第二章 《钢筋混凝土结构设计原理》钢筋混凝土材料性能

1、建筑结构建筑结构第2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 第第 2 章章 混凝土结构的材料混凝土结构的材料 建筑结构建筑结构第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 本章重点本章重点 熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变 形性能及其选用原则；形性能及其选用原则； 熟悉熟悉土木工程所用钢筋的品种、级别、土木工程所用钢筋的品种、级别、 性能及其选用原则；性能及其选用原则； 了解了解钢筋与混凝土的共同工作原理。钢筋与混凝土的共同工作原理。 建筑结构建筑结构第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上

2、一章上一章 下一章下一章 2.1.1 建筑用钢筋的品种建筑用钢筋的品种 v按化学成分按化学成分 2.1钢钢 筋筋 碳素钢碳素钢 普通低合金钢普通低合金钢 v 按生产工艺按生产工艺 热轧钢筋；热轧钢筋； 中高强钢丝；中高强钢丝； 钢绞线；钢绞线； 冷加工钢筋冷加工钢筋 v 按表面形状按表面形状 光圆钢筋光圆钢筋 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 1.碳素钢碳素钢 碳素钢除含有铁元素，还含有少量的碳、锰、碳素钢除含有铁元素，还含有少量的碳、锰、 硅、磷、硫等。硅、磷、硫等。 Mn 锰，锰，Si 硅，硅，P 磷，磷， Fe

3、铁，铁，S 硫，硫， C 碳碳 低低 碳：碳：C0.6% 20MnSiV 含碳含碳万分数万分数 含锰、硅、钒的含锰、硅、钒的百分数百分数，取整。，取整。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.普通低合金钢普通低合金钢 碳素钢中加入少量的合金元素，如：锰、镍、碳素钢中加入少量的合金元素，如：锰、镍、 钛、钒等。钛、钒等。 Mn 锰，锰，Ni 镍，镍， V 钒，钒， Nb 铌，铌，Ti 钛，钛， C 碳碳 20MnSiV 20MnSiNb 20MnTi 20MnSiV 含碳含碳万分数万分数 含锰、硅、钒的含锰、硅、钒的百分

4、数百分数，取整。，取整。 砼结构用的普通钢筋分为砼结构用的普通钢筋分为热轧钢筋热轧钢筋和和冷加工钢筋冷加工钢筋两大类。两大类。 钢筋的分类钢筋的分类 热轧光园钢筋热轧光园钢筋 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 1 热轧钢筋热轧钢筋 是最常用的钢筋，有热轧光圆钢筋（是最常用的钢筋，有热轧光圆钢筋（HPB）、热轧带肋）、热轧带肋 钢筋（钢筋（HRB）和余热处理钢筋（）和余热处理钢筋（RRB）三种。）三种。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.1.1 建筑用钢筋的品种建筑用钢筋的品种 v热轧钢筋热轧钢筋 400840 RRB400

5、(K20MnSi) 400650 HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi) 335650 HRB335(20MnSi) 235820 HPB235(Q235) fyk/(N/mm2)d/(mm) 符号符号种种 类类 2.1钢钢 筋筋 热轧钢筋中热轧钢筋中HRB400（俗称（俗称新新级级）是国家技术是国家技术 政策推荐的政策推荐的主力钢筋主力钢筋。在钢筋砼结构中。在钢筋砼结构中宜采用宜采用级级 和和级钢筋，级钢筋，也可采用也可采用级和级和级钢筋。级钢筋。 级别级别 强度等级代强度等级代 号号 符号符号 级级 HPB235(Q23 5) 级级 HRB335 （20MnSi）

6、 级级HRB400 热轧钢筋的符号说明热轧钢筋的符号说明 HPB235 屈服强度屈服强度 生产工艺：生产工艺： hot rolled 表面形状：表面形状：plain 钢筋：钢筋：bar 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 HPB 热轧光面钢筋，强度最低；热轧光面钢筋，强度最低； HRB 热轧带肋钢筋；热轧带肋钢筋； RRB 余热处理钢。余热处理钢。 H 代表热轧，代表热轧，P 光圆，光圆，R 带肋，带肋， R 余热处理，余热处理，B 代表钢筋代表钢筋 目前，混凝土结构中纵向受力钢筋优目前，混凝土结构中纵向受力钢筋优 先采用先采用HRB400级钢筋级钢筋 级级 别别 强度等级强度等级

7、代号代号 公称公称 直径直径d mm 屈服点屈服点 a (MPa) 抗拉强度抗拉强度 b (MPa) 伸长率伸长率 (%) 冷弯冷弯 不小于不小于 弯曲弯曲 角度角度 弯心弯心 直径直径 级级 HPB235 (Q235) 820235370251800d 级级 HRB335 （20MnSi） 625 2850 335490161800 3d 4d 级级 HRB400 (20MnSiV、 20MnSiN b、 20MnTi） 625 2850 400540161800 4d 5d 热轧钢筋的力学性能热轧钢筋的力学性能 共共62页页 第第5 5页页 2 冷加工钢筋冷加工钢筋 主要有主要有冷拉、冷拔

8、、冷轧、冷轧扭冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭， 其使用应符合其使用应符合冷轧带肋钢筋砼结构冷轧带肋钢筋砼结构 技术规程技术规程和和冷轧扭钢筋砼构件技冷轧扭钢筋砼构件技 术规程术规程。冷加工钢筋可提高强度、。冷加工钢筋可提高强度、 节约钢材。节约钢材。 冷拉钢筋冷拉钢筋和和冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝已被建已被建 设部列为设部列为限制使用技术而淘汰。限制使用技术而淘汰。冷拔冷拔 低碳钢丝低碳钢丝从从2005年年1月月1日起不得作为日起不得作为 结构受力钢筋使用结构受力钢筋使用。 冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助

9、上一章上一章 下一章下一章 v 中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线 做预应力筋用。做预应力筋用。 中强：中强：8001370MPa 高强：高强：14701860MPa 100 3.5% 4% 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2章 2.1.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能 A B B C D E 上屈服点不稳定 下屈服点 出现颈缩 拉断BC段为屈服平台 CD段为强化段 0.2% 0.2 标距 有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋 无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋 钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同 一一.钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线

10、钢材的性能主要包括力学性能钢材的性能主要包括力学性能( (抗拉性能、冲抗拉性能、冲 击韧性、疲劳强度和硬度等击韧性、疲劳强度和硬度等) )和工艺性能和工艺性能( (冷弯冷弯 性能、焊接性能和热处理性能等性能、焊接性能和热处理性能等) )两个方面。两个方面。 一、力学性能一、力学性能 （一）拉伸性能（一）拉伸性能 实验方法：使用万能试验机在试件两端施加一对缓慢实验方法：使用万能试验机在试件两端施加一对缓慢 增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程，直至增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程，直至 被拉断，如图被拉断，如图7-27-2所示所示 。 低碳钢受拉时，低碳钢受拉时， 其应力应变关系曲其

11、应力应变关系曲 线可分为四个阶段：线可分为四个阶段： 弹性阶段、屈服阶段、弹性阶段、屈服阶段、 强化阶段和颈缩阶段，强化阶段和颈缩阶段， 见图见图7-37-3。 图图7-27-2钢材的拉伸试件钢材的拉伸试件 d0 (a)拉伸前 L0 L A0 d1 (b)拉伸后 L0 L A1 +L 1 1.1.钢材应力应变关系曲线钢材应力应变关系曲线 应 变 应力 0 A E C D 高 低 a BC C 图图7-3 7-3 低碳钢单轴拉伸应力低碳钢单轴拉伸应力- -应变示意图应变示意图 1 1）弹性阶段）弹性阶段OBOB段段 如卸去荷载，试件将恢复原状，不产生残留塑性变形。与如卸去荷载，试件将恢复原状，不

12、产生残留塑性变形。与A A 点相对应的应力为比例极限；与点相对应的应力为比例极限；与B B点相对应的最大应力称为弹性点相对应的最大应力称为弹性 极限极限 。 2 2）屈服阶段）屈服阶段BCBC段段 定义：在定义：在BCBC曲线范围内，应力与应变不成比例，不再是弹性变曲线范围内，应力与应变不成比例，不再是弹性变 形，而是产生了塑性变形，应变增加的速度大于应力增长速度，形，而是产生了塑性变形，应变增加的速度大于应力增长速度， 这一阶段称为屈服阶段。这一阶段称为屈服阶段。 表现：该阶段在材料万能试验机上表现为指针不动表现：该阶段在材料万能试验机上表现为指针不动( (即使加大即使加大 送油送油) )或

13、来回窄幅摇动。或来回窄幅摇动。 3 3）强化阶段）强化阶段CDCD段段 当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结 构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为 强化阶段。对应于最高点强化阶段。对应于最高点D D点的应力为抗拉强度点的应力为抗拉强度 ，又称强度极限，又称强度极限， 用用 表示表示 。 4 4）颈缩破坏阶段）颈缩破坏阶段DEDE段段 过过 D D点后，材料变形迅速增大，而应力反而下点后，材料变形迅速增大，而应力反而下 降。试件在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产降。试件在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产

14、生生“颈缩现象颈缩现象”，直至断裂，如图，直至断裂，如图7-47-4所示。所示。 b 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2章 2.1.32.1.3钢筋应力钢筋应力- -应变关系的理论模型应变关系的理论模型 s s s=Ess y s, h fy s s s=Ess y s, h fy fs,u s,u s s s=Ess y fy s,u fs,u 有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋 无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋 BC O OO B B C C D 图图7-4 7-4 钢材颈缩拉断示意图钢材颈缩拉断示意图 2.2.主要指标主要指标 1 1）弹性模量）弹性模量(E)(E) 定义：在弹性阶段

15、的定义：在弹性阶段的OAOA段内，应力与段内，应力与 应变的比值为一常量，称为弹性模量，应变的比值为一常量，称为弹性模量， 用用E E 表示表示 。 公式：公式： ta n aE 2 2）屈服强度）屈服强度 定义：以屈服阶段的最低应力点作定义：以屈服阶段的最低应力点作 为材料抗力的指标，称为屈服强度或为材料抗力的指标，称为屈服强度或 屈服点，用屈服点，用 表示。表示。 公式：公式： 0 s s F A s s 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2章 钢筋的强度和变形指标钢筋的强度和变形指标 A B B C D E 0.2% 0.2 强度指标强度指标 * 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的明显流

16、幅的钢筋：下屈服点对应的 强度作为设计强度的依据。强度作为设计强度的依据。 * 无明显流幅的钢筋：残余应变为无明显流幅的钢筋：残余应变为 0.2%0.2%时所对应的应力作为条件屈服强时所对应的应力作为条件屈服强 度度 。 应用：应用：钢材在结构中的受力不得进入屈服钢材在结构中的受力不得进入屈服 阶段，在结构设计中以屈服强度作为钢材阶段，在结构设计中以屈服强度作为钢材 设计强度取值的依据，施工选材验收也以设计强度取值的依据，施工选材验收也以 屈服强度作为重要的技术指标。屈服强度作为重要的技术指标。 硬钢性质：硬钢性质：中碳钢与高碳钢中碳钢与高碳钢( (硬钢硬钢) )，拉伸，拉伸 时的应力应变曲线

17、无明显屈服现象，伸时的应力应变曲线无明显屈服现象，伸 长率小，断裂时呈脆性破坏，其应力应长率小，断裂时呈脆性破坏，其应力应 变曲线如图变曲线如图7-57-5所示。规范规定以试件在拉所示。规范规定以试件在拉 伸过程中产生伸过程中产生0.2%0.2%塑性变形时的应力作为塑性变形时的应力作为 该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度 0 0.2b 图图7-5 7-5 硬钢的应力硬钢的应力- -应变曲线应变曲线 3 3）抗拉强度）抗拉强度 定义：称强度极限定义：称强度极限D D点对应的应力点对应的应力 为抗拉强度为抗拉强度 公式：公式： b 0 b b F A 4 4）屈强

18、比）屈强比 定义：钢材的屈服强度与抗拉强定义：钢材的屈服强度与抗拉强 度之比称为屈强比度之比称为屈强比 公式：公式： = s b 屈 强 比 5）伸长率）伸长率 定义：试件拉断后有效长度的伸长量与原有效长定义：试件拉断后有效长度的伸长量与原有效长 度的比率。度的比率。 公式：公式： n 10 0 100% n LL L 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 变形指标变形指标 用延伸用延伸率和冷弯性能衡量。率和冷弯性能衡量。 延伸率延伸率 同一根钢筋同一根钢筋 延伸率大，钢筋的塑性性能好，破坏前有明延伸率大，钢筋的塑性

19、性能好，破坏前有明 显预兆。显预兆。 105 ： ： 1 5 10 100 100% 5 10 100mm ll l ld ld l l1 l d : : : 二、工艺性能二、工艺性能 （一）冷弯性能（一）冷弯性能 定义：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形而不断裂的定义：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形而不断裂的 能力。能力。 试验要求：钢材试件绕着指定弯心弯曲至指定角度后，如试试验要求：钢材试件绕着指定弯心弯曲至指定角度后，如试 件弯曲处的外拱面和两侧面不出现断裂、起层现象，即认为冷件弯曲处的外拱面和两侧面不出现断裂、起层现象，即认为冷 弯合格。如图弯合格。如图7-117-11和图和图

20、7-127-12所示：所示： (a)弯曲准备(b)弯曲至a角度 a (c)弯心d,弯曲180 d d 0 (d)弯心0,弯曲180 0 2 a a）弯曲准备）弯曲准备 b b）弯曲至）弯曲至a a角度角度 c c）弯心）弯心d d，弯曲，弯曲1801800 0 d d）弯心）弯心0 0，弯曲，弯曲1801800 0 图图7-11 7-11 钢材的冷弯试验示意图钢材的冷弯试验示意图 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 反复弯曲反复弯曲要求：要求： 冷弯过程中无裂缝、脱皮或冷弯过程中无裂缝、脱皮或 断裂。断裂。 D愈小，愈小， 愈大，愈大，塑性愈好。塑性愈好。 反复次数愈多，塑性愈好。反

21、复次数愈多，塑性愈好。 D d 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 冷弯冷弯 冷弯是检验钢筋变形能力的指标。冷弯是检验钢筋变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。 疲劳强度疲劳强度 钢材在交变荷载的反复作钢材在交变荷载的反复作 用下，往往在应力远小于其抗用下，往往在应力远小于其抗 拉强度甚至小于屈服强度的情拉强度甚至小于屈服强度的情 况下就突然发生断裂，这种现况下就突然发生断裂，这种现 象称为钢材的疲劳破坏。在一象称为钢材的疲劳破坏。在一 定条件下，钢材疲劳破坏的应定条件下，钢材疲劳破坏的应 力值随应力循环次数的增加

22、而力值随应力循环次数的增加而 降低，如图所示。降低，如图所示。 l g n ( n 应 力 循 环 次 数 ） 应力,% 0 24681 01 21 41 6 20 1 8 406080 100 120 疲 劳 极 限 静 力 抗 拉 强 度 钢材疲劳强度示意图钢材疲劳强度示意图 （一）概念（一）概念 定义：将钢材在定义：将钢材在常温下常温下进行进行强力的拉或压，使之超过屈服强力的拉或压，使之超过屈服， 产生一定的塑性变形，以达到产生一定的塑性变形，以达到提高其机械强度和钢材利用率（同提高其机械强度和钢材利用率（同 时降低塑性和韧性）的加工方法时降低塑性和韧性）的加工方法，称为钢材的称为钢材的

23、冷加工冷加工；包括冷加；包括冷加 工强化和冷加工时效。工强化和冷加工时效。 五、钢材冷加工技术及应用五、钢材冷加工技术及应用 1 1冷加工强化冷加工强化 定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若立即再拉伸，会发定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若立即再拉伸，会发 现屈服点明显提高，而塑性、韧性和弹性模量明显降低，这现屈服点明显提高，而塑性、韧性和弹性模量明显降低，这 种现象称为冷加工强化；种现象称为冷加工强化； 如图如图7-167-16曲线曲线 对应的应力应变关系曲线所对应的应力应变关系曲线所 示。示。 O BCD 应 变 应力 0 A D C BD C B 0 O A C D - 冷 拉 前 关 系 曲

24、 线 O B C D - 冷 拉 后 关 系 曲 线 O B C D - 冷 拉 及 时 效 后 关 系 曲 线 钢材冷拉时效强化示意图钢材冷拉时效强化示意图 2 2冷加工时效冷加工时效 定义：钢材经冷加定义：钢材经冷加 工（冷拉）后，若放置工（冷拉）后，若放置 一段时间，一段时间，会发现屈服会发现屈服 强度强度进一步进一步提高、极限提高、极限 抗拉强度也提高，塑性抗拉强度也提高，塑性 和韧性和韧性进一步进一步降低、降低、弹弹 性模量得到一定恢复性模量得到一定恢复的的 现象现象称为冷加工时效；称为冷加工时效； 如图曲线对应的应如图曲线对应的应 力应变关系曲线所示。力应变关系曲线所示。 O BC

25、D 建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济具有明显的经济 效益。效益。 冷拔钢丝的屈服点可提高冷拔钢丝的屈服点可提高40406060 v 可适当减小钢筋混凝土结构设计截面可适当减小钢筋混凝土结构设计截面 v 减小混凝土中配筋数量减小混凝土中配筋数量 （二）应用（二）应用 常利用冷加工、时效作用来常利用冷加工、时效作用来提高其强度提高其强度，增加钢，增加钢 材的品种规格，节约钢材。常见的冷加工方式有冷拉、材的品种规格，节约钢材。常见的冷加工方式有冷拉、 冷拔、冷轧等。冷拔、冷轧等。 1.1.冷拉冷拉 定义：将钢筋用拉伸设备在定义：将钢筋用拉伸设

26、备在常温下拉长至超过屈服常温下拉长至超过屈服 点某处，点某处，使之产生一定的塑性变形，然后使之产生一定的塑性变形，然后缓慢卸去荷缓慢卸去荷 载载的加工方式。的加工方式。 作用：通过冷拉，能使钢筋的强度提高，长度增加，作用：通过冷拉，能使钢筋的强度提高，长度增加， 从而达到矫直、除锈、节约钢材的目的。从而达到矫直、除锈、节约钢材的目的。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 钢筋的冷加工钢筋的冷加工 1）.冷拉冷拉 B K Z Z K 残余变形 冷拉伸长率 无时效 经时效 K K点的选择：超过屈服强度点的选择：超过屈服强度 温度的影响：温度达温度的影响：温度达700C700C时恢复时恢复

27、 到冷拉前的状态，先焊后拉到冷拉前的状态，先焊后拉 特性：只特性：只提高抗拉强度提高抗拉强度，不提高抗，不提高抗 压强度，强度提高，塑性下降压强度，强度提高，塑性下降 o o 2.2.冷拔冷拔 定义：在常温下将钢筋通过硬质合金拔定义：在常温下将钢筋通过硬质合金拔 丝模孔丝模孔强行拉拔强行拉拔，如图，如图7-177-17所示。所示。 作用：提高钢材的屈服强度。作用：提高钢材的屈服强度。 拔 模 钢 筋 图图7-17 7-17 冷拔加工示意图冷拔加工示意图 3.3.冷轧冷轧 工艺：将圆钢在轧钢机上工艺：将圆钢在轧钢机上轧成刻痕轧成刻痕。 作用：增大钢筋与混凝土间的黏结力。作用：增大钢筋与混凝土间的

28、黏结力。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 钢筋的冷加工钢筋的冷加工 2 2）. .冷拔冷拔 经过冷拔后钢筋没有明显的经过冷拔后钢筋没有明显的 屈服点和流幅屈服点和流幅 冷拔既能冷拔既能提高抗拉强度提高抗拉强度又能又能 提高抗压强度提高抗压强度 问题： 直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能 使用经冷加工的钢材吗？为什么？ 答：不能。 因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低 ，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向 ，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂， 所以不能采用。 基本要求：基本要求： q对一般结构：具有屈服点、抗拉强度、伸长率三项机械性能和对一般结构：具有屈服点、抗拉强度、伸长率三项

29、机械性能和 硫、磷含量两项化学成分的合格保证硫、磷含量两项化学成分的合格保证 q对焊接结构应有含碳量的合格保证对焊接结构应有含碳量的合格保证 q对于较大型构件、直接承受力荷载的结构，钢材应具有冷弯试对于较大型构件、直接承受力荷载的结构，钢材应具有冷弯试 验的合格保证验的合格保证 q对于大、重型结构和直接承受动力荷载的结构，根据冬季工作对于大、重型结构和直接承受动力荷载的结构，根据冬季工作 温度情况应具有常温和低温冲击韧性的合格保证温度情况应具有常温和低温冲击韧性的合格保证 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.1.4

30、 钢筋的选用原则钢筋的选用原则 v 强度高强度高 屈 服 点 0 b y 0 b 0 . 2 条 件 屈 服 点 残 余 应 变 0 . 2 热轧钢筋热轧钢筋 钢丝、钢绞线、钢丝、钢绞线、 各种冷加工钢筋各种冷加工钢筋 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 变形性能好变形性能好 保证延伸保证延伸率和冷弯性能满足要求。率和冷弯性能满足要求。 ： ： l1 l d D d 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 可加工性好可加工性好 焊接弯折 v

31、 与混凝土粘结锚固性好与混凝土粘结锚固性好 光面变形 经济性经济性 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构： 宜用宜用HRB400和和HRB335钢筋钢筋 可用可用HPB235、RRB400钢筋钢筋 v 预应力混凝土结构：预应力混凝土结构： 宜用宜用钢铰线、钢丝、钢铰线、钢丝、可用可用热处理钢筋热处理钢筋 不主张推广应用冷加工钢筋，其延性差。不主张推广应用冷加工钢筋，其延性差。 钢筋的选用原则钢筋的选用原则 四、混凝土结构用钢四、混凝土结构用钢 钢筋的主要品种有热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带

32、钢筋的主要品种有热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带 肋钢筋、热处理钢筋等。钢丝的主要品种有冷拔低碳肋钢筋、热处理钢筋等。钢丝的主要品种有冷拔低碳 钢丝、预应力混凝土用钢丝、钢绞线等。钢丝、预应力混凝土用钢丝、钢绞线等。 （一）热轧钢筋（一）热轧钢筋 经热轧成型并自然冷却的成品钢筋经热轧成型并自然冷却的成品钢筋。根据钢筋的根据钢筋的 表面特征将热轧钢筋分为表面特征将热轧钢筋分为光圆钢筋光圆钢筋和和带肋钢筋带肋钢筋。 1.1.钢筋混凝土用热轧光圆钢筋钢筋混凝土用热轧光圆钢筋 牌号：牌号： HPB235 HPB235、HPB300HPB300两个牌号两个牌号 符号意义：符号意义： H H、P P、B B分别

33、为热轧分别为热轧( Hot rolled)( Hot rolled)、光、光 圆圆(Plain)(Plain)、钢筋、钢筋(Bars)3(Bars)3个词的英文首位字母，后面个词的英文首位字母，后面 的数值代表钢筋的屈服强度特征值。的数值代表钢筋的屈服强度特征值。 2.2.热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 带肋钢筋分为月牙肋钢筋和带肋钢筋分为月牙肋钢筋和 等高肋钢筋，见图。等高肋钢筋，见图。 b)等 高 肋 钢 筋 a)月 牙 肋 钢 筋 带肋钢筋带肋钢筋 3.3.热轧钢筋的选用热轧钢筋的选用 光圆钢筋：广泛用作光圆钢筋：广泛用作普通普通钢筋混钢筋混 凝土结构；凝土结构； （二）冷轧带肋钢筋（二）冷轧

34、带肋钢筋 工艺：冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧工艺：冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧 后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的二面或后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的二面或 三面横肋的钢筋，见图。三面横肋的钢筋，见图。 牌号：牌号：CRB550CRB550、CRB650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970四个牌号。四个牌号。 符号意义：符号意义：C C、R R、B B分别为冷轧分别为冷轧(Cold rolled)(Cold rolled)、带、带 肋肋(Ribbed)(Ribbed)、钢筋、钢筋(Bar)(Bar)三个词的英文首位字母三个词的英文首位字母

35、， 后面的数值代表钢筋的抗拉强度最小值。后面的数值代表钢筋的抗拉强度最小值。 (a)二面肋(b)三面肋 （三）预应力混凝土用热处理（三）预应力混凝土用热处理 钢筋钢筋 工艺：预应力混凝土用热处理钢筋，工艺：预应力混凝土用热处理钢筋， 是由热轧螺纹钢筋（即普通热轧中碳是由热轧螺纹钢筋（即普通热轧中碳 低合金钢筋）经淬火和回火等调质处低合金钢筋）经淬火和回火等调质处 理制成的螺纹钢筋。理制成的螺纹钢筋。 用途：用途：主要用于预应力混凝土桥梁主要用于预应力混凝土桥梁 轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊 车梁等。车梁等。 （四）预应力混凝土用钢丝（四）预应力混凝土用钢丝

36、工艺：预应力混凝土用钢丝是用优质工艺：预应力混凝土用钢丝是用优质 碳素结构钢盘条，经冷拉或消除应力碳素结构钢盘条，经冷拉或消除应力 等处理后制成的高强度钢丝。等处理后制成的高强度钢丝。 a a）二面肋）二面肋 b b）三面肋）三面肋 c c）冷轧带肋钢筋实物图）冷轧带肋钢筋实物图 图图7-19 7-19 冷轧带肋钢筋横截面上冷轧带肋钢筋横截面上 月牙肋分布情况月牙肋分布情况 钢绞线用于预应力钢筋混凝土梁和桥梁斜拉索，如图钢绞线用于预应力钢筋混凝土梁和桥梁斜拉索，如图 7-217-21所示。所示。 钢绞线的工程应用实例钢绞线的工程应用实例 例题：经试验测得某工程用热轧钢筋的屈服荷载为29kN，

37、极限荷载为50kN，钢筋公称直径为12mm，5d标距拉 断后的长度为78.4mm，10d拉断后的长度为148mm。 试计算：屈服强度，抗拉强度，屈强比，5，10 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 三三. . 钢筋的徐变和松弛钢筋的徐变和松弛 徐变徐变 应力不变，随时间的应力不变，随时间的 增长应变继续增加增长应变继续增加 松弛松弛 长度不变，随时间的长度不变，随时间的 增长应力降低增长应力降低 对结构，尤对结构，尤 其是预应力其是预应力 结构，产生结构，产生 不利的影响，不利的影响， 需采取必要需采取必要 的措施的措施 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目

38、目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.2混凝土混凝土 2.2.1 组成结构及特点组成结构及特点 主要材料：主要材料：水泥、水、砂、石水泥、水、砂、石 混凝土混凝土: 普通混凝土是由水泥、石子和砂用水经搅拌、普通混凝土是由水泥、石子和砂用水经搅拌、 养护和硬化后形成的一种复合材料，具有多相特养护和硬化后形成的一种复合材料，具有多相特 性。性。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 普通混凝土的优点：普通混凝土的优点： （1）原材料丰富，造价低廉，可就地取材；原材料丰富，造价低廉，可就地取材； （2）可根据混凝土的用途来配制不同性质可根据混凝土的用途来配制不同性质 的混凝土

39、；的混凝土； （3）凝结前有良好的可塑性，可利用模板凝结前有良好的可塑性，可利用模板 浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物；浇灌成任何形状及尺寸的构件或结构物； （4）与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢与钢筋有较高的握裹力，混凝土与钢 筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后筋的线膨胀系数基本相同，两者复合后 能较好的共同工作。能较好的共同工作。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 普通混凝土的缺点普通混凝土的缺点： （1）抗拉强度低，一般为抗压强度的十抗拉强度低，一般为抗压强度的十 分之一到二十分之一，易产生裂缝，受分之一到二十分之一，易产生裂缝，受 拉易产生脆性破坏；拉易产生脆性破坏； （

40、2）自重大，比强度小，不利于建筑物自重大，比强度小，不利于建筑物 向高层、大跨度方向发展；向高层、大跨度方向发展； （3）耐久性不够，硬化慢，生产周期长。耐久性不够，硬化慢，生产周期长。 2.2.1 混凝土的组成结构混凝土的组成结构 通常把混凝土的结构分为三种基本类型：通常把混凝土的结构分为三种基本类型： 微观结构：微观结构：也即水泥石结构，包括水泥凝胶体、晶体骨架、也即水泥石结构，包括水泥凝胶体、晶体骨架、 未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成；未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成； 亚微观结构：亚微观结构：混凝土中的水泥砂浆结构；混凝土中的水泥砂浆结构； 宏观结构：宏观结构：砂浆和粗骨料组合结构。砂浆

41、和粗骨料组合结构。 混凝土立方抗压强度混凝土立方抗压强度 混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度 cu f c f t f 150 150 150 150 150 300 100 100 500 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.2.2 单轴向应力状态下混凝土强度单轴向应力状态下混凝土强度 v立方体抗压强度立方体抗压强度 fcu,k（强度等级）（强度等级） 1.标准尺寸：标准尺寸：150mm150mm150mm 2.养护条件：养护条件：20 3，湿度，湿度90%；28d 3.试验方法：恒

42、定的加载速度，垫板不涂润滑剂试验方法：恒定的加载速度，垫板不涂润滑剂 4.强度保证率：强度保证率：95% 承压板 试块 摩擦力 不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 单轴受力状态下混凝土的抗压强度单轴受力状态下混凝土的抗压强度 标准试块：标准试块：150150 150 非标准试块非标准试块：100100 100 换算系数换算系数 0.95 200200 200 换算系数换算系数 1.05 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国 规范混凝土的强度等级有：规范混凝土的强度等级有： C15，C20，C

43、25，C30，C35，C40，C45，C50，C55， C60，C65，C70，C75，C80 表示混凝 土Concrete 立方体抗 压强度 立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,k与强度等级与强度等级 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v轴心抗压强度轴心抗压强度 fc,k 混凝土轴心混凝土轴心 抗压强度的抗压强度的 平均值平均值 立方体抗立方体抗 压强度的压强度的 平均值平均值 棱柱体强度棱柱体强度 与立方体强与立方体强 度之比值度之比值 fckfcu,k h b 1.0 0.5 012345 b b h mcucm

44、c ff ,1, 承压板 试 块 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 混凝土混凝土 强度强度 等级等级 C40 C45C50C55C60C65C70C75C80 c1 0.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c1 的取的取 值值 劈裂试验 F d F 抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一。可采用直抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一。可采用直 接测试法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主接测试法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主 要采用圆柱体或立方体的要采用圆柱体或立方体的劈裂试验

45、劈裂试验来间接测试混凝土的来间接测试混凝土的 轴心抗拉强度。轴心抗拉强度。 拉 压 压 dl F f 2 s , t 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ft 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 轴心抗拉强轴心抗拉强 度的平均值度的平均值 立方体抗压强立方体抗压强 度的平均值度的平均值 55. 0 , 395. 0 mcumt ff 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 复合应力下的强度复合应力下的强度 双向受力双向受力 1.

46、0 1.0 1.2 1.2 -0.2 -0.2 2/fc 1/fc 拉 压 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 复合应力下的强度复合应力下的强度 双向受力双向受力 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 图中：图中： fc 混凝土单轴抗压强度；混凝土单轴抗压强度； 此图说明：此图说明： 压压-压：强度提高；压：强度提高； 拉拉-拉：强度不变；拉：强度不变； 拉拉-压：抗拉和抗压强度都低。压：抗拉和抗压强度都低。 4 4 复杂受力状态下混凝土的强度

47、复杂受力状态下混凝土的强度 双轴应力状态双轴应力状态 双向受拉，接近单轴抗拉强度；双向受拉，接近单轴抗拉强度； 双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度提高提高 ； 一拉一压，一拉一压，加速了混凝土内部微裂缝的发展加速了混凝土内部微裂缝的发展 ，抗拉、抗压强，抗拉、抗压强 度均度均降低降低。 混凝土的三轴抗压强度混凝土的三轴抗压强度 4 4 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 cccr ff 三轴应力状态三轴应力状态 试件侧向变形受到限制，其内试件侧向变形受到限制，其内 部微裂缝的产生和发展受到阻碍，部微裂缝的产生和发展受到阻碍， 当侧

48、压力增大时，轴向抗压强度也当侧压力增大时，轴向抗压强度也 相应增大。相应增大。 混凝土的三轴抗压强度混凝土的三轴抗压强度 4 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 剪压或剪拉复合应力状态剪压或剪拉复合应力状态 随着随着拉应力拉应力的增大的增大 ， 混凝土的抗剪强度混凝土的抗剪强度降低降低。 随着随着压应力压应力的增大的增大 ， 混凝土的抗剪强度混凝土的抗剪强度逐渐增大逐渐增大；当压应；当压应 力力超过超过某一数值后，抗剪强度随压应力增大而某一数值后，抗剪强度随压应力增大而减小减小。 混凝土的剪压复合强度混凝土的剪压复合强度 6 三向三向受压时混凝土的应力受压时混凝土的应力应变曲

49、线应变曲线 试件纵向受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使核心混凝试件纵向受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使核心混凝 土处于土处于三向受压三向受压状态，内部状态，内部微裂缝微裂缝的发展受到抑制，从而提高了的发展受到抑制，从而提高了 试件的纵向强度和试件的纵向强度和延性延性，特别是延性大为提高。，特别是延性大为提高。 混凝土圆柱体三向受压时轴向应力混凝土圆柱体三向受压时轴向应力应变曲线应变曲线 6 三向三向受压时混凝土的应力受压时混凝土的应力应变曲线应变曲线 螺旋箍筋圆柱体约束混凝土的应力螺旋箍筋圆柱体约束混凝土的应力应变曲线应变曲线 复合受力状态下混凝土的抗拉强度复合受力状态下混凝土的抗拉强度

50、 三向受压时混凝土的强度：三向受压时混凝土的强度： 1=fcc 1=fcc 2= 3= fL fL-侧向约束压侧向约束压 应力（加液压）应力（加液压） 圆柱体试验圆柱体试验 Lccc fff）（7.05 . 4 有侧向约束有侧向约束 时的抗压强时的抗压强 度度 无侧向约无侧向约 束时圆柱束时圆柱 体的单轴体的单轴 抗压强度抗压强度 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v混凝土的变形模量混凝土的变形模量 弹性模量弹性模量 0 tan c E 变形模量变形模量 1 tan c E 切线模量切线模量 tan c E 混凝土结构

51、设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v 长期荷载作用下的变形：长期荷载作用下的变形：徐变徐变 定义：定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。继续增大的现象。 特点：特点：早期发展快，但可以延续数年。早期发展快，但可以延续数年。 第二章 钢筋和混凝土的材料性能 t 0 ela sh cr ela , ela , cr , t 瞬时恢复瞬时恢复 应变应变 弹性后效弹性后效 残余应变残余应变 加载瞬时加载瞬时 应变应变 收缩应变收缩应变 徐变徐变 ： 开始快、以后慢；半年完成

52、大部分、一年稳定、三开始快、以后慢；半年完成大部分、一年稳定、三 年终止年终止 第二章 钢筋和混凝土的材料性能 2.1 混凝土 徐变会使结构（或构件）的徐变会使结构（或构件）的变形增大变形增大（如挠度）（如挠度） ； 引起引起预应力损失预应力损失； 在长期在长期高应力高应力作用下，甚至作用下，甚至会导致破坏会导致破坏。 有利于结构构件产生有利于结构构件产生内（应）力重分布内（应）力重分布，降低结构的受力；，降低结构的受力； 减小减小大体积混凝土大体积混凝土内的温度应力；内的温度应力； 受拉徐变可受拉徐变可延缓收缩裂缝延缓收缩裂缝的出现。的出现。 徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的影响 P

53、 As P As s1 c1 P s2 As s2 P拆去，钢筋拆去，钢筋 受压混凝土受受压混凝土受 拉，可能会引拉，可能会引 起混凝土开裂起混凝土开裂 徐变：徐变： s ， c 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 徐变对结构的影响：徐变对结构的影响： 使构件变形增大；使构件变形增大； 在轴压构件中，使钢筋应力增加，在轴压构件中，使钢筋应力增加， 混凝土应力减小；混凝土应力减小； 在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预应力发生损失； 在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。 第

54、二章 钢筋和混凝土的材料性能 2.1 混凝土 是是混凝土的组成和配比混凝土的组成和配比。 骨料的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小骨料的刚度（弹性模量）越大，体表比越大，徐变就越小; 水灰比越小，水泥用量越少，徐变也越小。水灰比越小，水泥用量越少，徐变也越小。 包括养护和使用条件。包括养护和使用条件。 受荷前受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。 受荷后受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。 影响徐变的因素：影响徐变的因素： 应力：应力： c0.5f

55、c，徐变变形与应力成正比，徐变变形与应力成正比-线性线性徐变徐变 0.5fc c0.8fc，徐变急剧增长，造成混凝土，徐变急剧增长，造成混凝土破坏破坏 加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大 水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大 骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小 .养护条件：温度高，湿度大，水泥水化作用充分 养护条件：温度高，湿度大，水泥水化作用充分 徐变越小。徐变越小。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 v收缩收缩 定义：定义：混凝土在空气中结硬时体积

56、减小的现象。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。 收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩干缩 特点：特点：早期快，可延续早期快，可延续2年以上。年以上。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 收缩对结构的影响：收缩对结构的影响： 当收缩受到约束时，引起构件开裂。当收缩受到约束时，引起构件开裂。 减少收缩的措施：减少收缩的措施： 限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护； 加强构造钢筋配置；设置变形缝；掺膨胀剂。加强构造钢筋配置；设置变形缝；掺膨胀剂。 影响因素：影

57、响因素： 混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比；混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比； 养护条件；使用时的温度与湿度。养护条件；使用时的温度与湿度。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第 2章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.2.4 混凝土的选用原则混凝土的选用原则 v 钢筋混凝土结构中钢筋混凝土结构中 混凝土强度等级混凝土强度等级不应低于不应低于C15。 用用HRB335级钢筋时，级钢筋时，不宜低于不宜低于C20； 用用HRB400和和RRB400级钢筋时，级钢筋时，不得低于不得低于C20。 v 预应力混凝土结构中预应力混凝土结构中 混凝土强度等级混凝土强

58、度等级不应低于不应低于C30。 当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜不宜 低于低于C40。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.3 钢筋的锚固与连接钢筋的锚固与连接 v2.3.1粘结的意义粘结的意义 粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共 同工作的基础。同工作的基础。 粘结应力：粘结应力： 钢筋与混凝土接触面上为抵抗变形钢筋与混凝土接触面上为抵抗变形 差所产生的剪应力。差所产生的剪应力。 第二章 材料的力学性能 2.3钢筋与混凝土的粘结 s=0

59、相对滑移 受力性能同素混凝土梁受力性能同素混凝土梁 第二章 材料的力学性能 2.3钢筋与混凝土的粘结 4 2 d ddxd s dx dd s 4 s s + +d s s s+ +d s dx dx 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.3 钢筋的锚固与连接钢筋的锚固与连接 v粘结的分类粘结的分类 粘结按其在构件中的作用性质分为二类：粘结按其在构件中的作用性质分为二类： .锚固粘结（延伸粘结）锚固粘结（延伸粘结） .裂缝间的局部粘结裂缝间的局部粘结 (a) 锚固粘结应力 (b) 裂缝间的局部粘结应力 混凝土结构设计

60、原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.3钢筋的锚固与连接钢筋的锚固与连接 v2.3.2 粘结力的组成粘结力的组成 （）（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力 胶着力胶着力。 （）（）混凝土收缩握裹钢筋而产生的混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力摩阻力。 （）（）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬 合作用力合作用力咬合力咬合力。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 2 章 主主 页页 目目 录录 帮帮 助助 上一章上一章 下一章下一章 2.3钢筋的锚