03鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能要點(diǎn)

1、第二篇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)3鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能3.1概述兩者間的帖結(jié)*» 主要因素及 鋼筋錨固與連接3.2混凝土3.2.1混凝土的強(qiáng)度三大強(qiáng)度：立方抗壓強(qiáng)度/；“軸心抗壓強(qiáng)度/；、軸 心抗拉強(qiáng)度A。碇立方體抗壓強(qiáng)度呱）試塊尺寸：150X150X150mn?養(yǎng)護(hù)時(shí)間：28天養(yǎng)護(hù)條件：溫度20±3匸，相對濕度90%加荷速度：每秒0J-05N/mm2混凝土按立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值（幾Q的大小，分為14 等級，它們是C15、C20、C25、C30. C35、（：40、C45、C50、 C55、C60、C65. C70、C75、C80,3.2混凝土3.2.1混凝土的強(qiáng)度三大強(qiáng)度：立方

2、抗壓強(qiáng)度幾八軸心抗壓強(qiáng)度/；、軸 心抗拉強(qiáng)度A。妊軸心抗壓強(qiáng)度(A)試塊尺寸：150x150 x 300mnrP養(yǎng)護(hù)時(shí)間：28天養(yǎng)護(hù)條件：溫度20±3C,相對濕度90%工程中由立方體強(qiáng)度進(jìn)行換算：棱柱強(qiáng)度與立方強(qiáng)度之比3.2混凝土3.2.1混凝土的強(qiáng)度三大強(qiáng)度：立方抗壓強(qiáng)度幾八軸心抗壓強(qiáng)度/；、軸 心抗拉強(qiáng)度A。碇軸心抗拉強(qiáng)度(A)混凝土為脆性材料，其抗拉強(qiáng)度很低。國內(nèi)外多采用圓柱 體或立方體的劈裂試驗(yàn)來間接測定?；炷恋目估瓘?qiáng)度遠(yuǎn)小 于抗壓強(qiáng)度，只有抗壓 強(qiáng)度的1/181/9沒發(fā)土劈毀試驗(yàn)3.2混凝土3.2.2 混凝土的變形 扁凝土的變形可分為兩類：一類是由于受力而產(chǎn)生變形; 另一

3、類是由于收縮和溫濕度變化而產(chǎn)生的變形?；炷猎谝淮味唐诩虞d時(shí)的變形性能混凝土的彈性模量邊長為150mm的混凝土立方體 試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值.N/mn?混凝土的剪切模量G “一般可根據(jù)抗壓試驗(yàn)測得的彈性 模量&和泊松比按下式確定：G =C 2(”)混凝土在長期荷載作用下的變形性能在荷載的長期作用下混凝土的變形將隨時(shí)間而增加，亦 即在應(yīng)力不變的情況下，混凝土的應(yīng)變隨時(shí)間而增長，這種 現(xiàn)象稱為混凝土的徐變.徐變對鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土 結(jié)構(gòu)有著有利和不利兩方面的影響。在某些情況下，徐變有 利于防止結(jié)構(gòu)物的裂縫形成，同時(shí)還有利于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分 布，但徐變會使結(jié)構(gòu)的變形增大，在高應(yīng)力作用下，會導(dǎo)

4、致 構(gòu)件破壞，在預(yù)應(yīng)力混凝土中，徐變會引起預(yù)應(yīng)力損失。其 影響因素主要有： 施加的初應(yīng)力； 加荷齡期： 養(yǎng)護(hù)和使用條件； 混凝土組成成分和性質(zhì)； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸?；炷恋氖湛s、膨脹和溫度變形混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積會收縮，在水中結(jié)硬時(shí)體 積會膨脹。收縮和膨脹是混凝土在不受力的情況下因體積 變化而產(chǎn)生的變形?；炷潦湛s主要由干燥失水和碳化作用引起。所以養(yǎng) 護(hù)方法、存放及使用環(huán)境的溫濕度是影響混凝土收縮的重 要因素。水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大。混凝土一般在一個(gè)月內(nèi)就可完成全部收縮量的50%,3個(gè) 月后收縮緩慢2年后趨于穩(wěn)定，最終收縮量為(25)xl0七混凝土的膨脹往往是有利的，故一般不予考

5、慮?；炷恋臏囟染€膨脹系數(shù)隨骨料和配合比不同而略有 不同，與鋼筋的線膨脹系數(shù)相近，因此，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí), 在混凝土與鋼筋之間只有很小的內(nèi)應(yīng)力，不致產(chǎn)生有害的 影響。3.3鋼筋 3.3.1鋼筋的類型混凝土用鋼筋分為柔性鋼筋和勁性鋼筋兩類。一般通稱 的鋼筋是指柔性鋼筋，勁性鋼筋是指用于混凝土中的型鋼。光関別筋人字紋鋼筋勁性創(chuàng)筋柱綁扎鋼筋柱whn/innA/in/iA螺紋鋼筋月牙紋鋼筋3.3鋼筋 3.3.2鋼筋的成分、性能、品種和類別建筑工程中采用的鋼材，不僅要強(qiáng)度高，而且要有良 好的塑性和可焊性，同時(shí)還要求與混凝土有較好的粘結(jié)性 能。我國主要采用碳素鋼和普通低合金鋼。碳素鋼除含鐵元素外，還含有少

6、量的碳、鏈、硅、磷、 硫等元素。含碳量越高，鋼筋的強(qiáng)度越大，但是鋼筋的塑 性和可焊性就越差。含碳量小于025%的碳素鋼稱為低碳鋼 或軟鋼，含碳量為06%1()的碳素鋼稱為高碳鋼或硬鋼。在碳素鋼中加入少量的合金元素，就成為普通低合金鋼。 我國用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋和鋼絲主要有：鋼筋：熱軋鋼筋、熱處理鋼筋。鋼絲：冷拉鋼絲、消除應(yīng)力鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋 肋鋼絲和低松弛鋼絲怕、中343.3鋼筋3.3.2鋼筋的成分、性能、品種和類別常用熱軋鋼筋的分類HPB235 (Hot Rolled Plain Steel Bar)熱軋光面鋼筋 Q235IIRB335 (llot Rolled R

7、ibbed Steel liar )熱軋帶肋鋼筋 20MnSiHRB41M) < Hot Rolled Ribbed Steel Bar )熱軋帶肋鋼筋20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiRRB4(M) ( Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ) 余熱處理鋼筋3.3鋼筋3.3.2鋼筋的成分、性能、品種和類別 熱軋鋼筋的性能特點(diǎn)HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強(qiáng)度較低，不 宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和 塑性均較好，是目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；HRB4(Xh帶肋鋼筋，

8、有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和 塑性均較好，是今后主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；RRB400：是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫 度自行回火而成，淬火鋼筋強(qiáng)度提高，但塑性降 低，余熱處理后塑性有所改善。3.3鋼筋33.3鋼筋的強(qiáng)度和變形<r線彈性階段圈3.7 有明顯流無的他解的應(yīng)力&變醐枚圖'一屈服上限B 屈服下限（依據(jù)） 屈服臺階（流幅）4D 極限強(qiáng)度CO強(qiáng)化階段/朋頸縮階段E試件拉斷°3.3鋼筋3.3.3鋼筋的強(qiáng)度和變形高碳鋼沒有明顯的屈服臺階，延伸率小，但極限強(qiáng)度 高。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范取極限抗拉強(qiáng)度弘的85%作 為它的屈服強(qiáng)度。9B3.8無明顯潦

9、禪的鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3.4鋼筋和混凝土的粘結(jié)力3.4.1粘結(jié)的作用鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)是保證鋼筋和混凝土這兩種 力學(xué)性質(zhì)不同的材料在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中共同工作的基本前提之“2” 血占3.4鋼筋和混凝土的粘結(jié)力3.4.1粘結(jié)的作用鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用主要由4個(gè)部分組成：(1) 化學(xué)吸附作用；即膠合力，一般很小，而且一旦鋼 筋和混凝土接觸面發(fā)生相對滑移時(shí)，即消失。摩擦作用：混凝土凝結(jié)后產(chǎn)生收縮，將鋼筋緊緊握 裹，鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生相互擠壓作用，當(dāng)兩者產(chǎn)生相 對滑移趨勢時(shí)，就存在摩擦力。(3)機(jī)械咬合作用：因鋼筋表面凹凸不平，混凝土與鋼 筋相互咬合，當(dāng)兩者產(chǎn)生相對滑移趨勢時(shí)，就存在機(jī)械咬 口 (;

10、)附加咬合作用：在鋼筋端部設(shè)置彎鉤、彎折，加焊 角鋼或短鋼筋等，都可以提供鋼筋與混凝土之間在鋼筋端 部的附加咬合作用，提高錨固能力。3.4鋼筋和混凝土的粘結(jié)力3.4.2影響粘結(jié)力的主要因素(1) 鋼筋表面形狀：帶肋鋼筋表面凹凸不平，與混凝土 之間的機(jī)械咬合力較好，破壞時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度大；光面鋼筋的粘 結(jié)強(qiáng)度則較小，所以要在鋼筋端部做成彎鉤，可以增加其拔 出力。(2) 混凝土強(qiáng)度尊級：混凝土強(qiáng)度越高，鋼筋與混凝土 的粘結(jié)力也越高.(3) 澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置：澆筑混凝土?xí)r深度過大 (超過300mm)會削弱鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用。(4) 保護(hù)層厚度和鋼筋間距：保護(hù)層較薄時(shí)，會削弱咬 合作用和摩擦作

11、用，使粘結(jié)力降低；鋼筋間距過小，將可能 出現(xiàn)水平劈裂裂縫，粘結(jié)能力會嚴(yán)重?fù)p失。橫向鋼筋及側(cè)壓力等：箍筋可以延緩徑向裂縫的發(fā) 展；支座處的反力作用在鋼筋錨固端，增大了摩阻力，有利 于粘結(jié)錨3.5鋼筋的錨固和連接普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值3.5.1鋼筋的錨固fd- 鋼筋的直套鋼筋的外形系數(shù)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值基本錨固長度 對于普通鋼筋有：受拉鋼筋的錨固長度錨固長度修正系數(shù)(3)受壓鋼筋的錨固：不宜小于上述規(guī)定的受拉鋼筋錨 固長度的07倍。且不應(yīng)采用末端彎鉤和一側(cè)貼焊錨筋的措施。3.5鋼筋的錨固和連接3.5.1鋼筋的錨固當(dāng)錨固鋼筋的保護(hù)層厚度不大于引時(shí)，錨固長度范圍 內(nèi)應(yīng)配置橫向構(gòu)造鋼筋，其直徑不

12、應(yīng)小于d/4；其間距對梁、 柱、斜撐等構(gòu)件不應(yīng)大于叼，對板、墻等平面構(gòu)件不應(yīng)大 于10"；且均不應(yīng)大于lOOnini o末端與短鋼 筋雙面貼焊末端帶135。彎鉤1末端與鋼板穿孔塞焊采用機(jī)械錨固時(shí)，錨固長度范圍內(nèi)的箍筋不應(yīng)小于3 個(gè)，箍筋直徑不應(yīng)小于O.25W,間距不應(yīng)大于且不大于 100mmo其錨固形式如圖：Z)= 4d3.5鋼筋的錨固和連接3.5.2鋼筋的連接綁扎搭接縱向受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度應(yīng)根據(jù)位于同一連 接區(qū)內(nèi)的搭接鋼筋面積百分比按下式計(jì)算：« 3.1受拉厲範(fàn)猶揍長度修正熹致緘向倂筋搭後確頭C2S<50<1001.21.41.63.5鋼筋的錨固和

13、連接 3.5.2鋼筋的連接機(jī)械連接或焊接縱向受力鋼筋機(jī)械連接接頭宜相互錯(cuò)開。鋼筋機(jī)械連 接接頭連接區(qū)段的長度為35J （d為縱向受力鋼筋的較大直 徑）。在受力較大處設(shè)置機(jī)械連接接頭時(shí)，位于同一連接 區(qū)段內(nèi)縱向受拉鋼筋機(jī)械連接接頭面積百分率不宜大于 50%,縱向受壓鋼筋可不受限制；在直接承受動(dòng)力荷載的 結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不應(yīng)大于50% 練習(xí)題（選擇題）1. 確定混凝土強(qiáng)度等級的依據(jù)是混凝土立方體抗壓強(qiáng) 度，其標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸是（B ）。A. 100mm X lOOnimX 100mmB. 1 SOnun X 150mmX 150nimP"C. 200mm X 200mm X 200mmD. 15

14、0mm X 150 mm X 300mm2. 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是由混凝土立方體試 塊測得的具有一定保證率的統(tǒng)計(jì)值，該保證率為（B ） °A. 85%B. 90%C. 95%卩5797.73%3 作為混凝土強(qiáng)度等級依據(jù)是（B ）。柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值P56B. 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值C. 棱柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值D. 立方體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值4 鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數(shù)（B ）。 A相差懸殊B相近P61C. 呈線性關(guān)系D. 成反比5混凝土的水灰比越大，水泥用量越多，則混凝土的 徐變及收縮值將（A） °A.增大P60減小C. 基本不變D. 難以確定6熱軋鋼筋的級別是（B）。A HPB235、HPB335、HPB400BHPB235、 HRB335、 HRB400. RRB400 P62C. HRB235、HPB335、HPB400HRB235、HPB335、HPB400、RHB4007衡量鋼筋變形性能（塑性性能）的指標(biāo)是（D）。 A屈服強(qiáng)度和冷彎性能B屈服強(qiáng)度和伸長率C屈服強(qiáng)度