3 筋混凝土結構的設計計算原則

1、鋼筋的品種和力學性能鋼筋的品種和力學性能混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能鋼筋與混凝土的粘結鋼筋與混凝土的粘結 第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能1.1 鋼筋的品種和力學性能鋼筋的品種和力學性能1.1.1 鋼筋的品種鋼筋的品種熱軋鋼筋熱軋鋼筋hpb235hrb335、hrb400、rrb400熱處理鋼筋熱處理鋼筋冷加工鋼筋冷加工鋼筋鋼絲鋼絲冷拔鋼筋冷拔鋼筋冷軋鋼筋冷軋鋼筋冷拉鋼筋冷拉鋼筋碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線1.按加工工藝分類按加工工藝分類第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能2. 按化學成分分類按化學

2、成分分類碳素鋼碳素鋼低合金鋼（合金含量不超過低合金鋼（合金含量不超過3.5%）由含碳量不同分為由含碳量不同分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼3. 按表面形狀不同分類按表面形狀不同分類光圓鋼筋光圓鋼筋變形鋼筋變形鋼筋第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能4.熱軋鋼筋熱軋鋼筋 hpb235(hot-rolled plain steel bar)， 以符號以符號“ ”表示表示 光圓鋼筋，低碳鋼，質量穩(wěn)定，塑性及焊接性能很好，但強光圓鋼筋，低碳鋼，質量穩(wěn)定，塑性及焊接性能很好，但強度稍低。多作為現(xiàn)澆樓板受力鋼筋和箍筋。度稍低。多作為現(xiàn)澆樓板受力鋼筋和箍筋。 hr

3、b335(hot-rolled ribbed steel bar)， 以符號以符號“ ”表示表示， hrb400(hot-rolled ribbed steel bar)， 以符號以符號“ ”表示表示， rrb400(remental hot-rolled ribbed steel bar)， 以符號以符號“ ”表示表示。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能hrb335、hrb400、rrb400都屬于變形帶肋鋼筋，都屬于變形帶肋鋼筋，強度較強度較高，高，塑性和可焊性能較好，與混凝土之間的粘結性能也較好，塑性和可焊性能較好，與混凝土之間的粘結性能也較好，在工程中應用

4、較廣。在工程中應用較廣。第一個字母是鋼筋的加工工藝的英文縮寫，第一個字母是鋼筋的加工工藝的英文縮寫， h為熱軋、為熱軋、r為余熱處理；為余熱處理；第二個字母是鋼筋的表面形狀的英文縮寫，第二個字母是鋼筋的表面形狀的英文縮寫， p為光圓、為光圓、r為變形帶肋；為變形帶肋；第三個字母是鋼筋（第三個字母是鋼筋（bar）的英文縮寫縮寫；）的英文縮寫縮寫；數(shù)字表示鋼筋的強度標準值（單位：數(shù)字表示鋼筋的強度標準值（單位：n/mm2）。）。符號及數(shù)字的含義：符號及數(shù)字的含義：第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能1.1.2 鋼筋的力學性能鋼筋的力學性能 1.軟鋼的力學性能軟鋼的力學性

5、能圖1-2 熱軋鋼筋的 曲線 oa彈性階段彈性階段 b屈服強度屈服強度（受拉強度限值）（受拉強度限值）bcbc流幅流幅cd強化階段強化階段de 頸縮階段頸縮階段 a比例極限比例極限 d極限強度極限強度第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能圖1-3 硬鋼的 曲線 2.硬鋼的力學性能硬鋼的力學性能硬鋼沒有明確的屈服臺硬鋼沒有明確的屈服臺階（流幅），所以計算階（流幅），所以計算中以中以“協(xié)定流限協(xié)定流限”作為作為強強度標準以度標準以 0.2表示，一表示，一般般 0.2相當于抗拉極限強相當于抗拉極限強度度70%85%。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力

6、學性能3. 冷拉鋼筋冷拉鋼筋改變鋼材內部結構，改變鋼材內部結構，提高提高鋼材強度，節(jié)約鋼材鋼材強度，節(jié)約鋼材。圖1-4 鋼筋冷拉后的 曲線冷拉加工的目的冷拉加工的目的：有時效有時效無時效無時效 第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能1.2 混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能1.2.1 混凝土的強度混凝土的強度1.立方體抗壓強度立方體抗壓強度fcu（cubic compressive strength）2.棱柱體抗壓強度棱柱體抗壓強度fc c （ prismatic compressive strength）3.軸心抗拉強度軸心抗拉強度ft（ axial tens

7、ile strength）第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能圖1-5 混凝土雙向應力下的強度曲線圖中：圖中： 雙向受壓，雙向受壓，雙向受拉，雙向受拉，一向受壓，一向受拉。一向受壓，一向受拉。4. 復合應力狀態(tài)下的混凝土強度復合應力狀態(tài)下的混凝土強度 1, 2，（壓，（壓壓），壓），混凝土的強度增加混凝土的強度增加 1, 2，（拉，（拉拉），拉），混凝土強度不變混凝土強度不變 1, 2，（拉，（拉壓），壓），混凝土強度降低。混凝土強度降低。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能圖1-6 混凝土復合受力下的強度曲線單向正應力單向正應力 及剪應

8、力及剪應力 共同作用時共同作用時混凝土的抗剪強度隨混凝土的抗剪強度隨拉應力增加而降低拉應力增加而降低?；炷恋目辜魪姸入S混凝土的抗剪強度隨壓應力增加有所提高；壓應力增加有所提高；但當壓應力過大時，但當壓應力過大時，混凝土的抗剪強度有混凝土的抗剪強度有所降低。所降低。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能 工程應用：工程應用： 約束混凝土約束混凝土 鋼管砼鋼管砼 密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋三向受壓時三向受壓時圖1-7 混凝土三向受力的強度曲線混凝土一向抗壓強混凝土一向抗壓強度隨另兩向壓應力度隨另兩向壓應力的增加而增加的增加而增加第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋

9、混凝土材料的力學性能1.2.2 混凝土的變形混凝土的變形變形分類變形分類受力變形受力變形體積變形體積變形單調短期加載的變形單調短期加載的變形荷載長期作用下的變形荷載長期作用下的變形多次重復加載的變形多次重復加載的變形收縮變形溫度變化引起的變形第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能1.1.一次短期加載時的變形一次短期加載時的變形2ccc2上升段：上升段：下降段下降段： ccucc15.01圖1-8 混凝土單軸受壓 關系曲線 比例極限點臨界點拐點峰點收斂點曲線末梢 cu 01 1）應力應變曲線）應力應變曲線第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能圖

10、1-9 不同強度的混凝土的 曲線cu越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性(指構件最終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力指構件最終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力) 越好。越好?；炷恋膹姸鹊燃壴礁?，混凝土的強度等級越高，上升段長，峰點越高，峰上升段長，峰點越高，峰值應變也有所增大；下降值應變也有所增大；下降段越陡。段越陡。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能2 2）混凝土的彈性模量、變形模量）混凝土的彈性模量、變形模量一般把過原點的切線的斜率作為混凝一般把過原點的切線的斜率作為混凝土的彈性模量，也稱初始彈性模量。土的彈性

11、模量，也稱初始彈性模量。ec = (n/mm2) cuf7 .342 . 2105應力應力 c較大時的混凝土應力與應變之比稱為變形模量，較大時的混凝土應力與應變之比稱為變形模量，ec=ec 。彈性系數(shù)彈性系數(shù)1，隨應力增大而減小。，隨應力增大而減小。變形模量（變形模量（ ec） 彈性模量（彈性模量（ec） 彈性模量變形模量圖1-10 一次短期加載的混凝土的 曲線第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能3）混凝土的極限變形）混凝土的極限變形 混凝土的極限變形除與混凝土本身性質及所處應力狀態(tài)有關混凝土的極限變形除與混凝土本身性質及所處應力狀態(tài)有關外，還與試驗方法外，還與試驗

12、方法( (加載速度量測標距等加載速度量測標距等) )有關，如加載速度較快有關，如加載速度較快時，極限應變將減??；反之極限應變將增大。時，極限應變將減?。环粗畼O限應變將增大。極限壓應變極限壓應變cu 計算時，計算時，均勻受壓取均勻受壓取cu=0.002，非均勻受壓取，非均勻受壓取cu =0.0033。極限拉應變極限拉應變tu計算時一般取計算時一般取tu =0.0001。tu反映了混凝土的抗裂能力大小反映了混凝土的抗裂能力大小.第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能2.混凝土在長期荷載下的變形混凝土在長期荷載下的變形徐變徐變1 1）概念：）概念：混凝土構件或材料在不變荷載

13、或應力長期作用下，其混凝土構件或材料在不變荷載或應力長期作用下，其變形或應變隨時間而不斷增長，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變變形或應變隨時間而不斷增長，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。 圖1-11 混凝土徐變（應變與時間關系曲線） 第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能（1）長期荷載作用下的應力大?。╅L期荷載作用下的應力大?。?）加荷時混凝土的齡期）加荷時混凝土的齡期（3）混凝土的組成成分和配合比）混凝土的組成成分和配合比（4）養(yǎng)護及使用條件溫度和濕度）養(yǎng)護及使用條件溫度和濕度 （5）構件的形狀及尺寸）構件的形狀及尺寸2）徐變的影響因素：徐變的影響因素：3）徐變對混凝土結構的影響

14、徐變對混凝土結構的影響: :（1）使結構的變形增大）使結構的變形增大（2）造成較大的預應力損失）造成較大的預應力損失（3）引起應力重分布）引起應力重分布第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能3.混凝土的收縮混凝土的收縮 1 1）概念：）概念： 混凝土在空氣中結硬時，由于溫濕度及本身化學變化的影混凝土在空氣中結硬時，由于溫濕度及本身化學變化的影響，體積隨時間增長而減小的現(xiàn)象稱為收縮。響，體積隨時間增長而減小的現(xiàn)象稱為收縮。 2）對結構構件的影響：）對結構構件的影響： 外部受到地基或支承條件的約束構件，混凝土可能開裂。外部受到地基或支承條件的約束構件，混凝土可能開裂。造成

15、預應力損失。造成預應力損失。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能1.3 鋼筋與混凝土的粘結鋼筋與混凝土的粘結 1.3.1 鋼筋與混凝土之間的粘結力鋼筋與混凝土之間的粘結力 鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產生剪應力，鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產生剪應力，通常把這種剪應力稱為粘結應力。通常把這種剪應力稱為粘結應力。粘結力是在鋼筋和混凝土接粘結力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對滑移的剪切力觸面上阻止兩者相對滑移的剪切力。粘結應力的計算粘結應力的計算sss41duab圖1-12 拉拔鋼筋試驗第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的

16、力學性能 根據(jù)鋼筋拉拔試驗，通過單元根據(jù)鋼筋拉拔試驗，通過單元體內力分析得出粘結應力計算式：體內力分析得出粘結應力計算式：1 1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學膠著力）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學膠著力( (膠力膠力) ) ；2）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產生的摩擦力（摩阻力）。）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產生的摩擦力（摩阻力）。3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合力機械咬合力。1）光面鋼筋粘結力主要來自膠結力和摩阻力，）光面鋼筋粘結力主要來自膠結力和摩阻力，2）變形鋼筋的粘結力主要來自機械咬合作用。）變形鋼筋的粘結力主要來自機械咬合作用。3

17、）可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。）可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。粘結作用分析粘結作用分析粘結力的組成粘結力的組成第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能關于機械咬合力關于機械咬合力光圓鋼筋光圓鋼筋咬合力來自表面的粗糙不平。咬合力來自表面的粗糙不平。變形鋼筋變形鋼筋變形鋼筋的橫肋對混凝土的擠壓如同一個楔，變形鋼筋的橫肋對混凝土的擠壓如同一個楔，會產生很大的機械咬合力，從而提高了變形鋼筋的粘結能力會產生很大的機械咬合力，從而提高了變形鋼筋的粘結能力粘結破壞形式粘結破壞形式 變形鋼筋的粘結破壞：變形鋼筋的粘結破壞：橫肋擠壓混凝土使鋼筋周圍橫肋擠

18、壓混凝土使鋼筋周圍混凝土開裂滑移變形加快，混凝土開裂滑移變形加快，肋間混凝土剪切強度不夠，肋間混凝土剪切強度不夠，發(fā)生發(fā)生“刮梨式刮梨式” 拔出破壞。拔出破壞。圖1-13 鋼筋橫肋對混凝土的擠壓力1-鋼筋凸肋上的擠壓力；2-內部裂縫第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能（1）混凝土強度?；炷翉姸取?（2 2）鋼筋的表面狀況。）鋼筋的表面狀況。 （3）混凝土保護層厚度和鋼筋的凈間距。）混凝土保護層厚度和鋼筋的凈間距。 （4）橫向配筋。）橫向配筋。（5）側向壓應力。）側向壓應力。（6）澆筑混凝土時鋼筋的位置。）澆筑混凝土時鋼筋的位置。 鋼筋即將拔出時的極限狀態(tài)對應的平均

19、粘結應力，稱為鋼筋即將拔出時的極限狀態(tài)對應的平均粘結應力，稱為粘結強度。粘結強度。 影響粘結強度的因素影響粘結強度的因素 光面鋼筋的粘結破壞：鋼筋從混凝土中拔出時，表面光面鋼筋的粘結破壞：鋼筋從混凝土中拔出時，表面有明顯的縱向摩擦痕跡。有明顯的縱向摩擦痕跡。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能1.3.2 鋼筋的錨固與接頭鋼筋的錨固與接頭1.1.鋼筋的錨固鋼筋的錨固 錨固長度錨固長度la a，它可根據(jù)鋼筋應力達到屈服強度時，鋼筋才被拔，它可根據(jù)鋼筋應力達到屈服強度時，鋼筋才被拔動的條件確定，由鋼筋的受力平衡條件得動的條件確定，由鋼筋的受力平衡條件得fyas= lab

20、ula= fyas /（b u）=fyd/（4b ） 可知，鋼筋強度越高，直徑越粗，混凝土強度越低，則可知，鋼筋強度越高，直徑越粗，混凝土強度越低，則要求錨固長度越長。要求錨固長度越長。 對于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓時會側向鼓脹，對混凝土產對于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓時會側向鼓脹，對混凝土產生擠壓，增加了粘結力，所以它的錨固長度可以短些。生擠壓，增加了粘結力，所以它的錨固長度可以短些。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能圖1-15 鋼筋彎鉤的形式與尺寸圖1-14 鋼筋機械錨固的形式 機械錨固的形式可以提高鋼筋的錨固力，減少錨固長度。機械錨固的形式可以提高鋼筋的錨固力，減少錨固長度。受力的光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤以保證光面鋼筋粘結錨固的可靠性。受力的光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤以保證光面鋼筋粘結錨固的可靠性。第第2 2章章 鋼筋混凝土材料的力學性能鋼筋混凝土材料的力學性能2.鋼筋的連接鋼筋的連接 鋼筋連接的原則鋼筋連接的原則（1）接頭應盡量設置在受力較小處，以降低接頭對鋼筋傳力）接頭應盡量設置在受力較小處，以降低接頭對鋼筋傳力的影響程度。的影響程度。（2