第1章混凝土结构用材料的力学性能

1、混凝土结构用钢筋的种类混凝土结构用钢筋的种类按按化化学学成成分分分分碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢（含碳量（含碳量0.25%0.25%）中碳钢中碳钢（含碳量（含碳量0.250.250.6%0.6%）高碳钢高碳钢（含碳量（含碳量0.6%0.6%）普通低合金钢普通低合金钢含碳量越高，含碳量越高， 强度越高，强度越高， 但塑性和但塑性和 可焊性下降可焊性下降方法方法：在碳素钢基础上，加入微量合金元：在碳素钢基础上，加入微量合金元 素，如硅、锰、钒、钛、铌等，素，如硅、锰、钒、钛、铌等，目的目的：提高钢材强度，改善钢材塑性性能。：提高钢材强度，改善钢材塑性性能。 1.11.1钢筋钢筋1.1 1.1 钢钢 筋

2、筋1.1 1.1 钢钢 筋筋混凝土结构用钢筋的种类混凝土结构用钢筋的种类按生按生产加产加工工工工艺、艺、力学力学性能性能热轧钢筋热轧钢筋热处理钢筋：热处理钢筋：热轧钢筋经淬火、回火处理热轧钢筋经淬火、回火处理 注意：强度越高，塑性、可焊性下降明显注意：强度越高，塑性、可焊性下降明显钢丝、钢绞线：钢丝、钢绞线：高碳钢筋经多次冷拔而成高碳钢筋经多次冷拔而成HPB235HPB235：光圆钢筋：光圆钢筋 HRB335HRB335：变形筋：变形筋 （月牙纹）（月牙纹） HRB400HRB400、RRB400RRB400：变形筋：变形筋 ( (螺纹、人字纹和月牙纹）螺纹、人字纹和月牙纹）月牙纹月牙纹1 1

3、、钢筋、钢筋S SS S曲线曲线 S0SS0Sfyyfub0.20.2%1.1 1.1 钢钢 筋筋特点：强度较低、特点：强度较低、 塑性变形大塑性变形大特点：强度较高、特点：强度较高、 塑性变形小塑性变形小钢筋的主要力学性能钢筋的主要力学性能通过拉伸试验结果绘制通过拉伸试验结果绘制钢钢筋筋强强度度有明显屈有明显屈服点钢筋服点钢筋无明显屈无明显屈服点钢筋服点钢筋钢筋屈服后，会产生较大塑性钢筋屈服后，会产生较大塑性变形，导致构件裂缝和变形过变形，导致构件裂缝和变形过大，超出正常使用允许值大，超出正常使用允许值。原因原因2、钢筋的力学性能指标、钢筋的力学性能指标强度取值强度取值取屈服强度取屈服强度f

4、y计算指标计算指标取条件屈服强度取条件屈服强度0.2为为计算指标计算指标，0.2=0.85b避免计算强度接近极限强度，避免计算强度接近极限强度，防止钢筋构件突然破坏。防止钢筋构件突然破坏。强度取值强度取值原因原因1.1 1.1 钢钢 筋筋1.1 1.1 钢钢 筋筋钢钢筋筋塑塑性性性性能能指指标标 伸长率伸长率（5、10）冷弯性能冷弯性能伸长率大伸长率大则钢筋塑性好则钢筋塑性好拉断拉断前有明显预兆，属于前有明显预兆，属于延性破坏；延性破坏； 否则，属脆性破坏。否则，属脆性破坏。2、钢筋的力学性能指标、钢筋的力学性能指标通常，通常，D愈小，愈小，愈大，则弯曲性能愈好。愈大，则弯曲性能愈好。 目的：

5、常温下钢筋承受弯曲的能力。目的：常温下钢筋承受弯曲的能力。测定：冷弯试验测定：冷弯试验绕规定直径绕规定直径D D的的 辊轴弯曲辊轴弯曲角度，不裂纹、角度，不裂纹、 鳞落和断裂现象，性能符合。鳞落和断裂现象，性能符合。1.1 1.1 钢钢 筋筋钢钢筋筋的的冷冷加加工工冷拉冷拉冷轧冷轧2、钢筋的力学性能指标、钢筋的力学性能指标冷拔冷拔方法方法 常温下将热轧钢筋拉到超过常温下将热轧钢筋拉到超过屈服强度进入强化阶段的某一屈服强度进入强化阶段的某一应力值，然后卸荷至零。应力值，然后卸荷至零。目的目的 利用利用“冷拉时效冷拉时效”，使钢筋，使钢筋强度强度提高。提高。结果结果 钢筋强度钢筋强度提高，但塑性有

6、所提高，但塑性有所下降。下降。1.1 1.1 钢钢 筋筋1.1 1.1 钢钢 筋筋钢钢筋筋的的冷冷加加工工冷拉冷拉冷轧冷轧2、钢筋的力学性能指标、钢筋的力学性能指标冷拔冷拔方法方法 将热轧钢筋用强力拔过比将热轧钢筋用强力拔过比其直径还小的硬质合金拔丝其直径还小的硬质合金拔丝模，钢筋形成较细的钢丝。模，钢筋形成较细的钢丝。目的目的 通过纵、横向挤压钢筋，改通过纵、横向挤压钢筋，改变钢筋内部金属晶粒结构，提变钢筋内部金属晶粒结构，提高钢筋强度。高钢筋强度。结果结果 钢筋强度钢筋强度提高提高较多，塑性大较多，塑性大幅度下降（变脆）。幅度下降（变脆）。钢钢筋筋的的冷冷加加工工冷拉冷拉冷轧冷轧2、钢筋的

7、力学性能指标、钢筋的力学性能指标冷拔冷拔方法方法 常温下将热轧钢筋表面轧制常温下将热轧钢筋表面轧制成不同的形状。成不同的形状。目的目的 使使钢筋内部晶粒组织密实，钢筋内部晶粒组织密实，提高钢筋强度；提高钢筋强度； 提高砼与钢筋间的粘结力。提高砼与钢筋间的粘结力。结果结果 钢筋塑性性能下降。钢筋塑性性能下降。类型类型冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋1.1 1.1 钢钢 筋筋与混凝土之间具有良好的粘结。与混凝土之间具有良好的粘结。1.1 1.1 钢钢 筋筋3、混凝土结构对钢筋性能的要求、混凝土结构对钢筋性能的要求一一般般要要求求有较高的强度和适宜的屈强比。有较高的强度和适宜的屈强比

8、。有较好的塑性。有较好的塑性。具有较好的焊接性能。具有较好的焊接性能。3、混凝土结构对钢筋性能的要求、混凝土结构对钢筋性能的要求抗抗震震要要求求 钢筋抗拉强度实测值钢筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值与屈服强度实测值的比值（强屈比）应（强屈比）应 1.25； 抗震等级为一、抗震等级为一、二级的框架结构二级的框架结构普通钢筋普通钢筋1.1 1.1 钢钢 筋筋 钢筋屈服强度实测值与钢筋屈服强度实测值与强度标准值的比值应强度标准值的比值应1.3。宜优先采用延性、韧性宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋和可焊性较好的钢筋。 普通钢筋：普通钢筋： 宜采宜采HRB400HRB400级和级和HRB33

9、5HRB335级钢筋，也可采用级钢筋，也可采用HPB235HPB235级和级和RRB400RRB400级钢筋；级钢筋；预应力钢筋：预应力钢筋： 宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。理钢筋。 1.1 1.1 钢钢 筋筋规范规范规定：规定：1.2 混凝土 测定测定取值取值应用应用强度等级强度等级环箍效应环箍效应具有具有95%95%保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。C15C15C80 C80 划分为划分为1414个等级个等级非标准试件换算非标准试件换算砼强度基本指标，划分砼强度等级。砼强度基本指标，划分砼强度等级。试件试件边长边长150mm立方体立方

10、体养护条件养护条件温度温度203，湿度，湿度90%龄期龄期28天天 标准试验方法标准试验方法加载速度加载速度0.150.3N/mm2/s100mm0.95 200mm1.05 立立 方方 体体 抗抗 压压 强强 度度 fcu,k1.2 混凝土混凝土混凝土的强度混凝土的强度1.2 混凝土 混凝土的强度混凝土的强度测定测定取值取值应用应用边长边长150150300mm棱柱体试件棱柱体试件轴轴心心抗抗压压强强度度 fc,kfc,k0.88c1c2 fcu,k 折算折算c1棱柱体与立方体强度之比值棱柱体与立方体强度之比值 C50 c10.76，C80 c10.82，中间线性内插；，中间线性内插；c2C

11、40砼脆性折减系数砼脆性折减系数 C40c21.0； C80c20.87，中间线性变化。，中间线性变化。 。1.2 混凝土 混凝土的强度混凝土的强度测定测定取值取值应用应用轴向拉伸试验、或劈裂试验轴向拉伸试验、或劈裂试验轴轴心心抗抗拉拉强强度度 ft,k折算折算245. 055. 0.)645. 11 (395. 088. 0ckcuktff砼强度变异系数砼强度变异系数1.2 混凝土 混凝土的强度混凝土的强度特点特点原因原因应用应用复复合合应应力力状状态态下下砼砼强强度度1.2 混凝土 混凝土的强度混凝土的强度规范规范抗震抗震规范规范砼砼强强度度等等级级的的选选用用砼结构砼结构预应力砼结构预应

12、力砼结构砼应砼应C15C15；当采用；当采用HRB335HRB335级钢筋级钢筋时，宜时，宜C20C20；当采用；当采用HRB400HRB400和和RRB400RRB400级钢筋以及承受重复荷载级钢筋以及承受重复荷载的构件，的构件，不得不得低于低于C20C20。砼应砼应C30C30；当采用钢绞线、；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，宜钢筋时，宜C40C40。 框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核芯区，应框架梁、柱、节点核芯区，应C30C30； 其他各类构件应其他各类构件应C20C20； 设防烈度为设防烈度为9 9

13、度时，宜度时，宜C60C60； 设防烈度为设防烈度为8 8度时，宜度时，宜C70C70。1、混凝土在一次短期加载时的变形性能、混凝土在一次短期加载时的变形性能砼应力砼应力c-应变应变c关系关系砼棱柱体试件受压砼棱柱体试件受压1.2 混凝土 混凝土的变形混凝土的变形0 0.002 0.0033 c c fc0.8fc0.3fc1.2 混凝土 应应力力应应变变曲曲线线上升段上升段下降段下降段c0.3fc时时0.3fcc0.8fc处弹性阶段，处弹性阶段，出现塑性变形，出现塑性变形，线，砼内出现微裂缝线，砼内出现微裂缝0.8fccfc塑性变形显著，峰值应力达塑性变形显著，峰值应力达fc，相应压应变相应

14、压应变00.002。砼内裂缝急剧发展，试件将坏。砼内裂缝急剧发展，试件将坏。c逐渐降低，应变继续增大，逐渐降低，应变继续增大，出现拐点，极限压应变出现拐点，极限压应变cu0.0033。cu值越大，砼塑性变形能力越强，值越大，砼塑性变形能力越强，即材料的延性、抗震性能越好。即材料的延性、抗震性能越好。疲劳强度疲劳强度：fcf0.74fc，与荷载重复作用次数、，与荷载重复作用次数、 应力变化幅度及砼强度等级有关。应力变化幅度及砼强度等级有关。2、混凝土在重复荷载作用下的变形性能、混凝土在重复荷载作用下的变形性能特点：特点：使用期内承受使用期内承受2105次以上重复荷载作次以上重复荷载作 用下（如吊

15、车梁用下（如吊车梁)，砼会产生，砼会产生疲劳破坏疲劳破坏。影响因素：影响因素：取决于加载时应力取决于加载时应力 0.5fc时：不会产生疲劳破坏；时：不会产生疲劳破坏； 0.5fc时时：将产生疲劳破坏。：将产生疲劳破坏。1.2 混凝土 徐徐变变变变形形定义定义危害危害产生原因产生原因发展规律发展规律先快后慢先快后慢六个月六个月7080%，一年完成约一年完成约90%，其余其余25年完成。年完成。3、砼在长期荷载作用下的变形性能、砼在长期荷载作用下的变形性能徐变徐变1.2 混凝土 徐徐变变变变形形定义定义危害危害产生原因产生原因发展规律发展规律影响因素影响因素应力条件应力条件内在因素内在因素环境因素

16、环境因素初始加荷应力大初始加荷应力大徐变大；徐变大；加载时龄期越短加载时龄期越短徐变越大徐变越大骨料坚硬骨料坚硬徐变小；徐变小；水灰比大、水泥用量多水灰比大、水泥用量多 徐变越大。徐变越大。受荷前养护温度高、湿度大受荷前养护温度高、湿度大 徐变小。徐变小。收收缩缩变变形形定义定义危害危害产生原因产生原因发展规律发展规律4、混凝土的收缩变形、混凝土的收缩变形先快后慢先快后慢一个月约一个月约50%，3月后缓慢，月后缓慢，2年后趋于稳定。年后趋于稳定。1.2 混凝土 1.2 混凝土 收收缩缩变变形形定义定义危害危害产生原因产生原因环境湿度大环境湿度大收缩量小收缩量小采用蒸汽养护采用蒸汽养护收缩小收缩

17、小发展规律发展规律影响因素影响因素环境因素环境因素水灰比大、水泥用量多、水灰比大、水泥用量多、强度高强度高 收缩越大。收缩越大。内在因素内在因素骨料粒径大、级配好、骨料粒径大、级配好、弹性模量高弹性模量高收缩小收缩小砼越密实砼越密实收缩越小收缩越小1.2 混凝土 减减小小收收缩缩变变形形措措施施减小水泥用量和水灰比；减小水泥用量和水灰比；选择粒径大、级配好的骨料；选择粒径大、级配好的骨料；提高砼密实度、加强砼早期养护；提高砼密实度、加强砼早期养护；设置施工缝、设置构造钢筋、设置施工缝、设置构造钢筋、 设置砼后浇带等。设置砼后浇带等。收缩变形与徐变变形的异同？收缩变形与徐变变形的异同？问问题题减

18、小徐变变形措施？减小徐变变形措施？1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 1.3钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结钢筋与砼共同工作的原因钢筋与砼共同工作的原因线膨胀系数接近线膨胀系数接近 变形一致变形一致 钢钢 筋筋： 1.210-5/ 混凝土：混凝土：（1.01.5）10-5/二者间较好的粘结力二者间较好的粘结力 二者变形协调、共同受力二者变形协调、共同受力最主要原因最主要原因 混凝土包裹钢筋混凝土包裹钢筋 防锈、保护钢筋、防火、耐久防锈、保护钢筋、防火、耐久 作用作用粘粘结结力力 组成组成1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 钢筋与砼共同工作的原因钢筋与砼共

19、同工作的原因握裹力（摩擦力）握裹力（摩擦力）砼收缩引起砼收缩引起胶结力：水泥凝胶体具有粘结作用胶结力：水泥凝胶体具有粘结作用机械咬合力：变形筋表面凹凸不平机械咬合力：变形筋表面凹凸不平传递钢筋与砼间的应力传递钢筋与砼间的应力粘结强度粘结强度测定测定粘结应力分布：非均匀分布粘结应力分布：非均匀分布dluT/2T/2T可可能能情情况况拔出：粘结不足拔出：粘结不足拔出同时拔断拔出同时拔断拔断拔断1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 定义定义表示表示钢筋与砼粘结面所能承受的平均剪应力最大值钢筋与砼粘结面所能承受的平均剪应力最大值u拔出试验拔出试验砼强度砼强度钢筋钢筋保护层厚度及钢筋净距

20、保护层厚度及钢筋净距横向钢筋的设置横向钢筋的设置表面形状表面形状直径直径砼强度等级越高，砼强度等级越高，u越大；越大；砼保护层薄砼保护层薄、钢筋净距小钢筋净距小粘结力降低粘结力降低钢筋表面纵向劈裂裂缝钢筋表面纵向劈裂裂缝粘结力破坏。粘结力破坏。横向钢筋（箍筋）横向钢筋（箍筋）延缓径向劈裂缝发展、延缓径向劈裂缝发展、限制劈裂缝宽度限制劈裂缝宽度提高粘结强度。提高粘结强度。主主要要影影响响因因素素1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 变形变形筋筋u高于光圆筋；高于光圆筋；细直径钢筋有利细直径钢筋有利粘结面大粘结面大锚锚固固长长度度目的目的措施措施取值依据取值依据基本锚固长度基本锚固

21、长度ladfflatydfflaty保证钢筋受力后有可靠粘结，不产生相对滑移保证钢筋受力后有可靠粘结，不产生相对滑移纵筋须伸过其受力截面并在砼中有足够纵筋须伸过其受力截面并在砼中有足够埋入长度。埋入长度。受拉钢筋的最小锚固长度受拉钢筋的最小锚固长度以以s s达到达到f fy y时，不发生粘结锚固破坏时，不发生粘结锚固破坏时的最小埋入长度。时的最小埋入长度。保证粘结强度的构造措施保证粘结强度的构造措施1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数钢筋钢筋类型类型光面光面钢筋钢筋带肋带肋钢筋钢筋刻痕刻痕钢丝钢丝螺旋肋螺旋肋钢丝钢丝三股三股钢绞线钢绞线七股

22、七股钢绞线钢绞线 0.160.160.140.140.190.190.130.130.160.160.170.171.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 la影影响响因因素素钢筋钢筋砼强度等级砼强度等级ft：当砼：当砼C40时，按时，按C40取取用。用。钢筋强度钢筋强度fy钢筋钢筋直径直径d钢筋钢筋外形外形（外形系数外形系数）dfflatydfflaty1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 计算基本锚固长度计算基本锚固长度la的修正：的修正：带肋钢筋带肋钢筋d d25mm25mm时时 修正系数修正系数1.11.1；锚固区砼保护层厚度锚固区砼保护层厚度3 3d d且

23、配有箍筋时且配有箍筋时 修正系数修正系数0.80.8；环氧树脂涂层的带肋钢筋环氧树脂涂层的带肋钢筋 修正系数修正系数1.251.25；钢筋在砼施工中易受扰动（如滑模施工）时钢筋在砼施工中易受扰动（如滑模施工）时修正系数修正系数1.11.1修正后受拉锚固长度修正后受拉锚固长度：应应 0.7倍计算值，且倍计算值，且 250mm。注注意意计算充分利用纵筋抗压强度时：计算充分利用纵筋抗压强度时： 0.7la，且，且 200mm。 当带肋受拉纵筋末端采用机械锚固措施（含附加锚固端头当带肋受拉纵筋末端采用机械锚固措施（含附加锚固端头在内的锚固长度）时在内的锚固长度）时修正系数修正系数0.7 0.7 。 钢

24、筋机械锚固的形式及构造要求钢筋机械锚固的形式及构造要求(a)(a)末端带末端带135135弯钩；弯钩；(b)(b)末端与钢板穿孔塞焊；末端与钢板穿孔塞焊；(c)(c)末端与短钢筋双面贴焊末端与短钢筋双面贴焊 1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 25251.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 应根据实际情况对计算锚固长度进行修正；应根据实际情况对计算锚固长度进行修正；应注意选择正确的钢筋连接方式；应注意选择正确的钢筋连接方式；应注意钢筋接头百分率的要求及各连接方式应注意钢筋接头百分率的要求及各连接方式 关于同一连接区段的规定。关于同一连接区段的规定。1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 工程中应注意的问题工程中应注意的问题:绑扎搭接连接绑扎搭接连接机械连接（机械连接（锥螺纹套筒、钢套筒挤压连接锥螺纹套筒、钢套筒挤压连接）焊接连接焊接连接机械连接机械连接焊接连接焊接连接搭接连接搭接连接1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 钢钢筋筋连连接接螺纹连接螺纹连接螺纹套筒螺纹套筒螺纹加工螺纹加工1.3 1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 螺纹接头螺纹接头螺螺纹纹连连接接套筒连接套筒连接套筒接头套筒接头套筒挤压连接套筒