第二章+钢筋与混凝土材料的力学性能

第一章钢筋和混凝土材料的力学性能第一节混凝土的力学性能

一、混凝土的强度（一）混凝土立方体抗压强度

概念：混凝土的立方体抗压强度标准值是指，在标准状况下制作养护边长为150mm立方体试块，用标准方法测得的28d龄期时，具有95%保证概率的强度值，单位是N/mm2。

强度等级的划分：我国现行《规范》规定混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等级。

结构中对混凝土轻度等级的要求：《规范》规定，素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。.预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于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C30。

（二）混凝土轴心抗压强度

按标准方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱体试件，在温度为20土3℃和相对湿度为90％以上的条件下养护28d，用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。

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，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为：

（三）混凝土的抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，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劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。

二、混凝土的变形混凝土的变形分为受力变形和体积变形两类，其中受力变形包括以下三种，即试验室一次短期加荷时的变形，长期不变的荷载作用下的变形和重复荷载作用下的变形。体积变形包括混凝土的收缩和随温度变化发生的热胀冷缩。（一）混凝土在一次短期加荷时的变形性能1.第一阶段（OA段）弹性阶段：应力和应变成正比关系，混凝土呈现较为理想的弹性性质。

2.第二阶段（AB段）弹塑性阶段：混凝土内部的微裂缝虽有所发展，但增加的数量不多、宽度增加和长度的延长并不明显。

3.第三阶段（BC段）塑性阶段：混凝土内部微裂缝迅速增加和开展，应变增长速度进一步加快，直至达到混凝土试件的最大承载力。4.第四阶段（CD段）破坏阶段：达到最高应力后，变形增加的同时试件的承载能力开始下降，这个过程应力的下降通常是先快后慢。

（二）混凝土在长期不变荷载作用下的变形（徐变）概念：件在长期不变的荷载作用下应变随时间增长具有不断增长的特性，混凝土这种受力变形称为徐变。

徐变对结构的影响：徐变对混凝土结构构件的变形和承载能力会产生明显的影响，在预应力混凝土构件中会造成预应力损失，这些影响对结构构件的受力和变形是有危害的。影响徐变的因素：混凝土内在的材性方面的影响：1.水泥用量越多，徐变就越大；2.水灰比越高，徐变就会越大；3.骨料级配越好，徐变越小；4.骨料的弹性模量越高，徐变越小；混凝土养护和工作环境条件的影响：1.养护条件好，徐变就小；2.构件的体积和面积的比小的构件，徐变就大；3.混凝土加荷龄期越长，徐变就越小。4.构件截面受到长期不变应力作用时的压应力越大，徐变越大。

（三）混凝土的体积变形混凝土的收缩和温度变形和外力是否作用无关，是体积变形。这两种变形如果控制不当，也会对结构构件的受力和变形产生较大影响。1、混凝土的收缩概念：混凝土在空气中凝结硬化的过程中，体积会随时间的推移不断缩小，这种现象称为混凝土的收缩。影响收缩的因素：水灰比越大，收缩越大；养护和使用环境的湿度大，收缩就小；体表比大，收缩就大；水泥用量多、强度高时收缩大；骨料级配越好，密度就越大。

三、混凝土的弹性模量和变形模量弹性模量变形模量切线模量第二节钢筋的种类及其力学性能

一、建筑钢筋的种类及选用（一）钢筋的种类调整增加了强度为500MPa级的热轧带肋钢筋；推广400MPa、500MPa级热轧带肋高强度钢筋作为纵向受力的主导钢筋，限制并逐步淘汰335MPa级热轧带肋钢筋的应用；用300MPa级光圆钢筋取代235级光圆钢筋。引入用控温轧制工艺生产的HRBF系列细晶粒带肋钢筋。

RRB系列余热处理钢筋由轧制钢筋经高温淬水，余热处理后提高强度。增加预应力钢筋的品种：增补高强、大直径的钢绞线；引入大直径预应力螺纹钢筋（精轧螺纹钢筋）；列入中强度预应力钢丝以补充中等强度预应力钢筋的空缺，用于中小跨度的构件；淘汰锚固性能很差的刻痕钢丝。高强度钢筋当用于约束混凝土的间接钢筋（如连续螺旋配箍或封闭焊接箍）时其强度可以得到充分发挥，采用500MPa级热轧带肋高强度钢筋具有一定的经济效益。箍筋用于抗剪、抗扭及抗冲切设计时，其抗拉强度设计值不宜采用强度高于400MPa级热轧带肋高强度钢筋。

（二）钢筋的型式HPB300级钢筋外形轧制成光面，俗称光圆钢筋或圆钢筋，用符号A表示。HRB335级钢筋用符号B表示，HRBF335级钢筋用符号BF表示；HRB400级钢筋，用符号C表示；HRBF400级钢筋，用符号表示，RRB400级钢筋用符号CR表示，轧制成螺纹钢；HRB500级钢筋，用符号D表示；HRBF500级钢筋，用符号DF表示，轧制成月牙纹、人字纹或螺纹钢筋。

二、钢筋的力学性能（一）钢筋的应力—应变曲线有明显屈服点的钢筋ob：弹性阶段bc:屈服阶段cd：颈缩阶段de：强化阶段

fy：屈服强度，作为钢筋的强度设计值fu：极限抗拉强度有明显屈服点的钢筋强度设计指标——条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取σ0.2=0.85fu

（二）钢筋的冷弯性能结构用钢材不仅要有较高的强度、塑性，同时，还要具有足够的冷弯性能。冷弯性能的大小反映钢材内在质量的好坏，也能反映钢材的塑性和加工性能。

（三）钢筋的强度1、标准强度取值为了保证钢材质量，我国《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068（以下简称为《标准》）规定，钢筋强度标准值取被其统计平均值偏低的具有不小于95%保证概率的值。2、设计强度取值普通钢筋强度设计值见表2—8，预应力钢筋强度设计值见表2—9。

《混凝土结构设计规范》GB50010—2010中指出，构件中的钢筋可以采用并筋的配置形式。直径28mm及以下的钢筋并筋数量不宜应超过3根；直径32mm的钢筋并筋数量宜为2根钢筋直径36mm以上的钢筋不宜采用并筋。并筋应按单根等效计算，等效钢筋的等效直径应按截面积相等的原则换算确定。并筋的配筋形式及其他要求，详见第四章第一节的规定。

三、钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量是取其应力—应变曲线的比例极限之前曲线的斜率值。它主要用于构件变形和预应力混凝土结构截面应力分析验算。它的单位是N/mm2。

四、钢筋的延性钢筋的延性大小决定了结构构件的变形能力的好坏，在地震作用，剧烈爆炸、强烈撞击等偶然事件发生后，对结构构件变形耗能机制的完善，对防止结构连片整体倒塌具有重要意义。现行规范将最大力下总伸长率δgt作为控制钢筋伸长率的指标，它反映了钢筋拉断前达到最大力（极限强度）时的均匀应变，故又称均匀伸长率。第三节钢筋与混凝土的粘结及锚固长度一、钢筋和混凝土之间的粘结力（一）粘结力的组成钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）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合作用力（咬合力）。二、基本锚固长度

钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混