第3.1章建筑结构材料

1、architectural construction 一、钢筋的品种一、钢筋的品种 按成分划分：低碳钢、中碳钢、高碳钢按成分划分：低碳钢、中碳钢、高碳钢 按外形划分：光圆钢筋、带肋钢筋按外形划分：光圆钢筋、带肋钢筋 按直径尺寸、根数分：钢丝、钢筋、钢铰线、钢辊、钢丝绳按直径尺寸、根数分：钢丝、钢筋、钢铰线、钢辊、钢丝绳 按生产工艺分：热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋按生产工艺分：热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋 按力学性能是否有明显屈服点分：软钢、硬钢按力学性能是否有明显屈服点分：软钢、硬钢第一节第一节 混凝土结构材料混凝土结构材料一、钢筋一、钢筋 Steel Reinforcement一、钢

2、筋的品种 热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝和钢绞线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第一章 钢筋和混凝土的材料性能1 1、热轧钢筋、热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235HPB235级级级级、HRB335HRB335级级级级、HRB400HRB400级、级、RRB400RRB400级级级级、HRB500HRB500级级级级根数符号+直径：用于标注梁中、柱中纵筋用于标注梁中、柱中纵筋用于标注梁、柱中箍筋和板中钢筋用于标注梁、柱中箍筋和板中钢筋第一章 钢筋和混凝土的材料性能级级(HPB235

3、级)钢筋钢筋 多为光面钢筋（Plain Bar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。级级(HRB335级)和 级级(HRB400级)钢筋钢筋 外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋；尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond）。）。级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。思考与讨论：钢筋强度高带来什么问题？其他种类钢筋其他种类钢筋钢丝钢丝 钢丝的直径钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径另有二股

4、、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。 中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的为 1470 1860MPa； 延伸率d10=6%，d100=3.54%； 中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能 第一节第一节 建筑结构材料建筑结构材料钢材的化学成分钢材的化学成分 按碳的含量，小于按碳的含量，小于0.25% 0.25% 的为低碳钢，的为低碳钢，大于大于0.25% 0.25% 而小于而小于0.6% 0.6% 的为中碳钢，的为中碳钢，大于大于0.6% 0.6% 的为高碳钢。的为高碳钢。 锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们

5、可提高强度，又不锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不会过多降低塑性和冲击韧性。会过多降低塑性和冲击韧性。 钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好的塑性、韧性。的塑性、韧性。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铬和镍是提高钢材强度的合金元素。铬和镍是提高钢材强度的合金元素。 硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的塑性、韧性、

6、可焊性和疲劳强度。塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。 建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能有明显屈服点的钢材：有明显屈服点的钢材：低碳钢和低合金钢低碳钢和低合金钢由于到达由于到达 y y后构件产生后构件产生较大变形，故把它取为计较大变形，故把它取为计算构件的强度标准；到达算构件的强度标准；到达 u u时构件开始断裂破坏，时构件开始断裂破坏，故以故以 u u作为材料的强度储作为材料的强度储备。备。 yu建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能无明显屈服点的钢材：无明显屈服点的钢材： 高强钢材（如热处理钢材）高强钢材（如热处理钢材） 对于无明显屈服点的钢材，对于无明显屈服点的钢材，以残余变形为以残余变形为

7、0.2%0.2%时的应力时的应力作为名义屈服点，其值约为作为名义屈服点，其值约为极限强度的极限强度的85%85% yu建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能塑性性能塑性性能 冷弯性能冷弯性能 断裂前试件的永久变形与原标定长断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。钢材塑性的重要指标。 冷弯性能由冷弯试验来确定，试验冷弯性能由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成用冲头加压，使试件弯成180180，如试件外表面不出现裂纹和分层，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。

8、即为合格。 冷弯试验冷弯试验伸长率测试仪伸长率测试仪 冲击韧性冲击韧性 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和塑性的韧性是钢材强度和塑性的综合指标综合指标。 冲击韧性随温度的降低而下降冲击韧性随温度的降低而下降。其规。其规律是开始下降缓慢，当达到一定温度律是开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的种性质称为钢材的冷脆性冷脆性。 冲击韧性试验机冲击韧性试验机钢筋的强度标准值和强度设计值钢筋的强度标准值和强度设计值 强度标准值除以材料分项系数即为材料强度设计值强度标准值除以材料分项系数即为材料

9、强度设计值 钢筋的材料分项系数钢筋的材料分项系数s热轧钢筋热轧钢筋1.101.10，预应力钢筋，预应力钢筋1.201.20。 二、二、 混凝土混凝土 是按一定比例的水泥、是按一定比例的水泥、砂、石和水，经砂、石和水，经拌合拌合、浇筑浇筑、振捣振捣、养护养护、逐步凝固硬化形成的逐步凝固硬化形成的人造石材。人造石材。商品混凝土运输和浇筑设备商品混凝土运输和浇筑设备三大强度：立方抗压强度fcu轴心抗压强度 fc轴心抗拉强度ft （一）、（一）、 混凝土的强度混凝土的强度 1 1、砼、砼立方体抗压立方体抗压强度（强度（f fcucu） 试块尺寸：试块尺寸：150150150150150mm150mm3

10、 3养护时间：养护时间：2828天天养护条件：温度养护条件：温度202033，相对湿度，相对湿度90%90%加荷速度：每秒加荷速度：每秒0.30.8N/mm0.30.8N/mm2 2 混凝土按立方体抗压强度的标准值（fcu,k）的大小，分为14等级，它们是C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效应，工程中常采用这种方法。应，工程中常采用这种方法。（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力小，测得的抗压强度小，工程中一般不采

11、小，测得的抗压强度小，工程中一般不采用。用。立方体混凝土试块立方体混凝土试块 2 2、砼轴心抗压强度（、砼轴心抗压强度（fcfc）试块尺寸：）试块尺寸：150150150150300mm300mm3 3养护时间：养护时间：2828天天养护条件：温度养护条件：温度202033，相对湿度，相对湿度90%90%kcu,21kc,88. 0ff棱柱强度与立方强度之比棱柱强度与立方强度之比 考虑考虑C40以上混凝土以上混凝土脆性的折减系数脆性的折减系数 3 3、砼、砼轴心抗拉轴心抗拉强度（强度（f ft t）混凝土为脆性材料，内部存在许多细小混凝土为脆性材料，内部存在许多细小孔隙，因此其抗拉强度很低。孔

12、隙，因此其抗拉强度很低。试验方法：试验方法：国内外多采用国内外多采用圆柱体或立方圆柱体或立方体的劈裂试验体的劈裂试验来间接测定。来间接测定。混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有只有抗压强度抗压强度的的1/101/101/181/18 （二）、混凝土的变形 1.混凝土的徐变混凝土在持续荷载作用下，除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外，还会产生随时间增长的变形，称为徐变。 徐变对结构物的影响有利影响：可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力重新分配，从而使混凝土构件中局部应力得到缓和。 对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。 不利影响：使钢筋的预加应力受

13、到损失（预应力减小），使构件强度减小。 影响徐变因素混凝土的徐变是由于在长期荷载作用下，水泥石中的凝胶体产生粘性流动，向毛细孔内迁移所致。影响混凝土徐变的因素有水灰比、水泥用量、骨料种类、应力等。 砼内毛细孔数量越多，徐变越大 ；加荷龄期越长，徐变越小；水泥用量和水灰比越小，徐变越小；所用骨料弹性模量越大，徐变越小；所受应力越大，徐变越大。 2.混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时体积会缩小，而在水中结硬时体积会增大。前者称为收缩，后者称为膨胀。 混凝土收缩的影响因素 水泥用量越多，水灰比愈大，收缩越大； 强度等级越高的水泥制成的混凝土收缩越大； 集料的弹性模量越大收缩越小； 在结硬过程中，周围温

14、度、湿度大，收缩小； 混凝土越密实，收缩越小； 使用环境温度、湿度大，收缩小 （三）（三） 混凝土的选用混凝土的选用混凝土规范混凝土规范规定，素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于规定，素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15C15；钢筋的混凝土强度等级不应低于钢筋的混凝土强度等级不应低于C20C20；采用强度等级为采用强度等级为400MPa400MPa及以上的钢筋时，强度等级不应低于及以上的钢筋时，强度等级不应低于C25;C25;预应力混凝土强度等级不宜低于预应力混凝土强度等级不宜低于C40C40，且不应低于，且不应低于C30.C30.承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于承受

15、重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30.C30.（四）（四） 混凝土的设计参数混凝土的设计参数1 1、强度标准值和设计值、强度标准值和设计值2 2、弹性模量、弹性模量结构的结构的使用环境使用环境是影响混凝土结构是影响混凝土结构耐久性耐久性的的最重要的因素。使用环境类别按下表划分。最重要的因素。使用环境类别按下表划分。 注：严寒地区指最冷月平均温度-10，日平均温度不高于5的天数145d的地区；寒冷地区指最冷月平均温度-100，日平均温度不高于5的天数为90145d的地区。（五）结构耐久性对混凝土质量的要求（五）结构耐久性对混凝土质量的要求小组协作思考题小组协作思考题: : 第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料采用喷射合成纤维混凝土加固技术采用喷射合成纤维混凝土加固技术2.1 2.1 混凝土结构用热轧钢筋分为哪几混凝土结构用热轧钢筋分为哪几级？主要用途是什么？级？主要用途是什么？2.2 2.2 混凝土的立方抗压强度是如何确混凝土的立方抗压强度是如何确定的？定的？ 2.