钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能课件

2024/12/24

以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土结构（ConcreteStructures）。1.钢筋混凝土结构的基本概念素混凝土PlainConcrete纤维增强混凝土FiberReinforcedConcrete钢骨混凝土SteelReinforcedConcrete钢筋混凝土ReinforcedConcrete钢管混凝土ConcreteFilledSteelTube预应力混凝土PrestressedConcrete钢－混凝土组合结构CompositeStructure1基本概念2024/12/24

抗压强度高，而抗拉强度却很低通常抗拉强度只有抗压强度的1/8~1/20

破坏时具有明显的脆性特征混凝土的材料特性1基本概念2024/12/24

抗拉和抗压强度都很高具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性细长的钢筋受压时极易压曲钢筋的材料特性1基本概念2024/12/24混凝土结构的特点素混凝土梁L=1500mm120200C20P钢筋混凝土梁L=1500mm1202002f14C20PP=4.4kNP=62.5kN

由上述对比试验可知：钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高（14倍）；素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；而钢筋混凝土梁则表现出较好的延性，破坏前有明显预兆；钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。1基本概念2024/12/24将混凝土和钢筋这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。共同工作的主要原因：*混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形*两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.0×10-5~1.5×10-5/C，钢筋：1.2×10-5/C*混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化1基本概念2024/12/24目录钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能2024/12/242.混凝土结构的发展状况混凝土结构的发展取决于混凝土材料的发展2.1钢筋混凝土结构的诞生*1824年，英国人J.Aspdin发明了波特兰水泥，有了混凝土；*1849年，法国人JosephLouisLambot用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船----最早的钢筋混凝土结构；*1861年，法国花匠J.Monier用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利----尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；*1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。2024/12/24强度不断提高，性能不断改善美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，有特殊需要时：40N/mm2~100N/mm2，试验室中：300N/mm2轻质混凝土的应用容重一般为：14kN/m3~18kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等无砂混凝土(Non-finesconcrete):只有粗骨料，无细骨料容重小，水的毛细现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单

FRP筋的应用(强度高，质量轻，抗腐蚀)

用FRP筋代替钢筋2.2材料方面的发展2发展状况2024/12/24绿色混凝土：环保节能透明混凝土透水混凝土清水混凝土粉煤灰加气混凝土世博宁波馆独特的竖条毛竹模板清水混凝土剪力墙

2024/12/24

智能混凝土智能——能感知环境条件，做出相应行动自诊断：碳纤维，光纤传感自调节：形状记忆合金SMA

自修复:自行愈合和再生2024/12/242.3结构方面的发展2发展状况预应力混凝土结构的应用在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重结构体系的丰富不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等2024/12/242.4理论研究方面的发展2发展状况设计方法允许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法K·S≤R

≤[

]=f/KS(

kqi·qik)≤R(fck/kc,fsk/ks,As,b)2024/12/24结构基本理论----如何设计一个新结构荷载的确定方法结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用2.4理论研究方面的发展2发展状况结构构件某一截面屈服后，将在荷载不增加的情况下产生持续的塑性变形，构件可能在钢筋未进入强化段前就产生过大的变形和裂缝，结构不能正常使用或已破坏。自调节：形状记忆合金SMA无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度*1824年，英国人J.钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较将钢筋在常温下绕一定直径D(弯心直径)的辊轴弯折一定的角度(冷弯角度)，用放大镜检查试件表面，如无裂缝、分层以及鳞落等现象，认为材料的冷弯性能合格。根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.混凝土的强度指标及变形性能混凝土的收缩(Shrinkage)强度不断提高，性能不断改善另外，体表比小，表面积相对大，加快蒸发，收缩也大。l0—不包含颈缩区拉伸前的量测标距长度SteelReinforcedConcrete内部微裂缝连通形成破坏面，试件承载力开始减小而进入下降段。在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度的某一应力值，然后卸载至零。*1849年，法国人JosephLouisLambot用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船----最早的钢筋混凝土结构；将钢筋在常温下绕一定直径D(弯心直径)的辊轴弯折一定的角度(冷弯角度)，用放大镜检查试件表面，如无裂缝、分层以及鳞落等现象，认为材料的冷弯性能合格。使受弯构件的挠度增大；双轴应力下的强度(BiaxialStressState)经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化。强度指标的确定(钢材废品限值)ftk5×10-5/C，钢筋：1.2024/12/242.4理论研究方面的发展结构基本理论----旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）承载力计算耐久性评估寿命预测损伤分析加固理论修复理论灾害评估等2发展状况2024/12/242.4理论研究方面的发展2发展状况结构基本理论----计算机仿真技术的应用Ansys,Abaqus,Femap，PKPM,ADINA2024/12/24钢筋混凝土两者间的粘结强度变形粘结破坏的过程和机理2024/12/24目录钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能2024/12/243.混凝土的强度指标及变形性能

PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的复合材料。2024/12/243砼3.1混凝土强度(StrengthofConcrete)混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土复合强度CubicCompressiveStrengthCompressiveStrengthTensileStrengthMulti-Strength抵抗外力产生的某种应力的能力2024/12/243砼混凝土立方体抗压强度fcu承压板试块混凝土强度等级应按边长为150mm立方体试件的抗压强度标准值确定。抗压强度标准值系指用标准方法制作、养护至28d龄期，以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa计).C15,C20,C25,C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strengthconcretehigh-strengthconcretefm-1.645σfm正态分布2024/12/24立方体抗压强度影响因素端部约束：润滑剂试件尺寸：加载速度：＜C30,0.3-0.5MPa/s；＞C30,0.5-0.8MPa龄期：随龄期逐渐增长3砼标准试块：150mm×150mm×150mm非标准试块：100mm×100mm×100mm

换算系数0.95200mm×200mm×200mm

换算系数1.05混凝土立方体抗压强度fcu摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂2024/12/24混凝土轴心抗压强度fc：按照与立方体试件相同条件制作和试验方法 测得的棱柱体试件的极限抗压强度值3砼承压板试块标准试块:150×150×300mm

c1—棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,对C80砼取0.82,中间按线性规律变化；

c2—C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件6×12in(152×305mm)2024/12/242024/12/24混凝土抗拉强度ft3砼劈裂强度ftsSplittingStrength实验表明：ft<fts2024/12/24巴西圆盘-岩石抗拉强度测试方法2024/12/24

f150—150mm立方体抗压强度的变异系数。2024/12/24复合应力状态下的混凝土强度双轴应力下的强度(BiaxialStressState)3砼

①双向受拉，接近单轴抗拉强度；②双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度提高；

③一拉一压，加速了混凝土内部微裂缝的发展，抗拉、抗压强度均降低。2024/12/24复合应力状态下的混凝土强度剪应力

和正应力

共同作用(shearandnormalstress)混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。3砼2024/12/24复合应力状态下的混凝土强度三向受压强度(Triaxialcompressivestrengthtesting

)

1=fcc’

1=fcc’

2=

3

2----侧向约束压应力（加液压）无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度有侧向约束时的抗压强度k——侧向效应系数

(4.5-7.0)3砼2024/12/24混凝土的疲劳强度FatigueStrength破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf

3

2

1

疲劳强度<fcfcf的确定原则：100×100×300或150×150×450的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值3砼2024/12/243砼2024/12/24受力变形：砼由于荷载作用下的变形

单调短期加载：应力-应变关系

荷载长期作用：徐变多次重复荷载作用下体积变形：砼收缩以及温度变化产生的变形

收缩3.2混凝土的变形(DeformationofConcrete)3砼2024/12/24混凝土单调短期加载下的变形性能Stress-strainRelationship分析混凝土构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据，也是利用计算机进行非线性分析的基础。3砼02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO试件为棱柱体或圆柱体2024/12/24A点以前：微裂缝没有明显发展，主要弹性变形。对普通强度混凝土sA约为

(0.3~0.4)fc

，对高强混凝土sA可达(0.5~0.7)fc

cu02468102030s(MPa)e×10-3ABCEDFO轴心受压混凝土的应力—应变曲线复合应力状态下的混凝土强度冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度，但塑性降低。钢筋混凝土结构的基本概念龄期越长，混凝土硬化越充分，水泥石晶体所占比例越大，gel粘性流动少，徐变小。下降段：随着混凝土强度的提高而更为陡峭。（5）与混凝土具有良好的粘结钢筋混凝土结构的基本概念极限强度b:颈缩出现下降段，直到拉断。6fc左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。预应力混凝土构件不应低于C40。CompositeStructure屈服下限干缩(DryingShrinkage)：混凝土硬化后期混凝土内部自由水分的蒸发混凝土的强度指标及变形性能加载速度：＜C30,0.钢筋和混凝土的粘结性能200mm×200mm×200mm换算系数1.混凝土单调短期加载下的变形性能细长的钢筋受压时极易压曲光面钢丝：一般以钢绞线的形式应用取dx体平衡条件可得*1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。2024/12/24AB段：部分塑性变形，应力－应变逐渐偏离直线。B点时的裂缝发展已不稳定，试件的横向变形突然增大，常取sB作为混凝土的长期抗压强度；普通强度混凝土sB约为0.8fc

，高强混凝土sB可达0.95fc

cu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO轴心受压混凝土的应力—应变曲线2024/12/24C点：峰值应力(混凝土棱柱体抗压强度)。相应的纵向压应变称为峰值应变，约为0.002。内部微裂缝连通形成破坏面，试件承载力开始减小而进入下降段。继续发展至D点时，破坏面初步形成。(fc,

0)

cu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFOe0

fc轴心受压混凝土的应力—应变曲线2024/12/24E点以后，纵向裂缝形成一个斜向的破坏面，此破坏面在正应力和剪应力的作用下形成破坏带。此时试件的强度由破坏面上骨料间的摩阻力提供。随着应变进一步发展，摩阻力不断下降，试件的残余强度约为0.1~0.4fc02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO（拐点）（收敛点）轴心受压混凝土的应力—应变曲线2024/12/24轴心受压混凝土的应力—应变曲线02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO1.三个特征值

峰值应力

fc

峰值应变

0

极限压应变

cu

2.混凝土是一种弹塑性材料3.曲线上升段高低反映混凝土强度大小，下降段陡缓反映混凝土变形能力的大小(fc,

0)

cu2024/12/24影响因素砼的强度↑：峰值应变增大，延性低应变速率↓：峰值应变增大，坡度缓试验条件：应变加载，标距，约束混凝土单调短期加载下的变形性能

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢

cu约束混凝土非约束混凝土

c

cfccfcEsecEc

c02

c0

sp

cco环箍断裂3砼强度标准值=强度平均值-2×均方差钢筋和混凝土的粘结性能混凝土的收缩(Shrinkage)钢筋混凝土结构的基本概念CubicCompressiveStrength世博宁波馆独特的竖条毛竹模板清水混凝土剪力墙光面钢丝：一般以钢绞线的形式应用D越小，越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性好。混凝土的疲劳强度FatigueStrength钢筋和混凝土的粘结性能极限强度b:颈缩出现下降段，直到拉断。径向裂缝达到表面，形成沿钢筋的纵向劈裂裂缝。钢筋计算的基本指标fyCompositeStructure经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。通常，最终收缩应变值约为(2~5)×10-4。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。在RC构件中，受到混凝土极限应变的限制，截面达到破坏时钢筋不大可能进入这样大的应变状态。2024/12/24弹性模量(ModulusofElasticityorElasticModulus)混凝土单调短期加载下的变形性能3砼2024/12/24单向受拉混凝土单调短期加载下的变形性能上升段：加载初期，变形与应力线形增长，至极值应力的40-50%达到比例极限；76-83%出现临界点(不稳定扩展开始)；峰值对应的应变随抗拉强度的增加而增大，在50-270范围内波动。当混凝土C15-C40时，极限拉伸值小于受压，计算时取

tu=100u

。下降段：随着混凝土强度的提高而更为陡峭。Et=Ec3砼2024/12/24混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试件）

c/fc

c0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec混凝土单调短期加载下的变形性能经验公式(Poisson’sratio)：在压力较小时0.15-0.18，接近破坏时0.5以上，一般0.2混凝土的剪切模量为ShearModulus3砼2024/12/24混凝土在重复荷载作用下的变形性能（疲劳变形）混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁受到重复荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响以及港口海岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大，在重复荷载作用下，混凝土的强度和变形有着重要的变化。2024/12/24Oεσσ1σ3fcf混凝土多次重复加载卸载的应力—应变曲线2024/12/24混凝土长期加载下的变形性能—徐变(Creep)P3砼在荷载不变的情况下随时间而增长的变形称为徐变2024/12/24

徐变对结构的影响使受弯构件的挠度增大；使柱的偏心矩增大；使预应力混凝土的预应力损失；徐变使预应力混凝土构件缩短，因而引起钢筋中的预拉应力的减小，成为预应力损失。使截面上的应力重分布。以柱为例，任一时刻，外界荷载P=Pc+Ps。当徐变发生后，混凝土似乎变软，受到钢筋的拉力反力，减小了混凝土的承压力，而钢筋的压力增大。混凝土长期加载下的变形性能—徐变3砼2024/12/24徐变的主要原因水泥凝胶体在荷载作用下发生粘性流动，结晶体内部逐渐滑动，造成变形增大(针对应力不大时的主要原因)。混凝土内部的微裂缝发展的结果(针对应力较大时的主要原因)。混凝土长期加载下的变形性能—徐变3砼2024/12/24徐变的影响因素应力大小

<0.5fc

，线性徐变

=(0.5-0.8)fc，非线形徐变

>0.8fc

，曲线为发散性。可用作为普通混凝土长期抗压强度。龄期影响龄期越长，混凝土硬化越充分，水泥石晶体所占比例越大，gel粘性流动少，徐变小。

混凝土长期加载下的变形性能—徐变3砼2024/12/24材料组成 骨料本身没有徐变特性，但作为刚度较大的弹性体，可以限制约束徐变的大小。因此，骨料的刚度越大，在混凝土结构中所占比例越大，则徐变越小。水灰比小，使gel的粘滞度降低，徐变减小。外部环境：养护及使用条件下的温度和湿度 养护时，温度越高，湿度大，则水泥水化作用越充分(晶体多，gel少)，徐变小。使用时，温度高，相对湿度低，徐变大，因为在总徐变还包括由于混凝土内部水分受到外力后向外溢出的徐变。试件体表比小，表面积相对大，徐变大。混凝土长期加载下的变形性能—徐变徐变与塑性的区别？3砼2024/12/24体积变形混凝土的收缩(Shrinkage)混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。在水中结硬时，体积膨胀(dilationorswelling)收缩变形与时间的关系早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为(2~5)×10-4。3砼2024/12/24收缩对结构的影响

受到制约，在砼中产生拉应力，导致混凝土产生裂缝，影响正常使用；在预应力结构中，可引起预应力损失。措施：浇注时设置施工(伸缩)缝，待混凝土收缩充分收缩后再将缝浇好。收缩的主要原因凝缩(SettingShrinkage)：水泥水化作用过程中形成的晶体比原材料体积小干缩(DryingShrinkage)：混凝土硬化后期混凝土内部自由水分的蒸发或湿度下降引起混凝土的收缩(Shrinkage)3砼2024/12/24收缩的影响因素混凝土的组成和配比是影响主要因素。水泥用量大(水泥晶体多)，水灰比大(后期失水)，收缩大。骨料对收缩也有制约作用，所以骨料所占体积大，刚度高，制约作用强，收缩小。养护和使用条件下的温度和湿度：蒸汽养护可加快水化作用，减少混凝土中的自由水(游离水)，使以后蒸发用水减少，从而减小收缩。使用环境温度高，湿度低，都容易使自由水蒸发，使收缩增大。另外，体表比小，表面积相对大，加快蒸发，收缩也大。混凝土的收缩(Shrinkage)3砼2024/12/24As

sAs

s收缩：钢筋受压，混凝土受拉AsPAsPAs

s1

c1P

c2As

s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：

s

，c

徐变和收缩2024/12/24目录钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能2024/12/244.1钢筋的分类(SteelReinforcement)碳素钢(Fe,C,Si,Mn,P,S)低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢(Ti,V,Mn)硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系按化学成分CarbonsteelLowalloy-steel强度高，塑性和低温冲击韧性好强度高，塑性可焊性低4钢筋2024/12/24

钢筋(4-40mm)热轧钢筋：将钢材(低碳钢，普通低合金钢)在高温状态下用机械方法扎制冷加工钢筋：由热轧钢筋在常温下机械拉伸而成，提高强度和节约钢材热处理钢筋：将HRB400、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工工艺碳素钢丝光面钢丝：一般以钢绞线的形式应用刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力(indentedwire)钢绞线不同数量钢丝成螺旋状铰绕在一起。其中7股用得较多。强度高柔软，盘弯运输，在大跨桥中用。螺旋肋钢丝：先张法预应力混凝土，粘结性能良好4.1钢筋的分类4钢筋2024/12/24外形种类强度级别强度等级代号ftk屈服强度(MPa)工程符号直径范围d/mm光圆钢筋低碳钢IR235(HPB235)2358-20带肋钢筋低合金钢IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余热处理KL400(RRB)4408-40常用热轧钢筋R4钢筋表面形状：plain屈服强度HPB235生产工艺：hotrolled钢筋：barHRB335hotrolledribbedbarRRB400Remainedheattreatmentribbedbar2024/12/24HPB235：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是目前主要应用的钢筋品种之一；HRB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是今后主要应用的钢筋品种之一；RRB400：是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降低，余热处理后塑性有所改善。一般冷拉后作预应力筋2024/12/24混凝土结构设计规范GB50010-2010牌号符号公称直径

d（mm）屈服强度标准值

fyk（N/mm2）极限强度标准值

fstk（N/mm2）HPB300

6～22300420HRB335

6～50335455HRBF335

HRB400

6～50400540HRBF400

RRB400

HRB500

6～50500630使用原则：优先使用400MPa级钢筋;积极推广500MPa级钢筋;取消235MPa光圆钢筋;逐步限制、淘汰335MPa级钢筋。2024/12/242024/12/24强度指标的确定(钢材废品限值)ftk强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-2×均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值《公路桥规》：钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。4钢筋2024/12/24

BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降冷拉经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化。*温度过高(450度以上)强度有所降低而塑性性能却有所增加,温度超过700度，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋再焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉！！4钢筋在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度的某一应力值，然后卸载至零。2024/12/24冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度，但塑性降低。将钢筋(HPB235)用强力拔过比本身直径小的硬质合金拔丝模，使钢筋产生塑性变形，同时拉伸力和挤压力。4钢筋2024/12/242024/12/24按外形4.1钢筋的分类光圆(round)：表面平整，截面为圆形变形或带肋(deformed,ribbed)螺纹钢筋人字纹月牙纹4钢筋2024/12/242024/12/24按供应方式4.1钢筋的分类盘圆或盘条钢筋：直径为6-10mm的钢筋卷成圆盘直条或碾条钢筋：直径大于12mm的钢筋轧成6-12m长一根4钢筋2024/12/244.2钢筋的强度和变形有明显屈服点的钢筋(软钢)无明显屈服点的钢筋(硬钢)单向拉伸实验4钢筋2024/12/24

AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点fu拉断BC段为屈服平台CD段为强化段标距有明显屈服点的钢筋钢筋计算的基本指标fy

屈服下限结构构件某一截面屈服后，将在荷载不增加的情况下产生持续的塑性变形，构件可能在钢筋未进入强化段前就产生过大的变形和裂缝，结构不能正常使用或已破坏。在RC构件中，受到混凝土极限应变的限制，截面达到破坏时钢筋不大可能进入这样大的应变状态。fyfy/fu屈强比:反映出结构可靠性能的大小,小表明结构的可靠储备越大,一般要求<0.8。

极限强度2024/12/24钢筋种类Es(×105MPa)R2352.1HRB335,HRB400,KL4002.04钢筋（1）理想弹塑性模型（2）三段线性模型钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同：Es

钢筋的应力—应变简化模型

有明显屈服点的钢筋2024/12/24有明显屈服点的钢筋塑性性能：延伸率，冷弯性能延伸率(ElongationRate)(ductilityrate)l0—钢筋拉伸试验试件的应变量侧标距，常采用l0=5d(

5)或l0=10d(

10)，l—钢筋拉断或重新拼和后量侧断口两侧的标距，即产生残留伸长后的标距。延性好4钢筋l0l2024/12/24延伸率缺陷

仅反映钢筋残余变形，包含断口颈缩区域的局部变形；忽略弹性变形，不能反映钢筋的总体变形能力；人为误差影响较大2024/12/24l0—不包含颈缩区拉伸前的量测标距长度l—拉伸断裂后不包含颈缩区的量测标距长度

b—最大拉伸应力Es—钢筋的弹性模量4钢筋均匀拉伸率2024/12/24有明显屈服点的钢筋冷弯性能(ColdBendingProperty)将钢筋在常温下绕一定直径D(弯心直径)的辊轴弯折一定的角度(冷弯角度)，用放大镜检查试件表面，如无裂缝、分层以及鳞落等现象，认为材料的冷弯性能合格。D越小，

越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性好。4钢筋2024/12/24无明显屈服点的钢筋(硬钢)硬钢(消除应力钢丝，钢绞线):强度高，但

低，塑性差，脆性大加载到拉断，没有明显的屈服段。用其配筋的RC构件，受拉往往突然断裂，没有明显的预兆曲线特性：比例极限a点前:直线，弹性变化a点后:一定的塑性，应力和应变均持续增长极限强度

b:颈缩出现下降段，直到拉断。“协定流限”(条件屈服点)作为强度标准，即加载及卸载后，相应于残余应变为0.2%的应力，用表示，一般相当于

b的70-85%，条件屈服强度：

0.2=0.85

b4钢筋2024/12/244.3钢筋的徐变和松弛徐变(蠕变)Creep应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛StressRelaxation长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施4钢筋2024/12/244.4混凝土结构对钢筋的要求4钢筋

保证构件具有一定的强度储备。（1）适当的屈强比（2）足够的塑性

避免发生脆性破坏。（4）耐久性和耐火性（3）可焊性要求钢筋具备良好的焊接性能。（5）与混凝土具有良好的粘结

必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限的要求。（6）寒冷地区，防止钢筋低温冷脆导致破坏。2024/12/24公路桥涵受力构件的混凝土强度等级按下列规定采用：钢筋混凝土构件不应低于C20，当用HRB400、KL400级钢筋时，不应低于C25。预应力混凝土构件不应低于C40。严寒区、海水区或使用除冰盐且受影响的桥涵构件，不应低于C30；有气态、液态或固态侵蚀物质的环境不应低于C35。3砼4.5混凝土和钢筋的规范要求2024/12/244.4混凝土结构对钢筋的要求《公路桥规》：公路混凝土桥涵的钢筋应按下列规定采用1钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热扎R235、HRB335、HRB400和KL400钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋选用其中的带肋钢筋，按构造要求配置的钢筋网可采用冷扎带肋钢筋。2预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精扎螺纹钢筋。4钢筋2024/12/24目录钢筋混凝土结构的基本概念混凝土结构的发展状况混凝土的强度指标及变形性能钢筋的强度指标及变形性能钢筋和混凝土的粘结性能2024/12/24粘结应力(bondstress)：钢筋与砼接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力5.1粘结力的作用轴心受拉构件裂缝出现前的应力分布

轴力N通过钢筋施加在构件两端。端部随着离开端部距离的增大在距端部lt处，滑移消除。

s减小

c增大取dx体平衡条件可得5粘结2024/12/245.2粘结力的特点拔出实验Pull-outtest粘结强度:最大平均粘结应力F—拉拔力d—钢筋直径l—钢筋埋置长度5粘结2024/12/245.2粘结力的特点5粘结2024/12/24光圆钢筋的粘结破坏

粘结作用5.3粘结破坏机理水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力相对滑移前钢筋与混凝土接触面间的摩擦力钢筋表面粗糙不平的机械咬合力相对滑移后粘结强度：(1.5-3.5MPa)破坏形态：拔出的剪切破坏破坏面为接触面钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力5粘结2024/12/24变形钢筋的粘结破坏变形钢筋胶着力摩擦力机械咬合力主要作用5粘结钢筋开始滑移后，粘结力主要由钢筋凸肋对混凝土的斜向挤压力和界面上的摩擦力组成。粘结强度：(2.5-6.0MPa)

2024/12/24变形钢筋纵向分量径向分量构件纵向开裂劈裂粘结破坏：钢筋外围混凝土较薄,无环向钢筋约束混凝土变形。径向裂缝达到表面，形成沿钢筋的纵向劈裂裂缝。2024/12/24变形钢筋纵向分量径向分量混凝土撕裂混凝土局部挤碎刮出式破坏剪切型粘结破坏：钢筋沿肋外径整体滑移,达到剪切破坏强度。(刮梨式破坏)2024/12/245.4影响粘结强度的因素混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；混凝土浇注时的钢筋位置：水平位置的粘结强度低于竖向位置的钢筋；保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；钢筋的净距：净距小，混凝土发生水平劈裂，粘结强度小；钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小， 所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；5粘结2024/12/24钢筋和混凝土共同工作的基础；混凝土的强度：单压(立方体，棱柱体)，单拉(直接拉伸，劈裂)，双向，三向，以及他们之间的联系。单向受压的变形性能，徐变，收缩钢筋的应力-应变关系：有明显流幅和无