建筑结构基本理论-混凝土的选用及强度指标的查用

项目

建筑结构基本理论任务三：混凝土的选用及强度指标的查用3.混凝土结构对钢筋性能

的要求2.钢筋的力学性能1.钢筋的品种（分类）任务一：钢筋的选用及强度指标的查用4.钢筋的选用钢筋选用及强度指标的查用上堂课内容回忆冷拉钢筋冷拔钢筋

热轧钢筋

按加工方法冷轧钢筋

热处理钢筋一、钢筋的品种（分类）二、钢筋的力学性能（一）钢筋的强度（二）钢筋的塑性性能（三）钢筋的冷弯性能

建筑钢材的力学性能是衡量钢材质量的重要指标，它包括强度、塑性、冷弯性能、冲击韧性。三、混凝土结构对钢筋性能的要求较高的强度和适宜的屈强比1较好的塑性2与混凝土良好的粘结性3较好的可焊性4

寒冷地区，避免钢筋低温冷脆破坏5四、钢筋的选用讲解、分析、互动本节教学目标及重难点

掌握学习目标混凝土的强度指标与变形应用混凝土型号选用联系实际学习重点工程运用学习难点混凝土强度指标的查用本节知识混凝土的强度混凝土的变形性能混凝土的选用及强度指标的查用混凝土与钢筋的粘结

任务三：混凝土的选用及强度指标的查用（一）钢筋的品种（分类）一、混凝土的强度立方体抗压强度fcuk轴心抗拉强度ftk混凝土基本强度指标轴心抗压强度fck（一）混凝土的立方抗压强度fcu及强度等级1.立方体抗压强度fcu确定方法：用标准制作方式制成的150mm×150mm×150mm的立方体试块，在20±3℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，用标准试验方法（试件的承压面不涂润滑剂，加荷速度约每秒0.15～0.3N/mm2）测得具有95％保证率的抗压强度。用符号fcu,k表示。砼立方体抗压试验2

(点击播放视频)常用等级：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50

,C55，C60，C65，C70，C75，C80共14级。其中，C60~C80属高强混凝土。2.混凝土强度等级：3.影响立方体强度的因素内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。由于尺寸效应的影响：fcu(150)=0.95fcu(100)fcu(150)=1.05fcu(200)4.结构混凝土强度等级的要求钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于Ｃ20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于Ｃ20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ30；当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于Ｃ40。（二）轴心抗压强度fc砼轴心抗压试验3

(点击播放视频)/jpkc/FZswf/index.html我国采用150×150×300mm棱柱体试件测得的强度作为混凝土的轴心抗压强度。混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：（2.1.1）式中—棱柱强度与立方强度之比，对C50及以下取=0.76，对C80取=0.82，中间按线形规律变化；

—考虑C40以上混凝土脆性的折减系数，对C40取=1.0，对C80取=0.87，中间按线形规律变化。（三）轴心抗拉强度ft砼抗拉试验4

(点击播放视频)混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度。直接测试方法间接测试方法(弯折，劈裂)混凝土轴心抗拉强度标准值按下式计算：

1.混凝土的强度混凝土的强度标准值应具有不小于95%的保证率。混凝土强度设计值：等于混凝土强度标准值除以混凝土材料分项系数（rc

=1.4)。各种强度等级的混凝土强度标准值、强度设计值规范规定采用。2.混凝土的弹性模量

（四）混凝土的设计指标轴心抗压强度设计值轴心抗拉强度设计值标准值设计值——混凝土材料强度分项系数，取1.41.混凝土的强度但是，混凝土不是弹性材料，其应力和应变不呈线性关系，在不同应力阶段的变形模量（应力与应变之比）不同，原点切线很难准确地作出。实用中，采用应力上限为（0.4~0.5）fc循环5~10次后的应力-应变曲线，应力为（0.4~0.5）fc时的割线模量作为混凝土的弹性模量的近似值。混凝土的受拉或受压弹性模量（N/mm2）的经验计算公式：

kcu,57.342.210fEc+=式中fcu,k—混凝土的立方抗压强度标准值（N/mm2）。2.弹性模量k

c

0

0

c

ce

cph

原点弹性模量：

3.泊松比耐久性对混凝土质量的主要要求如下：1.设计使用年限为50年的一般结构混凝土：对于设计使用年限为50年的一般结构，混凝土质量应符合规范的规定。

2.设计使用年限为100年的结构混凝土：（1）结构混凝土强度等级不应低于C30；预应力混凝土结构的最低强度等级为C40。（2）混凝土中氯离子含量不得超过水泥重量的0.06%。（五）混凝土结构的耐久性规定（3）宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的碱含量不得超过3.0kg/m3。（4）混凝土保护层厚度应按相应的规定增加40%；当采取有效的表面防护措施时，厚度可适当减少。（5）在使用过程中应有定期维护措施。对于设计寿命为100年且处于二类和三类环境中的混凝土结构应采取专门有效的措施。

3.临时性结构混凝土对临时性混凝土结构，可不考虑耐久性要求。

混凝土的强度混凝土的变形性能混凝土的选用及强度指标的查用混凝土与钢筋的粘结

任务三：混凝土的选用及强度指标的查用（一）混凝土的受力变形1.混凝土一次短期加载的应力－应变关系OA–––弹性阶段

A:0.3fcAB–––弹塑性阶段

:0.3fc～0.8fc裂缝稳定阶段BC–––裂缝不稳定阶段

:0.8fc～1.0fcCBDEfc

0

0•••A

cu••二、混凝土的变形性能特征点：

0

–––对应于峰值点应变《规范》

0

=0.002

cu

–––混凝土极限压应变《规范》

cu

=0.0033fc–––轴心抗压强度

2.混凝土在多次重复荷载下的应力－应变关系•如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应力达到某个数值σ，然后卸荷至零，并把这一循环多次重复下去，就称为多次重复荷载。•我们通常把能使试件循环200万次或次数稍多时发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳抗压强度，用符号表示。3.混凝土的徐变混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力)不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。161284369121518212427•A

ce

cr徐变

ce弹性变形

ch收缩

ce

ae

erBCD

(10–4)t(月)0徐变：徐变性质：线性徐变初应力

c0.5fc徐变与初应力呈正比非线性徐变

c>0.5fc当

c>0.8fc，徐变发展最终导致破坏徐变对结构的影响：使构件的变形增加；在截面中引起应力重分布；在预应力混凝土结构中引起预应力损失。

养护条件越好，周围环境的湿度越大，构件加载前混凝土的强度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密实，集料含量越大，集料刚度越大，则徐变越小。

徐变的影响因素：混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。收缩：混凝土在空气中结硬体积减小的现象。膨胀：混凝土在水中结硬体积变大的现象。注：收缩值越大，对结构越不利；而膨胀数值小，且对结构有利。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩(10–3)时间(月)（二）混凝土的体积变形1.混凝土的收缩和膨胀收缩的性质自由收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂混凝土的强度混凝土的变形性能混凝土的选用及强度指标的查用混凝土与钢筋的粘结

任务三：混凝土的选用及强度指标的查用三、混凝土与钢筋的粘结（一）粘结的意义

粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力（b）裂缝间的局部粘结应力（二）粘结力的形成◆光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：（１）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（２）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（３）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）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。◆变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用（三）粘结强度◆1.测试砼粘结强度试验7

(点击播放视频)/jpkc/FZswf/index.html◆2.计算公式

式中N—钢筋的拉力；ｄ—钢筋的直径；

L—粘结的长度。◆3.不同强度混凝土的粘结应力和相对滑移的关系（四）影响粘结的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力，以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。Ａ.光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。Ｂ.变形钢筋能够提高粘结强度。Ｃ.钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。2.3混凝土与钢筋的粘结Ｄ.横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。Ｅ.在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。Ｆ.浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强度。

（五）钢筋的锚固与搭接◆1.保证粘结的构造措施(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；(2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；(4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；(5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；(6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈。◆2.钢筋的搭接钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能产生较牢固的连接