混凝土chapter02

1、 混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼筋和混凝土材料制作混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼筋和混凝土材料制作而成。為了合理地進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，而成。為了合理地進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要需要深入地了解混凝土和鋼筋的受力性能深入地了解混凝土和鋼筋的受力性能。對混凝。對混凝土和鋼筋力學(xué)性能、相互作用和共同工作的了土和鋼筋力學(xué)性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能并對其進(jìn)行分解，是掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能并對其進(jìn)行分析與設(shè)計的基礎(chǔ)。析與設(shè)計的基礎(chǔ)。 1.1 鋼筋 1.1.1 鋼筋的品種和性能鋼筋的品種和性能一、分類一、分類1.按加工方法分：按加工方法分： 熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線、熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、

2、中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線、冷加工鋼筋冷加工鋼筋2.按使用用途分：按使用用途分：普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋3.按化學(xué)成分分：按化學(xué)成分分：低碳鋼鋼筋、普通低合金鋼鋼筋低碳鋼鋼筋、普通低合金鋼鋼筋4.按力學(xué)性能分：有明顯屈服點鋼筋（按力學(xué)性能分：有明顯屈服點鋼筋（“軟鋼軟鋼”）、）、無明顯屈服點鋼筋（無明顯屈服點鋼筋（“硬鋼硬鋼”）5.按鋼筋表明形狀分：按鋼筋表明形狀分：光面鋼筋光面鋼筋、變形鋼筋變形鋼筋(1)熱軋鋼筋熱軋鋼筋 熱軋鋼筋是鋼廠用熱軋鋼筋是鋼廠用普通低碳鋼普通低碳鋼(含碳含碳 量不大于量不大于0.25)和和普通低合金鋼普通低合金鋼(合金合金元素不大于元素不大于5)制成。制成。

3、 其常用種類、代表符號和直徑范圍如其常用種類、代表符號和直徑范圍如表表 1-1所示。所示。強(qiáng)度等級代號強(qiáng)度等級代號鋼種鋼種符號符號d d/mm/mmHPB235HPB235Q235Q235（低碳鋼）（低碳鋼）6 62020HRB335HRB33520MnSi20MnSi（低合金鋼）（低合金鋼）6 65050HRB400HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金鋼）（低合金鋼）6 65050RRB400RRB400K20MnSiK20MnSi（低合金鋼）（低合金鋼）8 84040HPB235為熱軋為熱軋光面光面鋼筋，鋼筋，普通

4、鋼筋普通鋼筋，“軟鋼軟鋼”HRB335和和HRB400是熱軋是熱軋變形變形鋼筋，鋼筋，普通鋼筋普通鋼筋，“軟鋼軟鋼”RRB400是是余熱余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋是將屈服強(qiáng)度相當(dāng)于處理鋼筋余熱處理鋼筋是將屈服強(qiáng)度相當(dāng)于HRB335的鋼筋在軋制后穿水冷卻，然后利用芯部的余熱對的鋼筋在軋制后穿水冷卻，然后利用芯部的余熱對鋼筋表面的淬水硬殼回火處理而成的變形鋼筋。其性能接近鋼筋表面的淬水硬殼回火處理而成的變形鋼筋。其性能接近于于 HRB400級鋼筋，但不如級鋼筋，但不如 HRB400級鋼筋穩(wěn)定，焊接時鋼級鋼筋穩(wěn)定，焊接時鋼筋回火強(qiáng)度有所降低，因此應(yīng)用范圍受到限制。筋回火強(qiáng)度有所降低，因此應(yīng)用范圍受到限

5、制。表表1-1 常用熱軋鋼筋的種類、代表符號和直徑范圍常用熱軋鋼筋的種類、代表符號和直徑范圍 在公路橋涵工程中，熱軋光面鋼筋用在公路橋涵工程中，熱軋光面鋼筋用R235表示，余熱表示，余熱處理鋼筋用處理鋼筋用KL400表示表示。鋼筋的直徑范圍并不表示在此范圍內(nèi)任何直徑的鋼筋鋼筋的直徑范圍并不表示在此范圍內(nèi)任何直徑的鋼筋鋼廠都生產(chǎn)鋼廠都生產(chǎn)。 鋼廠提供的鋼筋直徑為鋼廠提供的鋼筋直徑為6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16 mm，18 mm，20 mm，22 mm，25 mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和和 50 mm。其中，。其

6、中，d=8.2 mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。設(shè)計時，應(yīng)在表筋。設(shè)計時，應(yīng)在表1-1的直徑范圍和上述提供的直徑內(nèi)選的直徑范圍和上述提供的直徑內(nèi)選擇鋼筋。直徑大于擇鋼筋。直徑大于40 mm的鋼筋主要用于大壩的鋼筋主要用于大壩一一類大體積類大體積混凝土結(jié)構(gòu)中。當(dāng)采用直徑大于混凝土結(jié)構(gòu)中。當(dāng)采用直徑大于40 mm的鋼筋時，應(yīng)有可的鋼筋時，應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗?？康墓こ探?jīng)驗。 鋼筋表面形狀的選擇取決于鋼鋼筋表面形狀的選擇取決于鋼筋的強(qiáng)度。為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠筋的強(qiáng)度。為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分地利用，強(qiáng)度越高的鋼筋要求充分地利用，強(qiáng)度越高的鋼筋要求與混凝土粘結(jié)的強(qiáng)度越

7、大。提高粘與混凝土粘結(jié)的強(qiáng)度越大。提高粘結(jié)強(qiáng)度的辦法是結(jié)強(qiáng)度的辦法是將鋼筋表面軋成有將鋼筋表面軋成有規(guī)律的凸出花紋規(guī)律的凸出花紋，稱為，稱為變形鋼筋變形鋼筋。HPB235鋼筋的強(qiáng)度低，表面做成鋼筋的強(qiáng)度低，表面做成光面即可光面即可(圖圖1-1a)其余級別的鋼筋強(qiáng)度較高，表面均其余級別的鋼筋強(qiáng)度較高，表面均應(yīng)做成帶肋形式。變形鋼筋的表面應(yīng)做成帶肋形式。變形鋼筋的表面形狀，我國以往長期采用螺旋紋和形狀，我國以往長期采用螺旋紋和人字紋兩種人字紋兩種(圖圖1-1b，c)，表面花紋，表面花紋由兩條縱助和螺旋形橫助或人字形由兩條縱助和螺旋形橫助或人字形橫肋組成。鑒于這種形式的橫肋較橫肋組成。鑒于這種形式的

8、橫肋較密，消耗于肋紋的鋼材較多，縱肋密，消耗于肋紋的鋼材較多，縱肋和橫肋相交，容易造成應(yīng)力集中，和橫肋相交，容易造成應(yīng)力集中，對鋼筋的動力性能不利，對鋼筋的動力性能不利，故近幾年來我國已將變形鋼故近幾年來我國已將變形鋼筋的肋紋改為月牙紋筋的肋紋改為月牙紋(圖圖1-1d)。月牙紋鋼筋的特點是橫月牙紋鋼筋的特點是橫肋呈月牙形，與縱肋不相交，且橫肋的間距比老式變肋呈月牙形，與縱肋不相交，且橫肋的間距比老式變形鋼筋大，故可克服老式鋼筋的缺點，而粘結(jié)強(qiáng)度降形鋼筋大，故可克服老式鋼筋的缺點，而粘結(jié)強(qiáng)度降低不多低不多。 (2)熱軋鋼筋的力學(xué)性能熱軋鋼筋的力學(xué)性能 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線的一般特征應(yīng)變曲線的一般特征

9、熱軋鋼筋具有明顯的屈服點和屈服臺階熱軋鋼筋具有明顯的屈服點和屈服臺階(圖圖1-2)。根據(jù)熱軋鋼筋應(yīng)力根據(jù)熱軋鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線的基本特征，在建立應(yīng)變曲線的基本特征，在建立鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計算理論時作了如下兩點鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計算理論時作了如下兩點簡化：簡化：A.忽略從比例極限到屈服點之間鋼筋微小的塑性忽略從比例極限到屈服點之間鋼筋微小的塑性應(yīng)變，即假設(shè)鋼筋應(yīng)力不大于屈服點時應(yīng)力應(yīng)變，即假設(shè)鋼筋應(yīng)力不大于屈服點時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系-直服從胡克定律，處于理想彈性階段；直服從胡克定律，處于理想彈性階段； B.不利用應(yīng)力強(qiáng)化階段，假設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)件截面達(dá)不利用應(yīng)力強(qiáng)化階段，假設(shè)鋼筋混

10、凝土構(gòu)件截面達(dá)到破壞時，鋼筋拉應(yīng)力保持為屈服點到破壞時，鋼筋拉應(yīng)力保持為屈服點 應(yīng)力，應(yīng)變則處于應(yīng)力，應(yīng)變則處于流幅以內(nèi)。流幅以內(nèi)。通常熱軋鋼筋也稱為通常熱軋鋼筋也稱為“軟鋼軟鋼”。經(jīng)上述簡化后，。經(jīng)上述簡化后，熱軋熱軋鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可簡化為圖應(yīng)變關(guān)系可簡化為圖1-3所示的曲線所示的曲線(圖中圖中fy為為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值)。 塑性性能塑性性能A.伸長率伸長率-試件斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長度試件斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長度的百分比的百分比. 伸長率是衡量鋼筋塑性性能的一個指標(biāo)，伸長率越大，伸長率是衡量鋼筋塑性性能的一個指標(biāo)，伸長率越大，塑性越好。伸長率用塑性

11、越好。伸長率用表示，我國以往用鋼筋試樣拉斷后表示，我國以往用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側(cè)的殘留應(yīng)變斷口兩側(cè)的殘留應(yīng)變(用百分率表示用百分率表示)作伸長率，即作伸長率，即 (1-1)%100lll式中式中l(wèi)鋼筋拉伸試驗試件的應(yīng)變量測標(biāo)距；鋼筋拉伸試驗試件的應(yīng)變量測標(biāo)距； l試件經(jīng)拉斷并重新拼合后量測斷口兩側(cè)的試件經(jīng)拉斷并重新拼合后量測斷口兩側(cè)的 標(biāo)距，即產(chǎn)生殘留伸長后的標(biāo)距。標(biāo)距，即產(chǎn)生殘留伸長后的標(biāo)距。 (1-2) B.冷彎試驗冷彎試驗。冷彎試驗是檢。冷彎試驗是檢驗鋼筋塑性的另驗鋼筋塑性的另-種方法。伸長種方法。伸長率率一一般不能反映鋼材脆化的傾向。般不能反映鋼材脆化的傾向。 為了使鋼筋在彎折加工時

12、不致斷裂和在使用過程中不為了使鋼筋在彎折加工時不致斷裂和在使用過程中不致脆斷，應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗，并保證滿足規(guī)定的指標(biāo)。冷彎致脆斷，應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗，并保證滿足規(guī)定的指標(biāo)。冷彎試驗的示意圖如圖試驗的示意圖如圖1-5。圖中。圖中D稱為彎心直徑；稱為彎心直徑；為冷彎角為冷彎角度。度。冷彎試驗的合格標(biāo)準(zhǔn)為在規(guī)定的冷彎試驗的合格標(biāo)準(zhǔn)為在規(guī)定的D和和下冷彎后的鋼筋應(yīng)下冷彎后的鋼筋應(yīng)無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。強(qiáng)度及彈性模量強(qiáng)度及彈性模量熱軋鋼筋的強(qiáng)度以屈服點應(yīng)力為依據(jù)熱軋鋼筋的強(qiáng)度以屈服點應(yīng)力為依據(jù)。 為什么不采用極限抗拉強(qiáng)度為依據(jù)？這是因為鋼筋應(yīng)為什么不采用極限抗拉強(qiáng)度為依據(jù)？這是因為鋼

13、筋應(yīng)力超過屈眼點后將產(chǎn)生過大的應(yīng)變，導(dǎo)致混凝土的裂縫將力超過屈眼點后將產(chǎn)生過大的應(yīng)變，導(dǎo)致混凝土的裂縫將過寬。但是作為過寬。但是作為一一種安全儲備，鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度仍有種安全儲備，鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度仍有重要意義。即通常希望構(gòu)件的某個重要意義。即通常希望構(gòu)件的某個(或某些或某些)截面已經(jīng)破壞時，截面已經(jīng)破壞時，鋼筋仍不致被拉斷而造成整個結(jié)構(gòu)倒塌。要求鋼筋的屈服鋼筋仍不致被拉斷而造成整個結(jié)構(gòu)倒塌。要求鋼筋的屈服應(yīng)力不低于規(guī)定值。而且應(yīng)力不低于規(guī)定值。而且“屈服應(yīng)力極限抗拉強(qiáng)度屈服應(yīng)力極限抗拉強(qiáng)度”值值(通常稱為通常稱為“屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比”)不宜過大。不宜過大。鋼筋強(qiáng)度用鋼筋強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值和和設(shè)計

14、值設(shè)計值表示。表示。 規(guī)范取具有規(guī)范取具有95以上的保證率的屈服強(qiáng)度作為鋼筋的以上的保證率的屈服強(qiáng)度作為鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk。 鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計值鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計值fy等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項系數(shù)系數(shù)s，即，即 (1-3)sykyff由于鋼材的均質(zhì)性較好，質(zhì)量波動較小，因此，建筑由于鋼材的均質(zhì)性較好，質(zhì)量波動較小，因此，建筑工程規(guī)范對各種熱軋鋼筋統(tǒng)工程規(guī)范對各種熱軋鋼筋統(tǒng)-取取s=1.10。公路橋涵工程的。公路橋涵工程的可靠度要求比建筑工程高一些，取可靠度要求比建筑工程高一些，取s=1.20。建筑工程的熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見建筑工程的熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

15、見附表附表2-1，設(shè)計值，設(shè)計值見見附表附表2-3，彈性模量見附表，彈性模量見附表2-5。公路橋涵工程的熱軋鋼。公路橋涵工程的熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表10-4，設(shè)計值見附表，設(shè)計值見附表10-6，彈性模量，彈性模量見附表見附表10-8。鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值用于正常使用極限狀態(tài)的驗算鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值用于正常使用極限狀態(tài)的驗算，設(shè)設(shè)計值用于承載能力極限狀態(tài)的計算計值用于承載能力極限狀態(tài)的計算。2. 中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線中、高強(qiáng)鋼絲直徑為中、高強(qiáng)鋼絲直徑為410 mm，捻制成鋼絞線后也，捻制成鋼絞線后也不超過不超過15.2 mm。鋼絲外形有。鋼絲外形有光面光面、刻痕

16、刻痕、月牙肋月牙肋及及螺旋螺旋肋肋幾種，而鋼絞線則為繩狀，由幾種，而鋼絞線則為繩狀，由2股、股、3股或股或7股鋼絲捻制股鋼絲捻制而成，均可盤成卷狀?？毯垆摻z、螺旋肋鋼絲和繩狀鋼絞而成，均可盤成卷狀?？毯垆摻z、螺旋肋鋼絲和繩狀鋼絞線的形狀如圖線的形狀如圖1-6所示。所示。 中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均無明顯的屈眼點和屈服臺階，無明顯的屈眼點和屈服臺階，也稱為也稱為“硬鋼硬鋼”，其抗拉強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度很高：中強(qiáng)鋼絲的抗拉強(qiáng)度為很高：中強(qiáng)鋼絲的抗拉強(qiáng)度為8001370 MPa，高強(qiáng)鋼絲、，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線的抗拉強(qiáng)度為鋼絞線的抗拉強(qiáng)度為 14701860 MPa。伸長率則很小，。伸長率

17、則很小，100=3.54。中、高強(qiáng)鋼。中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的應(yīng)力絲和鋼絞線的應(yīng)力-應(yīng)變特征應(yīng)變特征如圖如圖1-7所示。圖中所示。圖中0.2為對應(yīng)為對應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)橛跉堄鄳?yīng)變?yōu)?.2的應(yīng)力，的應(yīng)力，稱之為無明顯屈服點鋼筋的條稱之為無明顯屈服點鋼筋的條件屈服點。件屈服點。中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋。中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋。 在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，除了采用中、高強(qiáng)鋼絲外，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，除了采用中、高強(qiáng)鋼絲外，還采用熱處理鋼筋。還采用熱處理鋼筋。 熱處理鋼筋是將強(qiáng)度很高的熱軋鋼筋經(jīng)過加熱、淬火熱處理鋼筋是將強(qiáng)度很高的熱軋鋼筋經(jīng)過加熱、淬火和口火等調(diào)質(zhì)

18、工藝處理的熱軋鋼筋。其抗拉強(qiáng)度為和口火等調(diào)質(zhì)工藝處理的熱軋鋼筋。其抗拉強(qiáng)度為1470MPa，伸長率伸長率106，無明顯的屈服點和屈服臺階。，無明顯的屈服點和屈服臺階。中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取具有中、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取具有95以上保以上保證率的抗拉強(qiáng)度值。設(shè)計值取條件屈服點除以分項系數(shù)證率的抗拉強(qiáng)度值。設(shè)計值取條件屈服點除以分項系數(shù)s。條件屈服點不小于抗拉強(qiáng)度的條件屈服點不小于抗拉強(qiáng)度的85，建筑工程中取材料分項，建筑工程中取材料分項系數(shù)系數(shù)s=1.20，公路橋涵工程中取，公路橋涵工程中取s=1.25。建筑工程規(guī)范中，。建筑工程規(guī)范中，中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋的代表符

19、號、直徑范圍、中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋的代表符號、直徑范圍、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)位見附表強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)位見附表2-2，設(shè)計值見附表，設(shè)計值見附表2-4，彈性模量見附表，彈性模量見附表2-5。公路橋涵規(guī)范中，中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和精制螺紋鋼。公路橋涵規(guī)范中，中高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和精制螺紋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表10-5，設(shè)計值見附表，設(shè)計值見附表10-7，彈性模量，彈性模量見附表見附表10-8。 3.冷加工鋼筋冷加工鋼筋冷加工鋼筋是指在常溫下采用某種工藝對熱冷加工鋼筋是指在常溫下采用某種工藝對熱軋鋼筋進(jìn)行加工得到的鋼筋。常用的加工工藝有軋鋼筋進(jìn)行加工得到的鋼筋。常用的加工工藝有冷拉冷拉、冷拔冷

20、拔、冷軋冷軋和和冷軋扭冷軋扭四種。四種。其目的都是為其目的都是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，以節(jié)約鋼材了提高鋼筋的強(qiáng)度，以節(jié)約鋼材。但是，經(jīng)冷加。但是，經(jīng)冷加工后的鋼筋在強(qiáng)度提高的同時，工后的鋼筋在強(qiáng)度提高的同時，延伸率顯著降低延伸率顯著降低，除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點外，其余冷加工除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點外，其余冷加工鋼筋均無明顯屈服點和屈服臺階。鋼筋均無明顯屈服點和屈服臺階。(1)冷拉鋼筋冷拉鋼筋(2)冷拔鋼筋冷拔鋼筋冷拔是將鋼筋用強(qiáng)力拔過比其直徑小的硬質(zhì)合金撥絲冷拔是將鋼筋用強(qiáng)力拔過比其直徑小的硬質(zhì)合金撥絲模模(圖圖1-9)。這時鋼筋受到縱向拉力和橫向壓力的作用，內(nèi)。這時鋼筋受到縱向拉力和橫

21、向壓力的作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，截面變小而長度增加。經(jīng)過幾次冷拔，部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，截面變小而長度增加。經(jīng)過幾次冷拔，鋼筋強(qiáng)度比原來的有很大提高，但塑性則顯著降低。且沒鋼筋強(qiáng)度比原來的有很大提高，但塑性則顯著降低。且沒有明顯的屈服點有明顯的屈服點(圖圖1-10)。冷拔可以同時提高鋼筋的抗拉強(qiáng)。冷拔可以同時提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。度和抗壓強(qiáng)度。 冷拔低碳鋼絲為光圓鋼絲，直徑為冷拔低碳鋼絲為光圓鋼絲，直徑為3 mm，4 mm，5 mm，強(qiáng)度為強(qiáng)度為550 MPa，650 MPa和和750MPa三種。其中，三種。其中，550 MPa冷拔低碳鋼絲用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋，其余用作預(yù)應(yīng)力鋼冷拔低碳鋼絲用作非

22、預(yù)應(yīng)力鋼筋，其余用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。筋。 (3)冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是以低碳鋼筋或冷軋帶肋鋼筋是以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，在常溫低合金鋼筋為原材料，在常溫下進(jìn)行軋制而成的表面帶有縱下進(jìn)行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋肋和月牙紋橫肋的鋼筋(圖圖1-11)。它的極限強(qiáng)度與冷拔低它的極限強(qiáng)度與冷拔低碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高低碳鋼絲有明顯提高。用這種。用這種鋼筋逐步取代普通低碳鋼筋和鋼筋逐步取代普通低碳鋼筋和冷拔低碳鋼絲，可以改善構(gòu)件冷拔低碳鋼絲，可以改善構(gòu)件在正常使在正常使 用階段的受力性能用階段的受力性能和和節(jié)省鋼材。冷軋帶

23、肋鋼筋的直徑從節(jié)省鋼材。冷軋帶肋鋼筋的直徑從412mm，按，按0.5mm變變化；其抗拉強(qiáng)度分別為化；其抗拉強(qiáng)度分別為550MPa，650MPa，800MPa，970MPa和和 1170MPa幾種。其中，幾種。其中，550MPa的冷軋帶肋鋼筋的冷軋帶肋鋼筋用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋，其余的用作預(yù)應(yīng)力鋼筋用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋，其余的用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。(4)冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋是以熱軋光面鋼筋冷軋扭鋼筋是以熱軋光面鋼筋HPB 235為原材料，按規(guī)為原材料，按規(guī)定的工藝參數(shù)，經(jīng)鋼筋冷軋扭機(jī)一次加工軋扁扭曲呈連續(xù)定的工藝參數(shù)，經(jīng)鋼筋冷軋扭機(jī)一次加工軋扁扭曲呈連續(xù)螺螺旋狀的冷強(qiáng)化鋼筋旋狀的冷強(qiáng)化鋼筋(圖圖 1-

24、12)。其規(guī)格按原材。其規(guī)格按原材料直徑中料直徑中 6.5，8， 1 0 和和 1 2 分 別 有分 別 有r6.5，r8，r10和和r12，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為值為600 Nmm2。冷拔低碳鋼絲、冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋都有專門冷拔低碳鋼絲、冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋都有專門的設(shè)計與施工規(guī)程，供設(shè)計與施工時查用的設(shè)計與施工規(guī)程，供設(shè)計與施工時查用。1.1.2 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求 1.強(qiáng)度高強(qiáng)度高采用較高強(qiáng)度的鋼筋可以采用較高強(qiáng)度的鋼筋可以節(jié)省鋼材節(jié)省鋼材，獲得較好的經(jīng)濟(jì)，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。效益。2.塑性好塑性好要求鋼筋在斷裂前有足夠的變形，能給人以

25、要求鋼筋在斷裂前有足夠的變形，能給人以破壞的預(yù)破壞的預(yù)兆兆。因此，應(yīng)保證鋼筋的伸長率和冷彎性能合格。因此，應(yīng)保證鋼筋的伸長率和冷彎性能合格。 3.可焊性好可焊性好在很多情況下，鋼筋的接長和鋼筋之間的連接需通過在很多情況下，鋼筋的接長和鋼筋之間的連接需通過焊接。鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形，保證焊接。鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形，保證焊接后焊接后的接頭性能良好。的接頭性能良好。4.與混凝土的粘結(jié)錨固性能好與混凝土的粘結(jié)錨固性能好為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分被利用和保證鋼筋與混凝為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分被利用和保證鋼筋與混凝土共同工作，二者之間應(yīng)有土共同工作，二者之間應(yīng)有足夠的粘結(jié)力足夠的粘結(jié)

26、力。在寒冷地區(qū)，對鋼筋的低溫性能也有一定的要求。在寒冷地區(qū)，對鋼筋的低溫性能也有一定的要求。 1.1.3 鋼筋的選用原則鋼筋的選用原則 1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜宜優(yōu)先采用優(yōu)先采用HRB400級和級和HRB335級鋼筋級鋼筋，以節(jié)省鋼筋用量，改善我國建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。除此之外，以節(jié)省鋼筋用量，改善我國建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。除此之外，也也可以采用可以采用HPB235級和級和RRB400級熱軋鋼筋以及強(qiáng)度級別級熱軋鋼筋以及強(qiáng)度級別較低的冷拔、冷軋和冷軋扭鋼筋。較低的冷拔、冷軋和冷軋扭鋼筋。 2.預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼

27、筋宜宜采用采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、中高強(qiáng)鋼絲，預(yù)應(yīng)力鋼絞線、中高強(qiáng)鋼絲，也可以采用熱處理鋼筋也可以采用熱處理鋼筋。除此之外，還可以采用冷拉。除此之外，還可以采用冷拉鋼筋和強(qiáng)度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋扭鋼筋。鋼筋和強(qiáng)度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋扭鋼筋。公路橋涵工程中還可以選用精制螺紋鋼筋。公路橋涵工程中還可以選用精制螺紋鋼筋。在我國經(jīng)濟(jì)困難、物資短缺的年代，冷加工鋼筋在我國經(jīng)濟(jì)困難、物資短缺的年代，冷加工鋼筋為我國的基本建設(shè)事業(yè)做出過極大的貢獻(xiàn)。但是，為我國的基本建設(shè)事業(yè)做出過極大的貢獻(xiàn)。但是，冷冷加工鋼筋在強(qiáng)度提高的同時，塑性大幅度地降低，導(dǎo)加工鋼筋在強(qiáng)度提高的同時，塑性大幅度地降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)

28、構(gòu)件的塑性減小，脆性加大致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性減小，脆性加大。當(dāng)前，我國的鋼當(dāng)前，我國的鋼產(chǎn)量已位于世界之首，質(zhì)優(yōu)、價廉的鋼材不斷出現(xiàn)，產(chǎn)量已位于世界之首，質(zhì)優(yōu)、價廉的鋼材不斷出現(xiàn)，為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量，應(yīng)盡量選用強(qiáng)度較高、塑為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量，應(yīng)盡量選用強(qiáng)度較高、塑性較好、價格較低的鋼材。性較好、價格較低的鋼材。 1.2 1.2 混凝土混凝土 混凝土混凝土水泥和粗細(xì)骨料加水?dāng)嚢杞?jīng)養(yǎng)護(hù)而形水泥和粗細(xì)骨料加水?dāng)嚢杞?jīng)養(yǎng)護(hù)而形成的人造石。成的人造石。 混凝土構(gòu)造復(fù)雜、具有各向異性、抗拉強(qiáng)度低混凝土構(gòu)造復(fù)雜、具有各向異性、抗拉強(qiáng)度低（易開裂），是一種彈塑性材料。（易開裂），是一種彈塑性材料。1.2.1

29、混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度 混凝土的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度、水灰比、骨料品種、混凝土的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度、水灰比、骨料品種、混凝土配合比、硬化條件和齡期等有很大關(guān)系。此外，混凝土配合比、硬化條件和齡期等有很大關(guān)系。此外，試件的尺寸及形狀、試驗方法和加載時間的不同，所試件的尺寸及形狀、試驗方法和加載時間的不同，所測得的強(qiáng)度也不同。測得的強(qiáng)度也不同。復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度單向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度1.混凝土的抗壓強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度(1)立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k混凝土強(qiáng)度的基本代表值混凝土強(qiáng)度的基本代表值混凝土主要用于抗壓，其抗壓性能比較穩(wěn)定。混凝土主要用于抗壓，其抗壓性能比較穩(wěn)定。規(guī)

30、范規(guī)范規(guī)定以邊長為規(guī)定以邊長為150mm的立方體在的立方體在 203的的溫度和相對濕度在溫度和相對濕度在 90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，照依標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有照依標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度保證率的抗壓強(qiáng)度(以以Nmm2 2計計)作為混凝土的強(qiáng)度等級作為混凝土的強(qiáng)度等級，并用符號并用符號fcu,k表示。表示。fcu,k與平均值與平均值f和標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)差f的關(guān)系為的關(guān)系為(1-4)ffkcuf645.1,混凝土強(qiáng)度等級一般可劃分為：混凝土強(qiáng)度等級一般可劃分為：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C

31、75，C80，C代表混凝土地后的數(shù)字即為混凝代表混凝土地后的數(shù)字即為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，其單位為土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，其單位為Nmm2，例，例如如 C60表示混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值表示混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k=60 Nmm2（C15C50為普通混凝土，為普通混凝土，C50以上為高強(qiáng)混以上為高強(qiáng)混凝土）。凝土）。 試驗方法對混凝土的試驗方法對混凝土的fcu,k值有較大影響。試件承壓值有較大影響。試件承壓接觸面上可不涂潤滑劑和接觸面上可不涂潤滑劑和涂潤滑劑。標(biāo)準(zhǔn)試驗方法涂潤滑劑。標(biāo)準(zhǔn)試驗方法不加潤滑劑。不加潤滑劑。試件尺寸對混凝土試件尺寸對混凝土fcu,k也有影響

32、。實驗結(jié)果證明，也有影響。實驗結(jié)果證明，立方體尺寸愈小則試驗測出的抗壓強(qiáng)度愈高，這個立方體尺寸愈小則試驗測出的抗壓強(qiáng)度愈高，這個現(xiàn)象稱為尺寸效應(yīng)?，F(xiàn)象稱為尺寸效應(yīng)。 混凝士抗壓試驗時加載速度對立方體抗壓強(qiáng)度混凝士抗壓試驗時加載速度對立方體抗壓強(qiáng)度也有影響，加載速度越快，測得的強(qiáng)度越高。也有影響，加載速度越快，測得的強(qiáng)度越高。 隨著試驗時混凝土的齡期增長，混凝土的極隨著試驗時混凝土的齡期增長，混凝土的極限抗壓強(qiáng)度逐漸增大，開始時強(qiáng)度增長速度較快，限抗壓強(qiáng)度逐漸增大，開始時強(qiáng)度增長速度較快，然后逐漸減緩，這個強(qiáng)度增長的過程往往要延續(xù)然后逐漸減緩，這個強(qiáng)度增長的過程往往要延續(xù)幾年，在潮濕環(huán)境中延續(xù)的

33、增長時間更長。幾年，在潮濕環(huán)境中延續(xù)的增長時間更長。 (2)軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度fck由于實際結(jié)構(gòu)和構(gòu)件往往不是立方體，而是棱柱體，由于實際結(jié)構(gòu)和構(gòu)件往往不是立方體，而是棱柱體，所以用所以用棱柱體試件比立方體試件能更好地反映混凝土的實棱柱體試件比立方體試件能更好地反映混凝土的實際抗壓能力際抗壓能力。 試驗證明，軸心抗壓鋼筋混凝土短柱中的混凝土抗壓試驗證明，軸心抗壓鋼筋混凝土短柱中的混凝土抗壓強(qiáng)度基本上和棱柱體抗壓強(qiáng)度相同?？梢杂美庵w測得的強(qiáng)度基本上和棱柱體抗壓強(qiáng)度相同。可以用棱柱體測得的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度，又稱為棱柱體抗壓強(qiáng)度，用抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度，又稱為棱柱體抗壓強(qiáng)度，用f

34、ck表示。表示。棱柱體試件是在與立方體試件相同的條件下制作的，棱柱體試件是在與立方體試件相同的條件下制作的，試件承壓面不涂潤滑劑且高度比立方體試件高，因而受壓試件承壓面不涂潤滑劑且高度比立方體試件高，因而受壓時試件中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝時試件中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處于單向全截面均勻受壓的應(yīng)力狀態(tài)。試驗量測到土處于單向全截面均勻受壓的應(yīng)力狀態(tài)。試驗量測到fck值值比比fcu,k值小，并且棱柱體試件高寬比值小，并且棱柱體試件高寬比(即即h/b)越大，它的強(qiáng)越大，它的強(qiáng)度越小。我國采用度越小。我國采用150mm150 mm300mm棱柱體作為棱柱體作為軸

35、心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。 軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度(棱柱體強(qiáng)度棱柱體強(qiáng)度)標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k與立方體抗與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間存在以下折算關(guān)系之間存在以下折算關(guān)系(1-5)kcuckff,2188.0式中式中 1棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，當(dāng)混凝土的強(qiáng)棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，當(dāng)混凝土的強(qiáng) 度等級不大于度等級不大于C50時，時，1=0.76；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度 等級為等級為C80時，時，1=0.82；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為中間值時，在中間值時，在0.76和和0.82之間插人；之間插人；2混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)

36、混凝土的強(qiáng)度等級不大于混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級不大于 C40時，時，2=1.0；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為；當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為 C80時，時，2= 0.87； 當(dāng) 混 凝 土 的 強(qiáng) 度 等 級 為 中 間 值 時 ， 在； 當(dāng) 混 凝 土 的 強(qiáng) 度 等 級 為 中 間 值 時 ， 在 1.0和和 0.87之間插入；之間插入；0.88考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度與試塊混凝上強(qiáng)度之考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度與試塊混凝上強(qiáng)度之間的差異等因素的修正系數(shù)。間的差異等因素的修正系數(shù)。 混凝土受壓破壞是由于混凝土內(nèi)裂縫的擴(kuò)展所致混凝土受壓破壞是由于混凝土內(nèi)裂縫的擴(kuò)展所致.如如果對混凝土的橫向變形加以約束果

37、對混凝土的橫向變形加以約束 限制裂縫的開展，可以限制裂縫的開展，可以提高混凝土的縱向抗壓強(qiáng)度提高混凝土的縱向抗壓強(qiáng)度。2.混凝土的抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度ftk混凝土的抗拉強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)ftk比抗壓強(qiáng)度低得多比抗壓強(qiáng)度低得多。一般只有抗。一般只有抗壓強(qiáng)度的壓強(qiáng)度的510，fcu,k越大越大ftk/fcu,k值越小，混凝土的值越小，混凝土的抗拉強(qiáng)度取決于水泥石的強(qiáng)度和水泥石與骨料的粘接強(qiáng)抗拉強(qiáng)度取決于水泥石的強(qiáng)度和水泥石與骨料的粘接強(qiáng)度。采用表面粗糙的骨料及較好的養(yǎng)護(hù)條件可提高度。采用表面粗糙的骨料及較好的養(yǎng)護(hù)條件可提高ftk值。值。軸心抗拉強(qiáng)度是混凝土的基本力學(xué)性能，也可間接軸心抗拉強(qiáng)度是混

38、凝土的基本力學(xué)性能，也可間接地衡量混凝土的其他力學(xué)性能，如混凝土的抗沖切強(qiáng)度。地衡量混凝土的其他力學(xué)性能，如混凝土的抗沖切強(qiáng)度。軸心抗拉強(qiáng)度可采用如圖軸心抗拉強(qiáng)度可采用如圖1-17a的試驗方法，試的試驗方法，試件尺寸為件尺寸為100mm100mm500mm的柱體兩端埋有的柱體兩端埋有伸伸出出長度為長度為150mm的的變 形 鋼 筋變 形 鋼 筋 ( d 16mm)，鋼筋位于，鋼筋位于試件軸線上。試驗試件軸線上。試驗機(jī)夾緊兩端伸出的機(jī)夾緊兩端伸出的鋼筋，對試件施加鋼筋，對試件施加拉力，破壞時裂縫拉力，破壞時裂縫產(chǎn)生在試件的中部，產(chǎn)生在試件的中部，此時的平均破壞應(yīng)此時的平均破壞應(yīng)力為軸心抗拉強(qiáng)度力

39、為軸心抗拉強(qiáng)度ftk。在測定混凝土抗拉強(qiáng)度時，上述試驗方法存在對在測定混凝土抗拉強(qiáng)度時，上述試驗方法存在對中的困難。故國內(nèi)外多采用立方體或圓柱體劈裂試驗中的困難。故國內(nèi)外多采用立方體或圓柱體劈裂試驗測定混凝土的抗拉強(qiáng)度，如圖測定混凝土的抗拉強(qiáng)度，如圖1-17b所示。在立方體或所示。在立方體或圓柱體上的墊條施加一條壓力線荷載，這樣試件中間圓柱體上的墊條施加一條壓力線荷載，這樣試件中間垂直截面除加力點附近很小的范圍外，有均勻分布的垂直截面除加力點附近很小的范圍外，有均勻分布的水平拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時，試水平拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時，試件被劈成兩半。根據(jù)彈性理論，劈裂

40、抗拉強(qiáng)度件被劈成兩半。根據(jù)彈性理論，劈裂抗拉強(qiáng)度t,s可可按下式計算按下式計算t,s 2F/ld （1-6）式中式中F破壞荷載；破壞荷載； d圓柱直徑或立方體邊長；圓柱直徑或立方體邊長； l圓柱體長度或立方體邊長圓柱體長度或立方體邊長。 抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之之間的折算關(guān)系為間的折算關(guān)系為 (1-7)45. 055. 0,2)645. 11 (395. 088. 0kcutkff式中，系數(shù)式中，系數(shù)0.88和和2的意義同式的意義同式(1-5)。為軸。為軸心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的折算關(guān)系，而心抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的折算關(guān)

41、系，而(1-1.645)0.45則反映了試驗離散程度對標(biāo)準(zhǔn)值保證率的影響。則反映了試驗離散程度對標(biāo)準(zhǔn)值保證率的影響。 混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fc和抗拉強(qiáng)度設(shè)計值和抗拉強(qiáng)度設(shè)計值ft與其對與其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系為應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系為 55. 0,395. 0kcuf(1-8)cckcff(1-9)ctktff式中式中c混凝土的材料分項系數(shù)，建筑工程取混凝土的材料分項系數(shù)，建筑工程取c=1.40，公路橋涵工程取，公路橋涵工程取c=1.45。 建筑工程規(guī)范的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見建筑工程規(guī)范的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表附表1-1，設(shè)，設(shè)計值見計值見附表附表1-2。公路橋涵工程規(guī)范的混凝土強(qiáng)度

42、標(biāo)準(zhǔn)。公路橋涵工程規(guī)范的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見附表值見附表10-1，設(shè)計值見附表，設(shè)計值見附表10-2。3.混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件通常受到軸力、彎矩、剪力和混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件通常受到軸力、彎矩、剪力和扭矩的不同組合作用，扭矩的不同組合作用，混凝土很少處于理想的單向受混凝土很少處于理想的單向受力狀態(tài)，力狀態(tài)，而更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)而更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)，因此，因此，分析混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度就很有必要。分析混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度就很有必要。由于混凝土的特點，在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度至由于混凝土的特點，在復(fù)合應(yīng)力作用下的強(qiáng)度

43、至今今尚未建立起完善的強(qiáng)度理論尚未建立起完善的強(qiáng)度理論，目前仍只有借助有限，目前仍只有借助有限的試驗資料，的試驗資料，推薦推薦一一些近似方法作為計算的依據(jù)些近似方法作為計算的依據(jù)。 (1)混凝土的雙向受力強(qiáng)度（圖混凝土的雙向受力強(qiáng)度（圖1-18為混凝土雙向受為混凝土雙向受力試驗結(jié)果）力試驗結(jié)果） 雙向受拉，圖雙向受拉，圖1-18中第一象限，中第一象限，1與與3的相互影響的相互影響不大，不大，雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度。 一向受拉，另一向受壓，圖一向受拉，另一向受壓，圖1-18第二、四象限，混第二、四象限，混凝土強(qiáng)度均低于單向拉伸或壓縮的強(qiáng)度，凝土強(qiáng)度均低于

44、單向拉伸或壓縮的強(qiáng)度，即雙向異號應(yīng)即雙向異號應(yīng)力使強(qiáng)度降低。力使強(qiáng)度降低。 雙向受壓，圖雙向受壓，圖1-18第三象限，最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在第三象限，最大受壓強(qiáng)度發(fā)生在2/3等于等于0.21.0時，時，混凝土混凝土雙向受壓強(qiáng)度比單向受雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓強(qiáng)度最多可提高壓強(qiáng)度最多可提高20。 (2)混凝土在法向應(yīng)力和切應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度混凝土在法向應(yīng)力和切應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度 從圖中可以看出：從圖中可以看出：抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減小增大而減小；隨著隨著壓應(yīng)力的增大，抗的強(qiáng)度增大壓應(yīng)力的增大，抗的強(qiáng)度增大，但但大約在大約在/fc0.6時，由于內(nèi)裂縫明顯發(fā)展，抗剪強(qiáng)度反而隨壓應(yīng)

45、力的時，由于內(nèi)裂縫明顯發(fā)展，抗剪強(qiáng)度反而隨壓應(yīng)力的增大而減小，從抗壓強(qiáng)度的角度來分析，由于切應(yīng)力的增大而減小，從抗壓強(qiáng)度的角度來分析，由于切應(yīng)力的存在，混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于單向抗壓強(qiáng)度存在，混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于單向抗壓強(qiáng)度。 (3)(3)混凝土的三向受壓強(qiáng)度混凝土的三向受壓強(qiáng)度混凝土在三向受壓的情況下其最大主壓應(yīng)力方向的混凝土在三向受壓的情況下其最大主壓應(yīng)力方向的抗壓強(qiáng)度取決于側(cè)向壓應(yīng)力的約束程度?？箟簭?qiáng)度取決于側(cè)向壓應(yīng)力的約束程度。 圖圖1-201-20所示為圓柱體三軸受壓所示為圓柱體三軸受壓( (側(cè)向壓應(yīng)力均為側(cè)向壓應(yīng)力均為1 1的的試驗試驗 隨著側(cè)向壓應(yīng)力的增加、微裂縫的發(fā)展受到了極

46、大隨著側(cè)向壓應(yīng)力的增加、微裂縫的發(fā)展受到了極大的限制的限制 ，大大地提高了混凝土縱向抗壓強(qiáng)度大大地提高了混凝土縱向抗壓強(qiáng)度，此時混凝，此時混凝土的變形性能接近理想的彈塑性體。土的變形性能接近理想的彈塑性體。 我國我國規(guī)范規(guī)范規(guī)定規(guī)定在三軸受壓應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土在三軸受壓應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土的抗壓強(qiáng)度的抗壓強(qiáng)度(f3)可根據(jù)應(yīng)力比可根據(jù)應(yīng)力比2/3，按圖，按圖1-21插值確定，插值確定，其最高強(qiáng)度值不宜超過單軸抗壓強(qiáng)度的其最高強(qiáng)度值不宜超過單軸抗壓強(qiáng)度的5倍。倍。8 . 1313332 . 1cff對于縱向受壓的混凝土，如果約束混凝土的側(cè)向?qū)τ诳v向受壓的混凝土，如果約束混凝土的側(cè)向變形，也可使混凝

47、土的抗壓強(qiáng)度有較大提高。如采用變形，也可使混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大提高。如采用鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱等鋼管混凝土柱、螺旋鋼箍柱等 能有效約束混凝土的側(cè)能有效約束混凝土的側(cè)向變形使混凝土的抗壓強(qiáng)度、延性向變形使混凝土的抗壓強(qiáng)度、延性(承受變形的能力承受變形的能力)有相應(yīng)的提高、如圖有相應(yīng)的提高、如圖1-22所示。所示。 1.2.2 1.2.2 混凝土的變形混凝土的變形 混凝土的變形分為：混凝土的變形分為：受力變形、非受力變形受力變形、非受力變形1.混凝土的受力變形混凝土的受力變形 (1)受壓混凝土一次受壓混凝土一次短期加荷短期加荷的的-曲線曲線圖圖1-23是天津大學(xué)實測的典型混凝土棱柱體的是天津

48、大學(xué)實測的典型混凝土棱柱體的-曲線，有上升段和下降段上升段的特點：曲線，有上升段和下降段上升段的特點： 0A:第第I階段階段(彈性階段）彈性階段） (=0.30.4fck)，由于試件應(yīng)力較小，混凝土的變形主要是骨由于試件應(yīng)力較小，混凝土的變形主要是骨料和水泥結(jié)晶體的彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變的公料和水泥結(jié)晶體的彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變的公關(guān)系接近直線，關(guān)系接近直線，A點稱為比例極限點。點稱為比例極限點。 AB:第第II 階段階段(穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段），臨穩(wěn)定裂縫擴(kuò)展階段），臨界點界點B相對應(yīng)的應(yīng)力可作為長期受壓受強(qiáng)度相對應(yīng)的應(yīng)力可作為長期受壓受強(qiáng)度的依據(jù)的依據(jù)(一般取一般取0.8 fCk)BC：第：第III階

49、段（裂縫快速發(fā)展階段）階段（裂縫快速發(fā)展階段），應(yīng)力，應(yīng)力達(dá)到的最高點為達(dá)到的最高點為fck。 fck相對應(yīng)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變相對應(yīng)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變0。一般。一般0=0.00150.0025，平均取平均取0=0.002。 在在fck以后以后 ，裂縫迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的整體，裂縫迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的整體性受到愈來愈嚴(yán)重的破壞，性受到愈來愈嚴(yán)重的破壞， 試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，當(dāng)曲線下降到拐點下降，當(dāng)曲線下降到拐點D后，曲線后，曲線-由凸向由凸向水平方向發(fā)展，在拐點水平方向發(fā)展，在拐點D之后，之后，-曲線中曲率曲線中曲率最大點最大點E稱為稱為 “收斂點收斂點”、E點以后主裂縫已

50、很寬點以后主裂縫已很寬.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 內(nèi)聚力幾乎耗盡對于無側(cè)向約束的混凝土已內(nèi)聚力幾乎耗盡對于無側(cè)向約束的混凝土已失去結(jié)構(gòu)的意義。失去結(jié)構(gòu)的意義。 不同強(qiáng)度混凝土的不同強(qiáng)度混凝土的-曲線見圖曲線見圖1-24所示所示。(2)混凝土的彈性模量、變形模量混凝土的彈性模量、變形模量在計算混凝土構(gòu)件的在計算混凝土構(gòu)件的截面應(yīng)力、變形、預(yù)應(yīng)截面應(yīng)力、變形、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)壓應(yīng)力，以及由于溫度變化、力混凝土構(gòu)件的預(yù)壓應(yīng)力，以及由于溫度變化、支座沉降產(chǎn)生的內(nèi)力時，支座沉降產(chǎn)生的內(nèi)力時，需要利用混凝土的彈性需要利用混凝土的彈性模量模量。 由于一般情況下受壓混凝土的曲線由于一般情況下受壓混凝土的曲線-是非線是非線

51、性的，性的，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系并不是常數(shù)應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系并不是常數(shù)，這就產(chǎn)生，這就產(chǎn)生了了“模量模量”的取值問題。的取值問題。 初始彈模：初始彈模：通過原點受壓混凝土通過原點受壓混凝土-曲線切曲線切線的斜率為混凝土的初始彈性模量線的斜率為混凝土的初始彈性模量E0。但是它的。但是它的穩(wěn)定數(shù)值不易從試驗中測得。穩(wěn)定數(shù)值不易從試驗中測得。 割線彈模：割線彈模：在在-曲線的彈性階段取某點，做曲線的彈性階段取某點，做其與原點其與原點0的割線，其斜率為割線彈模，不精確。的割線，其斜率為割線彈模，不精確。實用彈模實用彈模Ec ： 目前我國目前我國規(guī)范規(guī)范彈性模量彈性模量Ec 值是用下值是用下列方法確定的：采用

52、棱柱體試件，取應(yīng)力上列方法確定的：采用棱柱體試件，取應(yīng)力上限為限為0.5fc重復(fù)加載重復(fù)加載510次次。 由于混凝土的塑性性質(zhì)每次卸為零時，由于混凝土的塑性性質(zhì)每次卸為零時，存在有殘余變形。但隨荷載多次重復(fù)，殘余存在有殘余變形。但隨荷載多次重復(fù)，殘余變形逐漸減小，重復(fù)加荷變形逐漸減小，重復(fù)加荷510次后，次后，變形變形趨于穩(wěn)定，混凝土的趨于穩(wěn)定，混凝土的-曲線接近于直線曲線接近于直線(圖圖1-25)，自原點至，自原點至-曲線上曲線上=0.5fc對應(yīng)的點對應(yīng)的點的連線的斜率為混凝土的彈性模量。根據(jù)混的連線的斜率為混凝土的彈性模量。根據(jù)混凝土不同強(qiáng)度等級的彈性模量實驗值的統(tǒng)計凝土不同強(qiáng)度等級的彈性

53、模量實驗值的統(tǒng)計分析，分析，Ec與與fcu的經(jīng)驗關(guān)系為的經(jīng)驗關(guān)系為 (1-10)建筑工程與公路橋涵工程的混凝上彈性模量建筑工程與公路橋涵工程的混凝上彈性模量取值相同，見取值相同，見附表附表1-3和和附表附表10-3。混凝土的泊松比混凝土的泊松比(橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比比)c=0.2?；炷恋幕炷恋那凶兡Ａ壳凶兡Ａ縞=0.4Ec。 cucfE7 .342 . 2105(3)受拉混凝土的變形受拉混凝土的變形受拉混凝土的曲線的測試比受壓時要難得多。受拉混凝土的曲線的測試比受壓時要難得多。 圖圖1-26為大津大學(xué)測出的軸心受拉混為大津大學(xué)測出的軸心受拉混凝土的凝土的-曲曲線，曲線

54、形狀與受壓時相似也有上升段和下降段。線，曲線形狀與受壓時相似也有上升段和下降段。 受拉受拉-曲線的原點切線的斜率外與受壓時基本曲線的原點切線的斜率外與受壓時基本一一致，致， 因此混凝土受拉和受壓均可采用相同的彈性模因此混凝土受拉和受壓均可采用相同的彈性模EC。 峰值應(yīng)力峰值應(yīng)力ft時的相對應(yīng)變時的相對應(yīng)變0=0.7510-611510-6。 變形模量變形模量EC=(7686)EC?？紤]到應(yīng)力達(dá)到?？紤]到應(yīng)力達(dá)到ft時的受拉極限應(yīng)變與混凝土強(qiáng)度、配合比、養(yǎng)護(hù)條件有時的受拉極限應(yīng)變與混凝土強(qiáng)度、配合比、養(yǎng)護(hù)條件有著密切的關(guān)系，著密切的關(guān)系， 變化范圍大，變化范圍大， 取相應(yīng)于抗拉強(qiáng)度取相應(yīng)于抗拉強(qiáng)

55、度ft時的時的變形模量變形模量Et=0.5Ec。即應(yīng)力達(dá)到。即應(yīng)力達(dá)到ft時的彈性系數(shù)時的彈性系數(shù)=0 5。 (4)混凝土的徐變混凝土的徐變荷載保持不變，隨時間而增長的變形稱為徐變荷載保持不變，隨時間而增長的變形稱為徐變. 徐變對于結(jié)構(gòu)的變形和強(qiáng)度，預(yù)應(yīng)力混凝土中徐變對于結(jié)構(gòu)的變形和強(qiáng)度，預(yù)應(yīng)力混凝土中的鋼筋應(yīng)力都將產(chǎn)生重要的影響。的鋼筋應(yīng)力都將產(chǎn)生重要的影響。徐變的特點：徐變的特點： 徐變與時間的關(guān)系徐變與時間的關(guān)系( (圖圖1-27)1-27)加以說明，當(dāng)加荷加以說明，當(dāng)加荷應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力達(dá)到0.50.5fc c時，其加荷瞬間產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樗矔r應(yīng)時，其加荷瞬間產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)樗矔r應(yīng)變變elaela

56、。若荷載保持不變隨著加荷時間的增長，應(yīng)。若荷載保持不變隨著加荷時間的增長，應(yīng)變也將繼續(xù)增長，這就是混凝土的徐變應(yīng)變變也將繼續(xù)增長，這就是混凝土的徐變應(yīng)變crcr。 徐變開始半年內(nèi)增長較快，以后逐漸減慢，經(jīng)徐變開始半年內(nèi)增長較快，以后逐漸減慢，經(jīng)過一定時間后，徐變趨于穩(wěn)定過一定時間后，徐變趨于穩(wěn)定。 徐變應(yīng)變值約為瞬時彈性應(yīng)變的徐變應(yīng)變值約為瞬時彈性應(yīng)變的1 14 4倍倍。兩年。兩年后卸載，試件瞬時恢復(fù)的后卸載，試件瞬時恢復(fù)的應(yīng)變應(yīng)變ela已略小于瞬時應(yīng)已略小于瞬時應(yīng)變變ela。卻載后經(jīng)過一段時間量測，發(fā)現(xiàn)混凝土并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，卻載后經(jīng)過一段時間量測，發(fā)現(xiàn)混凝土并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，而是經(jīng)歷著逐漸

57、地恢復(fù)過程，這種恢復(fù)變形稱為彈性后效而是經(jīng)歷著逐漸地恢復(fù)過程，這種恢復(fù)變形稱為彈性后效elaela。彈性后效的恢復(fù)時間為。彈性后效的恢復(fù)時間為20d20d左右，其值約為徐變變左右，其值約為徐變變形的形的 1/121/12，最后剩下的大部分不可恢復(fù)變形為，最后剩下的大部分不可恢復(fù)變形為crcr。產(chǎn)生徐變的原因：產(chǎn)生徐變的原因：a.水泥石由結(jié)晶體荷凝膠體組成，在外力長期持續(xù)水泥石由結(jié)晶體荷凝膠體組成，在外力長期持續(xù)作用下，凝膠體具有粘性流動的特性，產(chǎn)生持續(xù)作用下，凝膠體具有粘性流動的特性，產(chǎn)生持續(xù)變形；變形；b.混凝土內(nèi)部的微裂縫在外力的作用下不斷擴(kuò)展，混凝土內(nèi)部的微裂縫在外力的作用下不斷擴(kuò)展，導(dǎo)

58、致應(yīng)變的增加。導(dǎo)致應(yīng)變的增加。影響徐變的因素：影響徐變的因素：a.混凝土應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素混凝土應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素b.加荷時混凝土的齡期加荷時混凝土的齡期c.混凝土的組成和配合比混凝土的組成和配合比d.骨料骨料e.構(gòu)件形狀及尺寸構(gòu)件形狀及尺寸f.養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫濕度養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫濕度混凝土的組成和配合比是影響徐變的內(nèi)在因素、混凝土的組成和配合比是影響徐變的內(nèi)在因素、水泥用量越多和水灰比越大，徐變也越大。骨料越水泥用量越多和水灰比越大，徐變也越大。骨料越堅硬、彈性模量越高徐變就越小。骨料的相對體積堅硬、彈性模量越高徐變就越小。骨料的相對體積越大，徐變越小。另

59、外，構(gòu)件形狀及尺寸，混凝土越大，徐變越小。另外，構(gòu)件形狀及尺寸，混凝土內(nèi)鋼筋的面積和鋼筋應(yīng)力性質(zhì)，對徐變也有不同的內(nèi)鋼筋的面積和鋼筋應(yīng)力性質(zhì)，對徐變也有不同的影響。影響。養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫濕度是影響徐變的環(huán)境養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫濕度是影響徐變的環(huán)境因素。養(yǎng)護(hù)時溫度隊濕度大、水泥水化作用充分，因素。養(yǎng)護(hù)時溫度隊濕度大、水泥水化作用充分，徐變就小，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減小約徐變就小，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可使徐變減小約2035。受荷后構(gòu)件所處環(huán)境的溫度越高、濕度越低，受荷后構(gòu)件所處環(huán)境的溫度越高、濕度越低，則徐變越大、如環(huán)境溫度為則徐變越大、如環(huán)境溫度為70的試件受荷的試件受荷-年后的年后的徐變，要比溫度

60、為徐變，要比溫度為20的進(jìn)件大的進(jìn)件大1倍以上，因此，高倍以上，因此，高溫干燥環(huán)境將使徐變顯著增大。溫干燥環(huán)境將使徐變顯著增大。 混凝土應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素?；炷翍?yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素。加荷時混凝土的齡期越長，徐變越小。混凝土應(yīng)力加荷時混凝土的齡期越長，徐變越小?；炷翍?yīng)力越大，徐變越大、隨著混凝土應(yīng)力的增加徐變將發(fā)越大，徐變越大、隨著混凝土應(yīng)力的增加徐變將發(fā)生不同用情況，圖生不同用情況，圖1-28為不同應(yīng)力水平下的徐變變?yōu)椴煌瑧?yīng)力水平下的徐變變形增長曲線。由圖可見，當(dāng)應(yīng)力較小時形增長曲線。由圖可見，當(dāng)應(yīng)力較小時(fc)，曲，曲線接近等距離分布，說明徐變與初應(yīng)力成正比，