念：概念：鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷載作用下，是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。鋼筋的疲勞強(qiáng)度鋼筋的疲勞強(qiáng)度是指在某一規(guī)定的應(yīng)力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)是指在某一規(guī)定的應(yīng)力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)（我國規(guī)定（我國規(guī)定為為200萬次萬次）循環(huán)荷載作用后發(fā)生疲勞破壞的最大）循環(huán)荷載作用后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。應(yīng)力值。原因：一般認(rèn)為鋼筋的疲勞是由于鋼

59、筋內(nèi)部和外部的缺陷，原因：一般認(rèn)為鋼筋的疲勞是由于鋼筋內(nèi)部和外部的缺陷，在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，鋼材的晶?；?，產(chǎn)生疲在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，鋼材的晶?；?，產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展，最終造成鋼筋斷裂。勞裂紋并擴(kuò)展，最終造成鋼筋斷裂。影響因素：影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的主要因素是鋼筋影響因素：影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的主要因素是鋼筋疲勞應(yīng)力幅疲勞應(yīng)力幅，即即fmax-fmin。這里。這里fmax和和fmin分別為一次循環(huán)應(yīng)力中的最大分別為一次循環(huán)應(yīng)力中的最大值和最小值。值和最小值?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范用規(guī)定鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值用規(guī)定鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值fyf的方法來保證鋼筋的疲勞強(qiáng)度。限

60、值的方法來保證鋼筋的疲勞強(qiáng)度。限值fyf與鋼筋的疲勞應(yīng)力與鋼筋的疲勞應(yīng)力比比fs=fmin/fmax有關(guān)，具體見附表有關(guān)，具體見附表2-16。 在新規(guī)范中規(guī)定了在新規(guī)范中規(guī)定了fs =0, 0.1， ，0.9時對應(yīng)的鋼筋的疲勞時對應(yīng)的鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值應(yīng)力幅限值fyf ：如當(dāng)：如當(dāng)fs=0.2時，時，HRB335、HRB400級鋼筋級鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值的疲勞應(yīng)力幅限值fyf分別為分別為154N/mm2、156N/mm2。2.2.5 混凝土結(jié)構(gòu)對混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋鋼筋性能的要求性能的要求1、鋼筋的強(qiáng)度高、鋼筋的強(qiáng)度高 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用的普通鋼筋（熱軋鋼筋）應(yīng)優(yōu)先采用在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用