混凝土结构设计原理之钢筋和混凝土的力学性能

第一章钢筋和混凝土的力学性能

第一节钢筋的性能及要求

第二节混凝土的力学性能

第三节钢筋与混凝土的黏结第一节钢筋的性能及要求一、钢筋的分类混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢。根据含碳量的不同，碳素钢分为低碳钢(碳质量分数<0.25%)、中碳钢(碳质量分数为0.25%~0.6%)、高碳钢(碳质量分数>0.6%)。含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢。普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加入微量的合金元素，如硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的塑性性能。钢筋按生产加工工艺和力学性能的不同分为普通钢筋和预应力钢筋。普通钢筋为低碳钢，由普通低合金钢在高温状态下轧制而成，预应力钢筋可分为热处理钢筋和预应力钢丝。钢筋按其外形不同，分为光面钢筋和带肋钢筋。下一页返回第一节钢筋的性能及要求二、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力应变曲线有明显屈服点的钢筋的典型应力应变曲线如图1-2(a)所示。图中在a点以前，钢筋处于弹性阶段，应力与应变成正比，a点的钢筋应力称为“比例极限”一钢筋的屈服强度fy。直线Oa的斜率为钢筋的弹性模量Es。过a点以后，应变较应力增长为快。到达b点，钢筋开始屈服，其强度与加荷速度、截面形式、试件表面光洁度等多种因素有关，很不稳定，b点称为屈服上限。超过b点以后，进人强化阶段，钢筋的应力下降到c点，在应力基本保持不变的情况下，应变显著增加产生较大的塑性变形，但比较稳定，c点称为屈服下限或屈服点。与c点所对应的应力称为屈服强度，以σs表示，水平cd段称为屈服台阶或流幅。过d点后，钢筋还能继续承载，应力应变继续加大，到达e点后钢筋产生颈缩现象，下一页返回上一页第一节钢筋的性能及要求应力开始下降，但应变仍能继续增长，至f点试件被拉断。e点对应的应力称为抗拉强度极限σb，曲线的de段称为强化阶段，ef段称为颈缩下降阶段。没有明显屈服点的钢筋的典型应力应变曲线如图1-2(b)所示。由图可见，它没有明显的屈服平台，其强度很高，但延伸率大为降低，塑性性能减弱。设计上取相应于残余应变为0.2%的应力为名义屈服强度σ0.2，大约为国家标准的抗拉强度极限σb的85%。

图1-2(c)为各级钢筋的应力应变曲线。从图中可以看出，普通钢筋应力应变曲线都有明显的屈服点，这种钢筋即为低碳钢，亦称软钢。没有明显屈服点的热处理钢筋和钢丝，称为硬钢。下一页返回上一页第一殿节钢肚筋的榆性能满及要孔求2.钢华筋游的舌塑浸性蛮性义能反含映叔钢虏筋理的哭塑斜性译性裕能征的渠基应本遣指然标驼是妹钢伯筋贫的配伸窝长残率业、啦冷效弯追性雷能丝式。驰钢墓筋淹试嫂件井拉嘴断抓后陪的触伸钩长喂值篮与芹原快长壁的仁比古值吵称绍为它伸色长经率拌。弦伸乱长误率篇愈筐大配，给塑唱性嫂性鹅能骨愈姿好封。饥冷炸弯鸽是妙将宰直丢径恨为d的奸钢开筋旅绕仿直钱径免为D的钢鉴辊进寄行弯屈曲，污如图1讨-尖3所示绢，弯叮成一索定的己角度林而不盲发生恐断裂帆，并遥且无率裂纹届、鳞纲落或虫断裂攀现象届，即腥认为前钢筋协的弯钞曲性达能符蒸合要汁求。庭通常D值绝愈每小爷，a值愈在大，绵则其沟弯曲男性能聋、塑拆性性你能愈娇好。屈服卖强度霜、极菜限抗攻拉强洞度、案伸长恐率和透冷弯盈性能桨是有触明显纳屈服碰点钢照筋进吴行质瓣量检称验的腊四项爸主要稍指标叶。表1-送1列出眼了常孕用钢信筋的愁强度杏、伸滩长率手、冷撞弯性援能和庭弹性群模量姑等各饭项指框标。下一签页返回上一轧页第一凶节钢樱筋的呀性能隶及要训求3.钢搜筋温的趴冷惨加难工冷拉陵是在饰常温歇条件叉下，夏把钢忧筋应诊力拉秒到超许过其浊原有筹的屈赔服点考，然榴后完汪全放烧松，角使钢倘材内牢部组心织结裳构发闷生变氏化，佛而提输高其坏强度故。冷筒拉只摘能提装高钢故筋的饶抗拉融屈服按强度罗，却捕不能数提高傲其抗稠压屈砍服强金度。偿故当虾用冷头拉钢仪筋作幼受压阔钢筋公时，纱其屈梢服强桃度与盆母材感相同盟。冷呼拔扣是存将领钢痕筋(盘慕条)用妇强锻力植拔瓣过腹比燥它陡本侄身辟直闪径贵还垄小冠的惰硬屈质证合韵金思拔澡丝蜻模斯，饶这孔是央钢巾筋踩同扛时渴受听到如纵袜向俯拉脉力盒和工横缓向应压梦力车的鸦作遭用魂以勺提筒高跑其超强脑度提的贵一园种牲加轮工概方具法够。培钢碗筋袭经糟多腐次鉴冷移拔耳后略，珍截搬面游变焦小溉而捉长弓度羽增带长哀，上强蜡度须比呆原灶来歼提择高叔很鸣多上，跃但押塑谎性乒降爆低规，激硬恭度眼提印高轿，约冷脸拔局后金钢翠丝馒的程抗疑压滩强杆度完也慈得肯到到提黑高闯。下一笑页返水回上络一只页第妙一惠节指钢苹筋抢的妈性菠能翅及梯要简求三届、姓混完凝榨土榨结碍构红对债钢存筋乒性大能野的占要榆求1.一般暗要求(盏1欣)有较临高的暴强度钱和适滚宜的搞屈强沾比。束强度淹是指蚀钢筋泉的屈瘦服强守度fy。屈努服强名度高概，可简减少牛结构近的含兄钢量皮，节晃约钢蓬材，痕提高炮经济紫效益挪。屈酷强比妹是指疯屈服聋强度fy与极把限抗材拉强柜度fu之比巨值，演该值控反映君结构鲜的可浙靠程隙度。揭屈强岛比小惜，结雹构可迈靠，伟但钢君材强项度的购利用脖率低筑，不匙经济;屈爹强轻比仁太组大辅，榴则仇结罚构陕不详可枝靠奖。(雨2舅)有较嗓好的秃塑性渔。(3拐)具有夜较好撇的焊逝接性享能。(4猛)与混组凝土僚之间乱具有杜良好锡的黏夸结。下一晋页返婶回上窝一敲页第知一念节呼钢道筋绳的勺性苦能井及左要地求2.抗鸟震杂要普求对于夺有抗野震要瓶求的按混凝督土结反构用壤钢筋桃，除裙上述晓一般篇要求辱外，循还有久以下误具体肺要求:(1允)抗震车等级纽奉为一精、二辩级的检框架抽结构役，其箭纵向传受力旅钢筋鲜采用档普通贝钢筋紫时，寇应满晃足:1搅)钢画筋码的屈抗晓拉领强龙度怒实泼测第值框与菊屈喝服当强畅度息实五测瓣值过的屑比脂值(强驴屈薯比)不应改小于1.胳2里5，目线的是主为了命保证档当构苦件某壮个部器位出没现塑冈性铰野后，离塑性绵铰处盖有足讲够的性转动桌能力船与耗星能能栗力。2)钢筋绢的屈泄服强花度实协测值屡与强秆度标表准值闯的比伐值不烛应大催于1具.侮3用,计中帜强柱霉弱梁院、强戏剪弱律弯的孤设计窑要求靠。(栋2昆)普估通思钢黎筋齿宜刑优像先伍采揪用唉延箩性军、竟韧惹性裁和余可岸焊绘性暂较程好础的度钢挎筋介。返回上一峰页第二峰节混雕凝土夏的力返学性致能一隔、纱混虽凝捎土临的岁强校度混凝恭土的嘉抗压免强度烟与水锄泥、示骨料尾的品找种、致级配复、配投合比兽、硬踢化条幼件和南龄期敲等有上关，辫主要翠包括麦立方逃体抗夜压强招度、大轴心液抗压假强度州和轴烘心抗富拉强象度等矮。影熔响混或凝土秩抗压滤强度悦的主如要因俭素有:混予凝贝土陕受笛压龙时鲜的毙横萍向攀变滴形双条刻件堪和雨加桶载糖速贸度当等慌。1捕.立家方珍体公抗枕压口强捆度立坡方药体遍抗纵压狂强界度例是屑衡言量顷混摩凝厅土铁强愉度沟高屠低捆的急基叙本能指心标稳值爸，愿是倦确昌定膏混帆凝庙土序强记度美等范级批的析依燃据级。《混稍凝辽土尾结镰构企设竭计叠规忘范》(蜡GB坊5筋00牢10系-2士00吗2)规郊定:按照句标准汤方法变制作鼠养护遥边长炭为15白0捞mm的立镇方体兼试件弯，在2词8天龄因期用豆标准舌试验叹方法某测得嘉的具度有9遗5拘%保摸证障率嫁的段抗砌压晶强妨度罚作司为暖混她凝恩土倾的循立牺方鼓体延抗著压岔强然度权标铅准死值翠，瞎用fcu罚,k表示竹，单巴位为N仙/钢m代m2(M膀P期a)。下一贺页返回第二图节混握凝土弯的力巴学性败能2.轴心仿抗压籍强度轴心勇抗压色强度梢标准融值与长立方抹体抗见压强握度标初准值插之间级的关椅系为:fck=0洗.8绿8αc1αc匹2fc阅u阴,颗kαc省1-尿-路-拒-夸-僵-首-岩-棱柱害强度贝与立拳方强陡度之宝比，脏对C50及以仅下取αc翅1=做0扭.兄7络6，对C歼8瞧0取αc旬1=因0乘.新8脾2镇,中婶间眼按顷直谨线款内砌插旅法敞取彼值;αc境2--及--幼--宁--考呼虑C确4等0以上蛮混凝侵土脆洲性的纷折减刮系数辞，对C恒4直0取αc2=霜1遥.坝0，对C屡8丽0取αc2=0园.窑8冲7，中伴间按适直线婚内插饶法取饶值;0餐.质8朋8顽-肆-席-后-班-布-怀-隶-考劣虑雷到耕结耀构答构形件吓与恨试夹件柔制押作眯及哄养悠护用条继件辱的刚差队异耍，甲尺蜻寸氧效俊应占及版加馅荷互速额度申影奔响湾，参净照肌以即往扁的哀设君计译经铃验尚所下取井得堤的粮经举验瓶系版数巷。下一队页返回上纸一鞠页第二炸节混兔凝土览的力钥学性怎能3.轴假心袜抗纸拉泰强辫度混凝环土的尺抗拉哈强度页很低尾，与夕立方壶抗压竭强度膀之间拔为非炊线性驳关系谅，一味般只携有其编立方乘体抗鱼压强瓦度的1/卫17巴~1索/8。踢中秩国霉建咸筑示科垦学逮研构究胡院牧等炸单哲位震对咐混恨凝蚁土牺的叶抗爬拉蚁强条度悲作阴了生系德统峡的砌测隔定阿，贺用光直腹接俯测抓试昆法欢或承间落接尝测砍试喇法占对驱试列件钥进哪行皱实膜验碑测威得拔的奋抗疮拉猜强碑度后称房诚为碗轴便心耽抗四拉嫁强贝度塑，芽经座修醉正族后与，述轴计心阔抗铃拉聚强堵度阴标骨准刊值眠与哈立骗方测体糕抗窝压坚强喊度侨标腰准叔值许之棚间怒的汽关腾系征为:式吉中δ-床-洋-岸-换-混凝店土立腥方体带强度书变异伍系数湾，对C6哲0以上高的混轧凝土孤，取δ=肥0.服1踢;系兄数0.颂3炉95和系镇数0册.咱5悲5是苏根讨据扭实海验功数两据恨统略计皂分俗析族所悲得姓的钞经晓验炕系胳数管。下职一制页返雄回上碗一陡页第二特节混续凝土患的力腰学性钱能4略.复乌合值应姻力饰状乏态南下鹅的鞭混吧凝每土悲强餐度在实脑际混垄凝土煤结构丘中，退混凝碎土处裳于单筐向应灶力状针态的仁情况香很少死，往遭往都太处于滥三向风复合冲压应项力状凯态。对在复始合应吊力状族态下希，混帖凝土窝的强睡度和锐变形被性能煌与单夕轴应犬力状亭态下携有明毯显的缝不同细。混凝盘土三纤向受息压时多，混涉凝土乘一向渗的抗氧压强欧度随骆另两守向压仔应力孟的增尿加而税增大苗，并言且混扭凝土卧的极司限压悟应变测也大影大增库加。势这是筝由于啦侧向近压力贤约束售了混览凝土馅的横诉向变芹形，胶抑制鲁了混窗凝土挖内部泼裂缝峰的出园现和久发展尿，使宋得混熄凝土膜的强僵度和导延性叫均有至明显讽提高柜。下一柿页返回上一勤页第二咳节混魔凝土选的力邪学性套能二颂、守混放凝奶土屿的戏变廉形混凝磨土的杠变形号可分扭为两友类:一类却是在消荷载腾作用桂下的煎受力维变形陡，如床单调伤短期瓦加荷旁、多贴次重嘴复加魔荷以该及荷错载长去期作膨用下碑的变移形。猴另一真类与傻受力云无关塑，称赔为体帅积变宾形，阁如混伏凝土伤收缩趣、膨循胀以届及由膝于温拨度变述化所俭产生拌的变返形等此。1岗.混安凝捐土厚在跃一忍次芦短秩期票荷喉载锤下炮的鸭变兼形(傻1王)混凝咐土在朴单调倾短期砍加荷河作用动下的龟应力蚂征是反研究肿钢筋震混凝矮土构纪件的快强度畅、变常形、成延性名依据请。应勺变曲杀线是省其最灯基本聪的力惹学性萌能，广曲线抗的特(承月受算变抱形贞的壳能摄力)和受桶力全且过程条分析筑的。图1-蛇5所示棕为混杠凝土邮棱柱碎体试沿件在秃受压瞧时的夺应力拘应变由曲线粱，曲令线由稳上升帽段O命c和盈下盐降秘段ce两页部糊分木组洪成换。下梨一崖页返时回上一牢页第二悼节混怒凝土核的力亭学性朗能(2斥)混凝阿土的稳横向廊变形筋系数膛。混愉凝土铁试件宗在一攀次短缓期加雀压时义，其米纵向各产生蛇压缩惕应变εcv，避而受横膝向旷产俗生摘膨戴胀嘱应勒变εch，吓则定其召比渣值vc=εch/εcv称况为域横肠向悟变棵形责系拾数(又厦称葵泊还松秧比)，押在直混羡凝脱土雷应因力σc<0划.肌5fc时轨，园其薯值任基捏本佩为痛常稼数骗，《混凝笑土结乱构设智计规白范》取vc=0撕.顷2，绿当σc>0润.5峰fc时膏，晚横刺向仇变昆形加突爱然厌增舞加裹，邀表令明笼混滑凝劝土裤内洲部逢微滚裂接缝梁开旱始认迅烫速策发打展贼。(怜3雄)混凝络土的蠢弹性骗模量踢、变嫁形模夸量和迟剪变傍模量察。混逢凝土区的应荣力与捐其弹虏性应弦变之申比称语为混拍凝土众的弹答性模澡量，繁用符谦号Ec表樱示存。学根班据菊大喜量甘试抛验喜统员计饮结熄果量，《混凝杯土结尸构设课计规墓范》采拒用合的甚经讯验戏公该式刚计喉算烫混删凝絮土守的偏弹跳性欣模袍量殿为:下耗一担页返回上阁一描页第二篇节混幅凝土雕的力爪学性评能混凝坟土的维应力晴与其渠弹塑导性总寒应变充之比镜称为鹿混凝爽土的复变形刚模量爪，用殖符号Ec′表舅示催。狱该决值附小裁于拖混顽凝垂土慈的宫弹糊性恒模属量Ec。混凝捡土的图弹性倘模量Ec与括变铃形涝模榴量Ec′的关现系为:式中v--山--遇--贝-混凝惧土弹必性特首征系类数，支当σc≤0太.忘3磨fc时,v宪=1滑.0捕;σc=0狗.段5fcv=肆0.说8穷~0赔.泥9害;σc=0震.搞9fc，v=杯0.它4患~0茄.异7。下使一别页返获回上一隙页第炊二叨节革混溜凝洪土鬼的吸力燥学越性霞能2.混裕凝冤土慎在跌重克复植荷御载恐作妨用唯下固的线变蒸形工程肃中的嫌某些植构件太，例娃如工眠业厂梳房中灾的起顺重机许梁，详在其赠使用蹦期限场内要娱承受唇大约20圾0万次得以上瞒的重传复荷角载作特用，惰在多蚀次重心复荷振载作冲用情师况下今，混恩凝土亚的强脖度和榜变形名性能沫都会宜出现循重要迁变化艺。在踪蝶多次阳重复牛加荷滤情况冤下，券混凝丙土将水产生章“疲邻劳”耽现象粮，混瘦凝土奋由于骂荷载伟重复掉作用毛而引仿起的糕破坏然称为窜疲劳浸破坏爪。疲旬劳破最坏的夜产生疗取决兵于加炮载时芬应力赠是否秀超过戚混凝躁土疲嘱劳强丽度fcf。横试宫验郑表异明怀，绕混痕凝皆土半疲绣劳警强盐度fcf低于窑轴心寨抗压课强度fc,大致奇在(0老.缘瑞4~沸0.仙5折)fc，垦此机值福的剥大挽小减与姓荷存载添重奔复怨作搏用宫的吗次分数垄、存应减力帆变羡化颤幅羽度唱及忙混驼凝爬土怒强锦度护等是级灵有共关枯。下脖一永页返回上一傍页第刷二清节步混关凝扑土屿的骑力币学桥性洽能3咏.混富凝值土酸在舒长洒期保荷奋载赏作坡用它下桥的潜变棕形锹一捆徐虫变混味凝郊土抽在期不馅变园荷豪载逼长教期脖作辟用渐下溉，攻其喝应魔变梅随繁时条间弦而滚继映续气增贤长黄的涂现曾象项称浑为棚混释凝农土右的忽徐粉变部。混凝令土徐寇变对侮混凝地土结佛构和眯构件宇的工权作性款能有灿很大枝的影凯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