混凝土部分-第一、二章

1、第二篇第二篇 混凝土结构混凝土结构Concrete Structure第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 钢筋和混凝土材料的物理力学钢筋和混凝土材料的物理力学性能性能第一章第一章 绪论绪论 主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为均可称为混凝土结构混凝土结构(Concrete Structure)。1.1 1.1 混凝土结构的一般概念和特点混凝土结构的一般概念和特点素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝

2、土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构钢管混凝土结构纤维增强塑料混凝土纤维增强塑料混凝土钢钢 -混凝土混合结构混凝土混合结构素混凝土结构（素混凝土结构（Plain Concrete)钢筋混凝土梁钢筋混凝土结构（钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete)预应力混凝土结构（预应力混凝土结构（Prestressed Concrete)钢骨混凝土柱钢骨混凝土结构（钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete)钢管混凝土结构（钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube)纤维增强塑料混凝土（纤维增强塑料混凝土（Fiber

3、Reinforced Plastic)钢钢-混凝土混合结构混凝土混合结构(Composite Structure) (Hybrid Structure)混凝土：混凝土： 抗压强度高，而抗拉强度却很低。抗压强度高，而抗拉强度却很低。 一般抗拉强度只有抗压强度的一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20。 破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性性质。脆性性质。因此，素混凝土构件在实际因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。和一些非承重结构。Pcr = 9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1

4、.54N/mm2 fts sc= ft2500素混凝土梁素混凝土梁Pu Pcrs sc= ft ft破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。素混凝土梁试验素混凝土梁试验钢钢 材：材： 抗拉和抗压强度都很高。抗拉和抗压强度都很高。 具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性。具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性。 但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件。受拉构件。 而纯钢构件的承载力也往往取决于

5、钢材的压曲，材料强而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲，材料强度一般得不到充分地发挥。度一般得不到充分地发挥。将将混凝土和钢材混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。起，可以取长补短，充分利用材料的性能。Pcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 fts sc= ft1503002500钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁Pu 52.5kNs sc= ft ft s ss s sc2f f16 fy配置钢筋后，配置钢筋后，RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗梁的承载力比素混凝土梁大大提高

6、，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显预兆。显预兆。Py 50.0kN fcPcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 fts sc= ft1503002500钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁Pu 52.5kNs sc= ft ft s ss s sc2f f16 fyPy 50.0kN fcl但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作。但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作。l通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。l但裂缝导

7、致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用于大跨度结构。如何解决？于大跨度结构。如何解决？钢筋混凝土梁试验钢筋混凝土梁试验钢筋混凝土配筋形式：钢筋混凝土配筋形式：除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式。除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式。可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力。可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力。在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节点在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节点区、剪力墙等），可以配置箍筋或纵横交错的钢筋。区、剪力墙等），可以配置箍筋或纵横交错的钢筋。当构件受力很大时

8、，可以直接配置钢骨。当构件受力很大时，可以直接配置钢骨。还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管。甚至直接采用钢管。采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以达到提高。形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以达到提高。受压构件中配置受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土梁中配置箍筋图 1-3 常见配筋方式1.2 1.2 混凝土结构课程学习中应注意的问题混凝土结构课程学习中应注意的问题混凝土结构设计（下册）混凝土结构设计（下册）受压构件受扭构件受弯构件

9、受拉构件受弯构件受压构件截面的基本受力形态有：截面的基本受力形态有：正截面受力正截面受力斜截面受剪斜截面受剪扭曲截面受扭扭曲截面受扭基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件基本构件受力形态受力形态受弯构件受弯构件板梁受弯、受剪受弯、受剪受压构件受压构件受压弦杆柱、墙受压弯受压弯受压剪受压剪双向受压弯双向受压弯受扭构件受扭构件雨蓬梁柱柱受扭受扭受弯、剪、扭受弯、剪、扭受压、弯、剪、扭受压、弯、剪、扭受拉构件受拉构件受拉弦杆受拉弯受拉弯梁柱节点梁柱节点受剪受剪第二章第二章 钢筋和混凝土的材料性能钢筋和混凝土的材料性能2.1 2.1 混凝土混凝土2.2 2

10、.2 钢筋钢筋2.3 2.3 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结2.1 2.1 混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度1、混凝土强度等级、混凝土强度等级立方体抗压强度（立方体抗压强度（fcu）混凝土结构中，主要是利用它的混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强度是混。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的，其他强度可由它换混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的，其他强度可由它换算得到。算得到。混凝土强度等级：混凝土强度等级：边长边长150mm立方体标准试件，在标准条件下立方体标准

11、试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速天，用标准试验方法（加载速度度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的，两端不涂润滑剂）测得的具有具有95%保证保证率率的立方体抗压强度，用符号的立方体抗压强度，用符号C表示，表示，C30表示表示fcu,k=30N/mm2 规范规范根据根据混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值的数值，的数值，从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级，个强度等级，级差为级差为5N/mm2。C50以上为以上为高强混凝土高强混凝土。试验录像试验录像承压板承压板试块试块摩擦力摩擦力不涂润滑剂不涂润滑

12、剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于强度大于试验方法对立方体抗压强度的影响试验方法对立方体抗压强度的影响a.a.试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，其试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，其主要原因是由于主要原因是由于“套箍套箍”作用；且破坏形态不一样；作用；且破坏形态不一样；b.b.加载速度：速度快强度高，速度慢强度低加载速度：速度快强度高，速度慢强度低2、轴心抗压强度、轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试

13、件高宽比一般为h/b=34，我国通常取，我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试件，的棱柱体试件，也常用也常用100100300试件。试件。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为:承压板承压板试试块块为消除端部约束的影响为消除端部约束的影响 32bh随着高宽比的增加，混凝土的轴心抗随着高宽比的增加，混凝土的轴心抗压强度会降低压强度会降低 考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在差异，规范基于安全取偏低值，规定轴

14、心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系：kcuccckff,2188. 0c1棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于棱柱体强度与立方体强度之比，对不大于C50级的级的混凝土取混凝土取0.76，对，对C80取取0.82，其间按线性插值。，其间按线性插值。c2高强混凝土的脆性折减系数，对高强混凝土的脆性折减系数，对C40取取1.0，对，对C80取取0.87，中间按直线规律变化取值。，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。fcu,kfcu,k立方体强度标准值立方体强度标准值试验录像试

15、验录像3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。 500 150 15010016轴心受拉试验0.550.45,20.88 0.395(1 1.645 )tkcu kcff 混凝土轴心抗拉强度是采用混凝土轴心抗拉强度是采用100mm100mm500mm的棱柱体，两端设的棱柱体，两端设有螺纹钢筋，在实验机上受拉来测定的。当有螺纹钢筋，在实验机上受拉来测定的。当试件拉裂时测得的平均拉应

16、力即为混凝土的试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的抗拉强轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度只是混凝土抗压强度的只是混凝土抗压强度的5%10%倍，而且随倍，而且随混凝土强度等级的提高而减小。通过实验，混凝土强度等级的提高而减小。通过实验，新规范按下式计算：新规范按下式计算：试验录像试验录像4.4.复合应力状态下混凝土的强度复合应力状态下混凝土的强度双向受压双向受压时，混凝土抗压强时，混凝土抗压强度大于单向；度大于单向；双向受拉双向受拉时，混凝土抗拉强时，混凝土抗拉强度接近于单向；度接

17、近于单向；一向受压和一向受拉一向受压和一向受拉时，其时，其抗拉（抗压）强度均低于相应抗拉（抗压）强度均低于相应的单向强度；的单向强度；由于剪应力的存在，混凝由于剪应力的存在，混凝土抗压强度低于单向；土抗压强度低于单向；由于压应力的存在，混凝由于压应力的存在，混凝土抗剪强度有限增加。土抗剪强度有限增加。 双向应力状态下混凝土的破坏包络图双向应力状态下混凝土的破坏包络图试验录像试验录像构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力s s 共同作用下的共同作用下的复合受力情况。复合受力情况。混凝土的抗剪强度：随混凝土的抗剪强度：随拉拉应力增大而减小应力增大而减小 随

18、随压压应力增大而增大应力增大而增大当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。力的增大而减小。- -三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度s s1=fccs s1=fccs s2= s s3= fLfL-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Lcccfff)0 . 75 . 4(有侧向约有侧向约束时的抗束时的抗压强度压强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三轴应力状态有

19、多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。采用圆柱体在等侧压条件进行。5、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率混凝土强度标准值（N/mm2）强度种类符号混 凝 土 强 度 等 级C15C20C25C30C35轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度ftk1.271.541.78

20、2.012.20混 凝 土 强 度 等 级C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.106、混凝土强度的设计值、混凝土强度的设计值v混凝土强度设计值，等于混凝土强度标准值除混凝土强度设计值，等于混凝土强度标准值除以混凝土材料分项系数以混凝土材料分项系数c=1.4。二、混凝土的变形二、混凝土的变形1、单轴（单调）受压应力、单轴（单调）受压应力-应变关系应变关系Stress- strain Relationship 混凝土单轴受力时的应力混凝土单轴

21、受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征。是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形的重要力学特征。是分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件

22、所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲线的线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变应变曲线的曲线的下降段下降段。变形的分类：变形的分类：受力变形受力变形荷载产生的；荷载产生的； 体积变形体积变形收缩、温差即湿差产生的。收缩、温差即湿差产生的。1.一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能强度等级越高，线弹性段强度等

23、级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡。段越陡。不同强度混凝土的应力不同强度混凝土的应力- -应变曲线应变曲线试验录像试验录像规范规范应力应力-应变关系应变关系上升段：上升段：)1 (1 0ncccfs0下降段：下降段：ccfsu0,60,6,12(50)600.0020.5(50) 100.0033(50) 10cu kcu kucu knff

24、f规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.500.0020.002050.00210.00215u0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20ssEc= tan 原点切线模量原点切线模量0ssddEcsEc= tan 割线模量割线模量scEsEc= tan 切线模量切线模量sddEc 弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小随应力增大而减小n n =10.5elcEcEnv2、混凝土的变形模量、混凝土的

25、变形模量v由于混凝土的弹塑性性质，模量是一个变数，通常由于混凝土的弹塑性性质，模量是一个变数，通常有三种表示方法。有三种表示方法。弹性模量测定方法弹性模量测定方法s0.5fc510 次5210(N/mm )34.742.2cccucuEfs采用棱柱体试件加荷至采用棱柱体试件加荷至0.5f0.5fc c，然后卸荷，然后卸荷 至零，至零，再重复加荷再重复加荷5-105-10次。最次。最终应力应变曲线渐趋稳终应力应变曲线渐趋稳定并基本接近直线，该定并基本接近直线，该直线斜率为混凝土的弹直线斜率为混凝土的弹性模量。性模量。剪变模量：剪变模量：由材料力学可知，混凝土的剪变模量由材料力学可知，混凝土的剪变

26、模量Gc= Ec/2*(1+c) 若取若取c=0.2 Gc=0.417。规范取。规范取Gc=0.4Ec。泊松比：泊松比：/cxy三、混凝土的收缩和徐变三、混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep1、混凝土的收缩、混凝土的收缩 Shrinkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。的收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生

27、拉应力，甚至引起混凝土的开裂。束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。会引起不利的内力。墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后，以后变形发展逐渐减慢，整个收

28、缩过程可延续两年以上。变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-414d 28dtsh(25)10-425%50%影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。护条件等许多因素有关。 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 骨料弹性模量

29、高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 高强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。 在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响响施工缝。施工缝。2 2、混凝土的徐变、混凝土的徐变 Creep 混凝土在荷载长期作用下，变形随时间不断增长的现象称混凝土在荷载长期作用下，变形随时间不断增长的现象称为徐变

30、。为徐变。t0elelshcrelelcrt随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，个月徐变增长较快，6个月个月可达最终徐变的（可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。瞬时恢复瞬时恢复弹性后效弹性后效残余应变残余应变收缩应变收缩应变徐变应变徐变应变瞬时应变瞬时应变徐变对钢筋混凝土构件的受力有重要影响，徐变会使结构（构件）的徐变对钢筋混凝土构件的受力有重要影响，徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期

31、高应力作用下，甚至会导致破坏。致破坏。徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。裂缝的出现。与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收

32、缩试件的变形，才可得的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。到徐变变形。徐变系数徐变系数 （Creep Coefficient ）cecrtttt),(),(00影响因素影响因素内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。是混凝土的组成和配比。 骨料骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小；徐变就越小； 水灰比越小，徐变也越小。水灰比越小，徐变也越小。 加载前混凝土强度愈高，徐变愈大；加载前混凝土强度愈高，徐变愈大； 构件截面应力愈大，徐变愈大；构件截面应力愈大，徐变愈大；环境影响环境影响包括养护和

33、使用条件。包括养护和使用条件。 受荷前养护受荷前养护(curing)的温湿度越高，水泥水化作用越充的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受。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。荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。2.2 2.2 钢钢 筋筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种及成分一、钢筋的品种及成分 1、钢筋的品种：普通钢筋、预应力钢筋、钢筋的品种：普通钢筋、预应力钢筋D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线图 2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝

34、普通钢筋：普通钢筋：热轧钢筋热轧钢筋 HPB300级、级、HRB335级、级、HRB400级、级、RRB400级级HPB热轧热轧光面光面钢筋钢筋HRB热轧热轧带肋带肋钢筋钢筋RRB余热处理余热处理带肋带肋钢筋钢筋屈服强度屈服强度 fyk：HPB300级：级： fyk = 300 N/mm2HRB335级：级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、级、RRB400级：级： fyk = 400 N/mm2 HPB300级级(级级)钢筋（钢筋（Plain Bar），），多作为现浇楼多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。板的受力钢筋和箍筋。 HRB335级级(级级)和和 HRB400级级(级级)钢

35、筋钢筋强度较高，强度较高，多多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用也有用级钢筋作箍筋的级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结为增强与混凝土的粘结（Bond）。 级钢筋级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，配筋，一般冷拉后作预应力筋。一般冷拉后作预应力筋。外形：外形：v光面钢筋光面钢筋 (a):HPB300 v带肋钢筋带肋钢筋 (b)(d):v (b)螺纹钢筋螺纹钢筋v (c)人字纹钢筋人字纹钢筋 v (d) 月牙形钢筋月牙形钢筋 (a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)预应力钢筋

36、预应力钢筋: :热处理钢筋热处理钢筋预应力钢筋采用热处理钢筋。通过加热、淬火和回火等调质预应力钢筋采用热处理钢筋。通过加热、淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。 预应力钢筋主要用于预应力混凝土结构中，有预应力钢筋主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力钢消除应力钢丝、钢绞线、预应力螺纹钢筋和中强度预应力钢丝丝、钢绞线、预应力螺纹钢筋和中强度预应力钢丝。 消除应力钢丝消除应力钢丝分光面钢丝、螺旋肋钢丝。光面钢丝是钢筋分光面钢丝、螺旋肋钢丝。光面钢丝是钢筋冷拔后校直，再经中温回火消除应力并经稳定化学处理的钢丝。冷拔后校直，再经中温回火消除应

37、力并经稳定化学处理的钢丝。螺旋肋钢丝是将低碳钢或低合金钢热轧成盘条经冷轧缩径后再螺旋肋钢丝是将低碳钢或低合金钢热轧成盘条经冷轧缩径后再冷轧成有肋钢丝。冷轧成有肋钢丝。 钢绞线钢绞线是用冷拔钢丝在绞线机上绞扭而成。以一根直径稍是用冷拔钢丝在绞线机上绞扭而成。以一根直径稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝则围绕其进行螺旋状绞合，再经粗的直钢丝为中心，其余钢丝则围绕其进行螺旋状绞合，再经低温回火处理而成。低温回火处理而成。 精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋是一种大直径预应力钢筋品种。外形轧成肋是一种大直径预应力钢筋品种。外形轧成肋形，横肋为螺纹状。形，横肋为螺纹状。2、钢筋的成分、钢筋的成分 钢筋的主要成分为铁，还

38、有少量的碳、锰、硅、钒、钛钢筋的主要成分为铁，还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一些有害元素如磷、硫等。钢材的强度随含碳量的增加而及一些有害元素如磷、硫等。钢材的强度随含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。少量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。v分类：分类：v 我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素钢碳素钢和普通低合金钢和普通低合金钢两大类。两大类。v 含碳量小于含碳量小于0.25%的碳素钢称为的碳素钢称为低碳钢

39、或软钢低碳钢或软钢，含碳量，含碳量为为0.6%1.4%的碳素钢称为的碳素钢称为高碳钢或硬钢高碳钢或硬钢，介于两者之间，介于两者之间为为中碳钢中碳钢。v 在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低普通低合金钢合金钢。如。如20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi等。等。3、钢筋的冷加工、钢筋的冷加工钢筋在常温下经剪切、冷弯、辊压、冷拉、冷拔等冷加工过钢筋在常温下经剪切、冷弯、辊压、冷拉、冷拔等冷加工过程，性能将发生显著改变，强度提高、塑性降低，钢材硬程，性能将发生显著改变，强度提高、塑性降低，钢材硬化，有脆性破坏危险。但经控制的

40、冷拉和冷拔后的钢筋节化，有脆性破坏危险。但经控制的冷拉和冷拔后的钢筋节约钢材。约钢材。（1）冷拉）冷拉加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服，然后卸载；力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时，其屈服强度将增大，但塑性降低；时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时间后，屈服强度增加的现象。（2）冷拔）冷拔A.加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直径还小的硬质合金拔丝模拉伸至屈服；B.力学性质：经过连续冷拔后的冷拔低碳钢丝，其屈服强度将增大(提高40%90%)，但塑性降低。d1d2Pd2d1s s 二、钢筋的应力二、钢筋的应力- -应变关系应变关系 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar

41、with yield pointa为比例极限为比例极限proportional limit s s =Es a 也称为弹性极限也称为弹性极限ade为强化段为强化段strain hardening stagebb为屈服上限为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf有明显屈服点钢筋的应力有明显屈服点钢筋的应力- -应变关系应变关系一般可采用双线性的

42、理想弹塑性关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系yyysfEss fy y1Es无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield pointa0.2%s0.2 fua点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2 =0.85 fu几个指标：几个指标：屈服强度屈服

43、强度yield strength：是钢筋强度的设计值是钢筋强度的设计值，因为钢筋屈服，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。极限强度：极限强度：钢筋在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可钢筋在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。称为破坏强度或破坏应力。 延延 伸伸 率率

44、elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。屈屈 强强 比比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。s残余变形r弹性变形e三、钢筋的强度标准值三、钢筋的强度标准值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金钢材质量控制标准，按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值是取其出厂是取其出厂时的废品限值，具有时的废品限值，具有97.73%的保证率，满足的

45、保证率，满足建筑结构设计可建筑结构设计可靠度统一标准靠度统一标准材料强度标准值保证率材料强度标准值保证率95%的要求。的要求。预应力钢筋强度标准值（N/mm2）种 类fptk消除应力钢丝螺旋肋钢丝491470157016701770刻痕钢丝5、714701570二股d=10.0d=12.01720三股d=10.8d=12.91720钢绞线七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.21860186018601860，1820，1720热处理钢筋40Si2Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)14701、 钢绞线直径 d 系指钢绞线外接圆直径2、 各种直径、钢丝

46、、钢绞线的截面积见附录钢筋强度设计值：钢筋强度设计值： 对延性较好的普通钢筋强度设计值fy=fyk/rs rs取1.1，对HRB500级钢筋取1.15 对延性较差的预应力筋强度设计值fpy= fpyk/rs rs一般不小于1.22.2 2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能四、四、 混凝土结构钢筋性能的要求混凝土结构钢筋性能的要求 保证构件具有一定的保证构件具有一定的强度储备强度储备。（1）钢筋的强度：适当的屈强比）钢筋的强度：适当的屈强比（2）足够的塑性）足够的塑性 ： 避免发生避免发生脆性脆性破坏。破坏。（4）耐久性和耐火性：）耐久性和耐火性：（3）可焊性：）可焊性： 要求钢筋具备良

47、好的要求钢筋具备良好的焊接焊接性能。性能。 （5）与混凝土具有良好的）与混凝土具有良好的粘结粘结 必要的混凝土保护层厚度以满足对构件必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限耐火极限的要求。的要求。 2.3 2.3 钢筋与混凝土之间的粘接钢筋与混凝土之间的粘接一、钢筋与混凝土的粘结作用一、钢筋与混凝土的粘结作用 钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必钢筋与混凝土的粘结力，是保证钢筋和混凝土共同工作的必要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：要条件，其在混凝土中的粘结锚固力有以下四个方面：钢筋和混凝土接触面上的粘结钢筋和混凝土接触面上的粘结化学吸附力，亦称胶结力。化学吸附力

48、，亦称胶结力。这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程这来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸中水泥晶体的生长和硬化，从而使水泥胶体与钢筋表面产生吸附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于附胶着作用。这种化学吸附力只能在钢筋和混凝土的界面处于原生状态时才存在，原生状态时才存在，旦发生滑移，它就失去作用旦发生滑移，它就失去作用 ，其值很小，其值很小，不起明显作用。不起明显作用。钢筋与混凝土之间的摩阻力。由于混凝土凝固时收缩使钢钢筋与混凝土之间的摩阻力。由于混凝土凝固时收缩使钢筋与混凝土接触面上产生正应

49、力，因此，当钢筋和混凝土产生筋与混凝土接触面上产生正应力，因此，当钢筋和混凝土产生相对滑移时相对滑移时(或有相对滑移的趋势时或有相对滑移的趋势时)，在钢筋和混凝土的界面上，在钢筋和混凝土的界面上将产生摩阻力。光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力。将产生摩阻力。光面钢筋与混凝土的粘结力主要靠摩阻力。 钢筋与混凝土的钢筋与混凝土的咬合力咬合力。对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙。对于光面钢筋，咬合力是指表面粗糙不平而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋不平而产生的咬合作用；对于带肋钢筋，咬合力是指带肋钢筋肋间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用，间嵌入混凝土而形成的机械咬合作用，这是带肋钢筋

50、与混凝土粘这是带肋钢筋与混凝土粘结力的主要来源。结力的主要来源。机械锚固力机械锚固力弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用。弯钩、弯折及附加锚固措施所提供的粘结锚固作用。raad劈裂裂缝劈裂裂缝ftft(a)挤压产生的咬合力挤压产生的咬合力(b)A-A剖面上的力剖面上的力光面钢筋与混凝土的粘结强度（光面钢筋与混凝土的粘结强度（）主要取决于胶结力和摩）主要取决于胶结力和摩擦阻力。擦阻力。变形钢筋与混凝土的粘结强度（变形钢筋与混凝土的粘结强度（）主要取决于咬合力。）主要取决于咬合力。 通过拔出试验按下式确定：通过拔出试验按下式确定：dlT图：图：1-19ldTmax二、二、 钢筋的锚固钢筋的

51、锚固 (1)钢筋的锚固钢筋的锚固 为了使钢筋和混凝土能可靠地共同工作，钢筋在混凝土中为了使钢筋和混凝土能可靠地共同工作，钢筋在混凝土中必须有可靠的锚固。必须有可靠的锚固。基本锚固长度公式：基本锚固长度公式： 普通钢筋：普通钢筋： 预应力钢筋：预应力钢筋：式中式中la 受拉钢筋的锚固长度；受拉钢筋的锚固长度； fy、fpy普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值 ft混凝土轴心抗拉强度设计值。当混凝土强度大于混凝土轴心抗拉强度设计值。当混凝土强度大于C40时，按时，按C40取用。取用。 d 钢筋的公称直径；钢筋的公称直径； 钢筋的外形系数。钢筋的外形系数。 钢筋的外形系数钢筋的外形系数受拉钢筋的锚固受拉钢筋的锚固 当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算，且不应小于拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算，且不应小于200mm200mm：混凝土规范8.3.2条 钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，其相关规定见钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，其相关规定见混凝土规范混