第一章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料

水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料第一節(jié)

鋼筋

一、鋼筋的品種

1、按化學成分分：

2、按生產(chǎn)加工工藝分：

3、按表面特征分：常用鋼筋簡介

二、鋼筋的力學性能

(一)軟鋼的力學性能

(二)硬鋼的力學性能

(三)冷拉鋼筋的力學性能

一、鋼筋的品種1、按化學成分分：碳素鋼：低碳鋼（含碳量低于0.25％）、中碳鋼（含碳量為0.25％～0.6％）、高碳鋼（含碳量為0.6％～1.4％）

普通低合金鋼：煉鋼過程中，在碳素鋼中加入少量硅、錳、釩、鈦等合金元素，就形成普通低合金鋼含碳量增加，能使鋼材強度提高，性質(zhì)變硬，但塑性和韌性降低，焊接性能也會變差。

普通低合金鋼強度高、塑性好、可焊性好，因而應用較為廣泛。

一、鋼筋的品種2、按生產(chǎn)加工工藝分：(1)熱軋鋼筋:其強度由低到高分為四級：I級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級。

(2)冷拉鋼筋:由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成。(3)冷軋帶肋鋼筋:由熱軋鋼筋圓盤條經(jīng)多道冷軋和冷拔減小直徑，并在鋼筋表面冷軋成斜肋。

(4)熱處理鋼筋:一、鋼筋的品種3、按表面特征分：(1)

光面鋼筋:(2)

變形鋼筋:分等高肋（過去稱螺紋鋼，有縱肋和橫肋）和月牙肋（無縱肋）。Ⅱ級鋼筋和Ⅲ級鋼筋為月牙肋鋼筋，Ⅳ級鋼筋為等高肋鋼筋。圖1—1鋼筋表面及截面形狀

圖1—2冷軋帶肋鋼筋的表面及截面形狀

二、鋼筋的力學性能

(一)軟鋼的力學性能

I級鋼筋從開始加載到鋼筋被拉斷劃分為四個階段：彈性階段(ob段)、屈服階段(bc段)、強化階段(cd段)、破壞階段(de段)。鋼筋應力有三個特征值：比例極限、屈服極限、極限抗拉強度。屈服極限是軟鋼的主要強度指標。軟鋼以屈服極限作為鋼筋強度限值。e點對應的應變稱伸長率，伸長率大小反映鋼筋的塑性，伸長率越大，鋼筋塑性越好。圖1—3I級鋼筋的應力應變曲線

(一)軟鋼的力學性能不同級別的軟鋼分別做拉伸試驗，其應力應變曲線如圖1—4所示。鋼筋級別越高，屈服極限、抗拉強度越高，伸長率越小，流幅也相應縮短，塑性越差。鋼筋在彈性階段應力與應變的比值，稱為彈性模量，用符號Es表示。鋼筋彈性模量大小根據(jù)拉伸試驗測定，同一種鋼筋受壓彈性模量與受拉彈性模量相同。

二、鋼筋的力學性能

圖1—4不同級別鋼筋的應力一應變曲線

(二)硬鋼的力學性能硬鋼強度高，但塑性差，脆性大，沒有屈服階段(流幅)。從加載到突然拉斷,硬鋼在破壞前沒有明顯預兆。應變曲線如圖1—5所示。結(jié)構(gòu)計算以“協(xié)定流限”作為強度標準，協(xié)定流限指經(jīng)過加載及卸載后尚存有0.2％永久殘余變形時的應力，用σ0.2表示。由于協(xié)定流限不容易測定，一般取極限抗拉強度σb的70%~85%。對硬鋼進行質(zhì)量檢驗，主要測定極限抗拉強度、伸長率、冷彎性能。

二、鋼筋的力學性能

圖1—5硬鋼的應力—應變曲線

(三)冷拉鋼筋的力學性能

冷拉是將鋼筋拉伸超過它的屈服極限，然后卸掉荷載，經(jīng)過一段時間后，鋼筋的屈服極限比冷拉前提高19％～34％，如圖1—6所示。鋼筋冷拉后，屈服強度提高了，但流幅縮短了，伸長率也減少了，性質(zhì)變脆，這對承受沖擊荷載與重復荷載是不利的。鋼筋冷拉后，抗拉強度提高了，抗壓強度并沒有提高。冷拉鋼筋受到高溫時，它的強度會降低。由于在很高的焊接溫度下，鋼筋冷拉強化效應會完全消失，因此，焊接冷拉鋼筋時，應控制加熱時間。

二、鋼筋的力學性能

圖1—6鋼筋冷拉后的應力—應變曲線

第二節(jié)、混凝土

一、混凝土的強度

（一）立方體抗壓強度fcu

（二）軸心抗壓強度fc

（三）軸心抗拉強度ft

二、混凝土的變形（一）混凝土在一次短期加載時的應力應變曲線（二）混凝土的彈性模量EC

（三）混凝上在長期荷載作用下的變形（四）混凝上的溫度變形和干縮變形

一、混凝土的強度

（一）立方體抗壓強度fcu

水利水電工程所采用的混凝土強度等級分11級：C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。其中C表示混凝土，數(shù)字10～60表示立方體抗壓強度標準值(N／mm2)。

水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土強度等級不宜低于C15；當采用Ⅱ級鋼筋、Ⅲ級鋼筋、冷軋帶肋鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C2O；預應力混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土強度不宜低于C30。

一、混凝土的強度（二）軸心抗壓強度fc

實際工程中的混凝土受壓構(gòu)件并非是立方體而是棱柱體，它們的長度比截面尺寸大得多，從而立方體抗壓強度并不能反映實際構(gòu)件的強度。試驗表明，用高寬比為3～4的棱柱體測得的抗壓強度與以受壓為主的混凝土構(gòu)件中混凝土抗壓強度基本一致。用棱柱體試件(150mm×l50mm×300mm)經(jīng)標準養(yǎng)護后進行抗壓試驗，得到的抗壓強度稱軸心抗壓強度，又稱棱柱體抗壓強度，用fc表示。棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的對比試驗表明，fc與fcu大致成線性關(guān)系：

(1—1)一、混凝土的強度(三)軸心抗拉強度ft

對構(gòu)件進行抗裂驗算、裂縫寬度驗算需要混凝土軸心抗拉強度值。用棱柱體試件(100mm×100mm×500mm)，兩端正中預埋Ⅱ級鋼筋如圖1—7所示，經(jīng)標準養(yǎng)護后，用試驗機夾緊鋼筋，使混凝土試件受拉，測得構(gòu)件破壞時的抗拉強度，稱軸心抗拉強度，用ft表示?；炷凛S心抗拉強度與立方體抗壓強度的關(guān)系：

（1—2）

圖1—7混凝土軸心受拉試驗

二、混凝土的變形(一)混凝土在一次短期加載時的應力應變曲線

混凝土在一次短期加載時的應力應變曲線

二、混凝土的變形(二)混凝土的彈性模量EC

混凝土應力應變曲線為一曲線，其彈性模量是一個變量。工程中，采用重復加載卸載，使應力應變曲線漸漸趨穩(wěn)定并接近直線，該直線的斜率即為混凝土的彈性模量?；炷翉椥阅Ａ堪聪铝薪?jīng)驗公式計算：(N/mm2)

二、混凝土的變形(三)混凝土在長期荷載作用下的變形混凝土在長期荷載作用下，應力不變，應變隨時間增長而增長，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。

混凝土的徐變與時間的關(guān)系

影響徐變的主要因素有：

①內(nèi)部因素。水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大。②環(huán)境因素。構(gòu)件振搗密實，養(yǎng)護時相對濕度越高，徐變越小。③應力條件。構(gòu)件截面壓應力越大，徐變就越大。④

加荷齡期。在同樣的應力條件下，加荷越早，混凝土強度越低，徐變就越大。徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響：（1）徐變作用會使結(jié)構(gòu)的變形增大。（2）在預應力混凝土結(jié)構(gòu)中，它還會造成較大的預應力損失。（3）徐變還會使構(gòu)件中混凝土和鋼筋之間發(fā)生應力重分布，導致混凝土應力減小，鋼筋應力增大，使得理論計算產(chǎn)生誤差。

二、混凝土的變形(四)混凝上的溫度變形和干縮變形

混凝土在空氣中結(jié)硬時，由于溫、濕度及本身化學變化的影響，體積隨時間增長而減小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響：（1）收縮受到約束時會使混凝土產(chǎn)生拉應力，甚至使混凝土開裂。（2）混凝土收縮還會使預應力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預應力損失?；炷恋氖湛s會帶來危害，而膨脹變形一般是有利的，不予討論。

第三節(jié)、鋼筋與混凝土的黏結(jié)

一、鋼筋與混凝土的黏結(jié)力

二、鋼筋的錨固與接頭

一、鋼筋與混凝土的黏結(jié)力(一)黏結(jié)力的組成

黏結(jié)力主要有三部分組成：一是因為混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；二是因為混凝土顆粒與鋼筋表面產(chǎn)生的化學黏合力；三是由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。其中機械咬合力作用最大，約占總黏結(jié)力的—半以上。

撥出試驗表明：混凝土強度越高，黏結(jié)應力也越高；埋人長度越大，需要的拔出力越大，但埋入長度尾部的黏結(jié)力很小，甚至為零；鋼筋表面越粗糙，黏結(jié)力越大。

一、鋼筋與混凝土的黏結(jié)力黏結(jié)力通過拔出試驗確定，將鋼筋(直徑為d)一端埋入混凝土中(埋入長度為l)，另一端施加拉力，將鋼筋拔出，如圖1—10所示。平均黏結(jié)應力(1—3)式中P——拉力最大值，N；

d——鋼筋直徑，mm；

l——鋼筋埋人長度，mm。圖1—10鋼筋的拔出試驗

二、鋼筋的錨固與綁扎搭接為了保證鋼筋在混凝土中錨固可靠，設計時應使鋼筋在混凝土中有足夠的錨固長度。規(guī)范規(guī)定了縱向受拉鋼筋最小錨固長度la見下表。對于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓產(chǎn)生鼓脹，黏結(jié)力增大，受壓鋼筋錨固長度取受拉鋼筋錨固長度la的70％。鋼筋強度越高，直徑越粗，混凝土強度越低，鋼筋錨固長度要求越長。

鋼筋類型混凝土強度等級C15C20C25C30≥C40I級鋼筋40d30d25d20d20d月牙肋Ⅱ級鋼筋50d40d35d30d25dⅢ級鋼筋

45d40d35d30d冷軋帶肋鋼筋

40d35d30d25d二、鋼筋的錨固與綁扎搭接為了保證光面鋼筋錨固可靠，規(guī)范規(guī)定受力的光面鋼筋兩端必須做成半圓形彎鉤。如圖1—1l所示。Ⅱ級、Ⅲ級鋼筋、冷軋帶肋鋼筋以及焊接骨架中的光面鋼筋可不做端彎鉤。

圖1—11光面鋼筋的彎鉤

(a)機器彎鉤；(b)人工彎鉤

二、鋼筋的錨固與綁扎搭接接長的方法有焊接、綁扎搭接、機械連接

綁扎搭接是通過鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力傳遞鋼筋與鋼筋間的內(nèi)力，要求綁扎接頭必須有足夠的搭接長度如圖1—12所示。規(guī)范規(guī)定：（1）受拉鋼筋的搭接長度不小于1.2la，且不小于300mm；（2）受壓鋼筋的搭接長度不小于0.85la，且不小于200mm。

圖1—l2鋼筋綁扎搭接接頭

本

章

小

結(jié)

1．普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，最常用的鋼筋是I級鋼筋、Ⅱ級鋼筋。l、Ⅱ級鋼筋屬于軟鋼，以鋼筋的屈服極限作為結(jié)構(gòu)計算的強度限值。

2．混凝土立方體抗壓強度是強度代表值；混凝土強度分11個等級，常用等級有C15、C20、C25、C30?；炷凛S心抗壓強度，軸心抗拉強度可以由立方體抗壓強度換算得到。

3．混凝土徐變使結(jié)構(gòu)變形增大，在預應力混凝土結(jié)構(gòu)中，徐變會引起較大的預應力損失。

4．鋼筋錨固長度、綁扎搭接長度是為了保證鋼筋與混凝土之間有足夠的粘接力。

本

章

練習1.

對稱配筋的鋼筋混凝土構(gòu)件，兩端自由，由于混凝土收縮（未受外荷載），則

。A混凝土產(chǎn)生拉應力，鋼筋無應力B混凝土產(chǎn)生拉應力，鋼筋產(chǎn)生壓應力