03钢筋混凝土材料的力学性能要点

1、第二篇钢筋混凝土结构3钢筋混凝土材料的力学性能3.1概述两者间的帖结*» 主要因素及 钢筋锚固与连接3.2混凝土3.2.1混凝土的强度三大强度：立方抗压强度/；“轴心抗压强度/；、轴 心抗拉强度A。碇立方体抗压强度呱）试块尺寸：150X150X150mn?养护时间：28天养护条件：温度20±3匸，相对湿度90%加荷速度：每秒0J-05N/mm2混凝土按立方体抗压强度的标准值（几Q的大小，分为14 等级，它们是C15、C20、C25、C30. C35、（：40、C45、C50、 C55、C60、C65. C70、C75、C80,3.2混凝土3.2.1混凝土的强度三大强度：立方

2、抗压强度几八轴心抗压强度/；、轴 心抗拉强度A。妊轴心抗压强度(A)试块尺寸：150x150 x 300mnrP养护时间：28天养护条件：温度20±3C,相对湿度90%工程中由立方体强度进行换算：棱柱强度与立方强度之比3.2混凝土3.2.1混凝土的强度三大强度：立方抗压强度几八轴心抗压强度/；、轴 心抗拉强度A。碇轴心抗拉强度(A)混凝土为脆性材料，其抗拉强度很低。国内外多采用圆柱 体或立方体的劈裂试验来间接测定。混凝土的抗拉强度远小 于抗压强度，只有抗压 强度的1/181/9沒发土劈毀试验3.2混凝土3.2.2 混凝土的变形 扁凝土的变形可分为两类：一类是由于受力而产生变形; 另一

3、类是由于收缩和温湿度变化而产生的变形。混凝土在一次短期加载时的变形性能混凝土的弹性模量边长为150mm的混凝土立方体 试块抗压强度标准值.N/mn?混凝土的剪切模量G “一般可根据抗压试验测得的弹性 模量&和泊松比按下式确定：G =C 2(”)混凝土在长期荷载作用下的变形性能在荷载的长期作用下混凝土的变形将随时间而增加，亦 即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间而增长，这种 现象称为混凝土的徐变.徐变对钢筋混凝土和预应力混凝土 结构有着有利和不利两方面的影响。在某些情况下，徐变有 利于防止结构物的裂缝形成，同时还有利于结构的内力重分 布，但徐变会使结构的变形增大，在高应力作用下，会导

4、致 构件破坏，在预应力混凝土中，徐变会引起预应力损失。其 影响因素主要有： 施加的初应力； 加荷龄期： 养护和使用条件； 混凝土组成成分和性质； 结构构件的尺寸。混凝土的收缩、膨胀和温度变形混凝土在空气中结硬时体积会收缩，在水中结硬时体 积会膨胀。收缩和膨胀是混凝土在不受力的情况下因体积 变化而产生的变形。混凝土收缩主要由干燥失水和碳化作用引起。所以养 护方法、存放及使用环境的温湿度是影响混凝土收缩的重 要因素。水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大。混凝土一般在一个月内就可完成全部收缩量的50%,3个 月后收缩缓慢2年后趋于稳定，最终收缩量为(25)xl0七混凝土的膨胀往往是有利的，故一般不予考

5、虑。混凝土的温度线膨胀系数随骨料和配合比不同而略有 不同，与钢筋的线膨胀系数相近，因此，当温度发生变化时, 在混凝土与钢筋之间只有很小的内应力，不致产生有害的 影响。3.3钢筋 3.3.1钢筋的类型混凝土用钢筋分为柔性钢筋和劲性钢筋两类。一般通称 的钢筋是指柔性钢筋，劲性钢筋是指用于混凝土中的型钢。光関別筋人字纹钢筋劲性创筋柱绑扎钢筋柱whn/innA/in/iA螺纹钢筋月牙纹钢筋3.3钢筋 3.3.2钢筋的成分、性能、品种和类别建筑工程中采用的钢材，不仅要强度高，而且要有良 好的塑性和可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性 能。我国主要采用碳素钢和普通低合金钢。碳素钢除含铁元素外，还含有少

6、量的碳、链、硅、磷、 硫等元素。含碳量越高，钢筋的强度越大，但是钢筋的塑 性和可焊性就越差。含碳量小于025%的碳素钢称为低碳钢 或软钢，含碳量为06%1()的碳素钢称为高碳钢或硬钢。在碳素钢中加入少量的合金元素，就成为普通低合金钢。 我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋和钢丝主要有：钢筋：热轧钢筋、热处理钢筋。钢丝：冷拉钢丝、消除应力钢丝、刻痕钢丝、螺旋 肋钢丝和低松弛钢丝怕、中343.3钢筋3.3.2钢筋的成分、性能、品种和类别常用热轧钢筋的分类HPB235 (Hot Rolled Plain Steel Bar)热轧光面钢筋 Q235IIRB335 (llot Rolled R

7、ibbed Steel liar )热轧带肋钢筋 20MnSiHRB41M) < Hot Rolled Ribbed Steel Bar )热轧带肋钢筋20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiRRB4(M) ( Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ) 余热处理钢筋3.3钢筋3.3.2钢筋的成分、性能、品种和类别 热轧钢筋的性能特点HPB235：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不 宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和 塑性均较好，是目前主要应用的钢筋品种之一；HRB4(Xh带肋钢筋，

8、有利于与混凝土之间的粘结，强度和 塑性均较好，是今后主要应用的钢筋品种之一；RRB400：是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温 度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降 低，余热处理后塑性有所改善。3.3钢筋33.3钢筋的强度和变形<r线弹性阶段圈3.7 有明显流無的他解的应力&变醐枚图'一屈服上限B 屈服下限（依据） 屈服台阶（流幅）4D 极限强度CO强化阶段/朋颈缩阶段E试件拉斷°3.3钢筋3.3.3钢筋的强度和变形高碳钢没有明显的屈服台阶，延伸率小，但极限强度 高。混凝土结构设计规范取极限抗拉强度弘的85%作 为它的屈服强度。9B3.8无明显潦

9、禅的钢筋的应力应变曲线图3.4钢筋和混凝土的粘结力3.4.1粘结的作用钢筋与混凝土之间的粘结是保证钢筋和混凝土这两种 力学性质不同的材料在结构构件中共同工作的基本前提之“2” 血占3.4钢筋和混凝土的粘结力3.4.1粘结的作用钢筋和混凝土的粘结作用主要由4个部分组成：(1) 化学吸附作用；即胶合力，一般很小，而且一旦钢 筋和混凝土接触面发生相对滑移时，即消失。摩擦作用：混凝土凝结后产生收缩，将钢筋紧紧握 裹，钢筋和混凝土之间产生相互挤压作用，当两者产生相 对滑移趋势时，就存在摩擦力。(3)机械咬合作用：因钢筋表面凹凸不平，混凝土与钢 筋相互咬合，当两者产生相对滑移趋势时，就存在机械咬 口 (;

10、)附加咬合作用：在钢筋端部设置弯钩、弯折，加焊 角钢或短钢筋等，都可以提供钢筋与混凝土之间在钢筋端 部的附加咬合作用，提高锚固能力。3.4钢筋和混凝土的粘结力3.4.2影响粘结力的主要因素(1) 钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土 之间的机械咬合力较好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘 结强度则较小，所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔 出力。(2) 混凝土强度尊级：混凝土强度越高，钢筋与混凝土 的粘结力也越高.(3) 浇筑混凝土时钢筋的位置：浇筑混凝土时深度过大 (超过300mm)会削弱钢筋与混凝土之间的粘结作用。(4) 保护层厚度和钢筋间距：保护层较薄时，会削弱咬 合作用和摩擦作

11、用，使粘结力降低；钢筋间距过小，将可能 出现水平劈裂裂缝，粘结能力会严重损失。横向钢筋及侧压力等：箍筋可以延缓径向裂缝的发 展；支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利 于粘结锚3.5钢筋的锚固和连接普通钢筋的抗拉强度设计值3.5.1钢筋的锚固fd- 钢筋的直套钢筋的外形系数混凝土轴心抗拉强度设计值基本锚固长度 对于普通钢筋有：受拉钢筋的锚固长度锚固长度修正系数(3)受压钢筋的锚固：不宜小于上述规定的受拉钢筋锚 固长度的07倍。且不应采用末端弯钩和一侧贴焊锚筋的措施。3.5钢筋的锚固和连接3.5.1钢筋的锚固当锚固钢筋的保护层厚度不大于引时，锚固长度范围 内应配置横向构造钢筋，其直径不

12、应小于d/4；其间距对梁、 柱、斜撑等构件不应大于叼，对板、墙等平面构件不应大 于10"；且均不应大于lOOnini o末端与短钢 筋双面贴焊末端带135。弯钩1末端与钢板穿孔塞焊采用机械锚固时，锚固长度范围内的箍筋不应小于3 个，箍筋直径不应小于O.25W,间距不应大于且不大于 100mmo其锚固形式如图：Z)= 4d3.5钢筋的锚固和连接3.5.2钢筋的连接绑扎搭接纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连 接区内的搭接钢筋面积百分比按下式计算：« 3.1受拉厲範猶揍长度修正熹致缄向倂筋搭後確头C2S<50<1001.21.41.63.5钢筋的锚固和

13、连接 3.5.2钢筋的连接机械连接或焊接纵向受力钢筋机械连接接头宜相互错开。钢筋机械连 接接头连接区段的长度为35J （d为纵向受力钢筋的较大直 径）。在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接 区段内纵向受拉钢筋机械连接接头面积百分率不宜大于 50%,纵向受压钢筋可不受限制；在直接承受动力荷载的 结构构件中不应大于50% 练习题（选择题）1. 确定混凝土强度等级的依据是混凝土立方体抗压强 度，其标准试件的尺寸是（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. 混凝土立方体抗压强度标准值是由混凝土立方体试 块测得的具有一定保证率的统计值，该保证率为（B ） °A. 85%B. 90%C. 95%卩5797.73%3 作为混凝土强度等级依据是（B ）。柱体抗压强度标准值P56B. 立方体抗压强度标准值C. 棱柱体抗压强度标准值D. 立方体抗压强度设计值4 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数（B ）。 A相差悬殊B相近P61C. 呈线性关系D. 成反比5混凝土的水灰比越大，水泥用量越多，则混凝土的 徐变及收缩值将（A） °A.增大P60减小C. 基本不变D. 难以确定6热轧钢筋的级别是（B）。A HPB235、HPB335、HPB400BHPB235、 HRB335、 HRB400. RRB400 P62C. HRB235、HPB335、HPB400HRB235、HPB335、HPB400、RHB4007衡量钢筋变形性能（塑性性能）的指标是（D）。 A屈服强度和冷弯性能B屈服强度和伸长率C屈服强度