混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理n第第1章章 緒論緒論n第第2章章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能n第第3章章 受彎構(gòu)件的正截面受彎性能受彎構(gòu)件的正截面受彎性能n第第4章章 受彎構(gòu)件的斜截面承載力受彎構(gòu)件的斜截面承載力n第第5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力n第第6章章 受拉構(gòu)件的截面承載力受拉構(gòu)件的截面承載力n第第7章章 受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力n第第8章章 撓度、裂縫寬度驗(yàn)算及延性和耐久性撓度、裂縫寬度驗(yàn)算及延性和耐久性n第第9章章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件第第2章章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能n本章主

2、要內(nèi)容本章主要內(nèi)容n砼的強(qiáng)度，影響砼強(qiáng)度的因素砼的強(qiáng)度，影響砼強(qiáng)度的因素n砼的變形、砼的變形、曲線，砼的收縮和徐變，影響砼變形曲線，砼的收縮和徐變，影響砼變形的因素的因素n鋼筋的級(jí)別、品種及冷加工鋼筋的級(jí)別、品種及冷加工n軟鋼、硬鋼的概念，鋼筋的強(qiáng)度和變形，鋼筋的軟鋼、硬鋼的概念，鋼筋的強(qiáng)度和變形，鋼筋的曲線曲線n砼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求砼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求n鋼筋與砼的粘結(jié)，鋼筋的錨固鋼筋與砼的粘結(jié)，鋼筋的錨固n教學(xué)要求教學(xué)要求n理解混凝土單軸受壓的應(yīng)力理解混凝土單軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其應(yīng)用應(yīng)變曲線及其應(yīng)用n了解混凝土和鋼筋的主要力學(xué)指標(biāo)、性能和工程應(yīng)用了解混凝土和鋼筋的主要力學(xué)指標(biāo)、性能

3、和工程應(yīng)用n理解鋼筋與混凝土粘結(jié)的重要性和機(jī)理，知道鋼筋錨理解鋼筋與混凝土粘結(jié)的重要性和機(jī)理，知道鋼筋錨固長度的要求固長度的要求2.1.1單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度2.1 混凝土的物理力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能1、砼的立方體抗壓強(qiáng)度、砼的立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k(cubic compressive strength of concrete)和強(qiáng)度等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)(strength classes of concrete)我國是以邊長為我國是以邊長為150毫米的立方體試塊，在毫米的立方體試塊，在203C的溫度的溫度和相對(duì)濕度在和相對(duì)濕度在90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)以

4、上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28天，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)天，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有方法測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度保證率的抗壓強(qiáng)度(N/mm2)作為砼的強(qiáng)度作為砼的強(qiáng)度等級(jí)等級(jí),用用fcu,k表示。表示。注意：砼的立方體試塊的抗壓強(qiáng)度比較穩(wěn)定，也容易在實(shí)驗(yàn)室測出，因此注意：砼的立方體試塊的抗壓強(qiáng)度比較穩(wěn)定，也容易在實(shí)驗(yàn)室測出，因此我國把砼立方體抗壓強(qiáng)度作為砼強(qiáng)度的基本指標(biāo)，它是砼強(qiáng)度的一種象征，我國把砼立方體抗壓強(qiáng)度作為砼強(qiáng)度的基本指標(biāo)，它是砼強(qiáng)度的一種象征，而實(shí)際工程中的砼一般并不是以立方體形態(tài)出現(xiàn)，因此砼立方體抗壓強(qiáng)度而實(shí)際工程中的砼一般并不是以立方體形態(tài)出現(xiàn)，因此砼立方體抗壓強(qiáng)度并不能直接用于工程

5、設(shè)計(jì)。立方體抗壓強(qiáng)度也沒有設(shè)計(jì)值。并不能直接用于工程設(shè)計(jì)。立方體抗壓強(qiáng)度也沒有設(shè)計(jì)值。 我國我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的砼強(qiáng)度等級(jí)有規(guī)定的砼強(qiáng)度等級(jí)有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共十四個(gè)等級(jí)。其中共十四個(gè)等級(jí)。其中C50及以下為普通混凝及以下為普通混凝土土(normal-strength concrete) ， C55及以上為高強(qiáng)度混凝土及以上為高強(qiáng)度混凝土(high-strength concrete)。 如如C30表示該強(qiáng)度等級(jí)的砼的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為：表示該強(qiáng)度等級(jí)的砼的立方體抗壓強(qiáng)度

6、標(biāo)準(zhǔn)值為：fcu,k =30 N/mm2。 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20 ，同時(shí)，混凝，同時(shí)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)與鋼筋的強(qiáng)度級(jí)別相匹配，如采用土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)與鋼筋的強(qiáng)度級(jí)別相匹配，如采用400MPa及及以上鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不應(yīng)低于以上鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不應(yīng)低于C25。2、砼的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）、砼的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）fck (concrete compressive strength ) 實(shí)際上砼結(jié)構(gòu)的受壓一般不是立方體而是棱柱體，所以實(shí)際上砼結(jié)構(gòu)的受壓一般不是立方體而是棱柱體，所以采用棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度

7、更能反映砼的實(shí)際情況，我國采采用棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度更能反映砼的實(shí)際情況，我國采用用150150300的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下測得的具有測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度作為棱柱體抗壓強(qiáng)度即軸保證率的抗壓強(qiáng)度作為棱柱體抗壓強(qiáng)度即軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值(characteristic value)，用，用fck 表示。表示。根據(jù)試驗(yàn)得到根據(jù)試驗(yàn)得到 fck 和和 fcu,k 的統(tǒng)計(jì)平均值之間的關(guān)系大致如下：的統(tǒng)計(jì)平均值之間的關(guān)系大致如下： fck =0.88c1c2 fcu,k （2-1） 式式中：中：c1為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之

8、比，為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，C50以下以下C80， c1值對(duì)應(yīng)為值對(duì)應(yīng)為0.760.82，在此之間為線性內(nèi)插；，在此之間為線性內(nèi)插；c2為高強(qiáng)砼脆性為高強(qiáng)砼脆性折減系數(shù)，折減系數(shù)， C40以下以下C80，c2值對(duì)應(yīng)為值對(duì)應(yīng)為1.00.87，在此之間，在此之間為線性內(nèi)插；為線性內(nèi)插；3、砼的軸心抗拉強(qiáng)度、砼的軸心抗拉強(qiáng)度tk (tensile strength of concrete)測定砼的抗拉強(qiáng)度可采用直接軸拉試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)（間接）測定砼的抗拉強(qiáng)度可采用直接軸拉試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)（間接）兩種方法。兩種方法。150200150PP由試驗(yàn)得到的由試驗(yàn)得到的tk和和cu,k的關(guān)系為：的關(guān)系為：t

9、k 0.88 0.395(cu,k)0.55 (11.645) 0.45c2 (2-3) 式中，式中，變異系數(shù)變異系數(shù)直接軸拉試驗(yàn)由直接軸拉試驗(yàn)由100100500的標(biāo)準(zhǔn)試件，兩端埋入直徑的標(biāo)準(zhǔn)試件，兩端埋入直徑為為16的變形鋼筋（試件內(nèi)長度為的變形鋼筋（試件內(nèi)長度為150）并對(duì)鋼筋進(jìn)行張拉（見）并對(duì)鋼筋進(jìn)行張拉（見下圖）。下圖）。劈裂試驗(yàn)比直接受拉試驗(yàn)劈裂試驗(yàn)比直接受拉試驗(yàn)容易做，可以采用圓柱體容易做，可以采用圓柱體或立方體試塊，如右圖或立方體試塊，如右圖:當(dāng)測得試塊劈裂破壞時(shí)壓當(dāng)測得試塊劈裂破壞時(shí)壓力機(jī)的壓力力機(jī)的壓力 F ，則根據(jù)彈，則根據(jù)彈性理論，可按下式計(jì)算砼性理論，可按下式計(jì)算砼的

10、抗拉強(qiáng)度：的抗拉強(qiáng)度：ddFFFF式中式中 ：d 圓柱體直徑或圓柱體直徑或 立方體邊長；立方體邊長； l 圓柱體長或立圓柱體長或立 方體邊長。方體邊長。dlFft /20 （2-4）0tf劈裂面應(yīng)劈裂面應(yīng)力分布力分布2.1.2復(fù)合受力狀態(tài)下砼的強(qiáng)度（復(fù)合受力狀態(tài)下砼的強(qiáng)度（strength of concrete under combined stress )2/01/00.10.11.01.01221工程中的砼構(gòu)件一般均處在復(fù)合受力狀態(tài)工程中的砼構(gòu)件一般均處在復(fù)合受力狀態(tài)目前還沒有較完善的砼復(fù)合受力狀態(tài)目前還沒有較完善的砼復(fù)合受力狀態(tài)計(jì)算理論計(jì)算理論, ,主要借助于有限的試驗(yàn)資料，主要借助于

11、有限的試驗(yàn)資料，推薦一些近似方法作為計(jì)算依據(jù)。推薦一些近似方法作為計(jì)算依據(jù)。如右圖所示，砼如右圖所示，砼雙向受力雙向受力的強(qiáng)度特點(diǎn)：的強(qiáng)度特點(diǎn)：（1）砼雙向受壓）砼雙向受壓時(shí)時(shí)強(qiáng)度可提高，最多強(qiáng)度可提高，最多可比單向受壓提高可比單向受壓提高27%； （2）雙向異號(hào)應(yīng)力使強(qiáng)度降低；）雙向異號(hào)應(yīng)力使強(qiáng)度降低； （3）砼雙向受砼雙向受拉時(shí)拉時(shí)強(qiáng)度強(qiáng)度變化不大。變化不大。1、砼砼雙向受力的強(qiáng)度曲線雙向受力的強(qiáng)度曲線2、法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合作用強(qiáng)度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合作用強(qiáng)度曲線/ fc/ fc1.00-0.10.1從圖中可看出：從圖中可看出：（1）隨著法向壓力增加抗剪強(qiáng)度開始可以增加，當(dāng)法向應(yīng)

12、）隨著法向壓力增加抗剪強(qiáng)度開始可以增加，當(dāng)法向應(yīng)力增大到一定值后抗剪強(qiáng)度下降；力增大到一定值后抗剪強(qiáng)度下降；（2）抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減小，或者說剪應(yīng)力的存）抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力的增大而減小，或者說剪應(yīng)力的存在使抗拉強(qiáng)度降低。在使抗拉強(qiáng)度降低。3、 三向受壓狀態(tài)三向受壓狀態(tài)通過常規(guī)三軸試驗(yàn)可以得到如下結(jié)論：通過常規(guī)三軸試驗(yàn)可以得到如下結(jié)論：當(dāng)當(dāng)2 =L 0，則，則1方向的強(qiáng)度可以大大提高，設(shè)該方向的強(qiáng)度為方向的強(qiáng)度可以大大提高，設(shè)該方向的強(qiáng)度為cc ，則有：，則有：cc = c + L （2-5）式中：式中： c 無側(cè)向壓力時(shí)的軸心抗壓強(qiáng)度；無側(cè)向壓力時(shí)的軸心抗壓強(qiáng)度； 側(cè)向壓應(yīng)力系數(shù)，一般側(cè)

13、向壓應(yīng)力系數(shù)，一般=4.57.0，平均值為，平均值為5.6，當(dāng)，當(dāng)L 較小較小時(shí)時(shí)取較大值。取較大值。L 側(cè)向約束壓應(yīng)力。側(cè)向約束壓應(yīng)力。2222工程上，可以通過在混凝土受壓構(gòu)件工程上，可以通過在混凝土受壓構(gòu)件中設(shè)置密排螺旋箍筋或環(huán)箍來約束核中設(shè)置密排螺旋箍筋或環(huán)箍來約束核心混凝土，使之處于三向受壓狀態(tài)，心混凝土，使之處于三向受壓狀態(tài)，以提高混凝土的抗壓承載力。鋼管混以提高混凝土的抗壓承載力。鋼管混凝土也是利用混凝土的這個(gè)性質(zhì)。凝土也是利用混凝土的這個(gè)性質(zhì)。2.1.3 砼的變形砼的變形 （deformation of concrete )砼的變形砼的變形受力變形受力變形體積變形體積變形一次短期

14、加載一次短期加載多次重復(fù)加載多次重復(fù)加載長期荷載作用（徐變）長期荷載作用（徐變）收縮收縮溫度變化溫度變化變形與荷載無關(guān)變形與荷載無關(guān)1、砼在一次短期加載時(shí)的變形性能砼在一次短期加載時(shí)的變形性能（1）砼在一次短期加載時(shí)的）砼在一次短期加載時(shí)的曲線曲線OA段段：A點(diǎn)應(yīng)力為點(diǎn)應(yīng)力為(0.30.4)c ，可認(rèn)為是理想彈性變形，可認(rèn)為是理想彈性變形， 曲線呈直線，此階段為彈性階段曲線呈直線，此階段為彈性階段。A(比例極限比例極限) B(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))C(峰值點(diǎn)峰值點(diǎn))D(拐點(diǎn)拐點(diǎn))E(收斂點(diǎn)收斂點(diǎn))FO0.8 cc(0.30.4)c0上升段：上升段：OC下降段：下降段：CE上升段（上升段（OC段）：段）

15、：A(比例極限比例極限) B(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))C(峰值點(diǎn)峰值點(diǎn))D(拐點(diǎn)拐點(diǎn))E(收斂點(diǎn)收斂點(diǎn))FO0.8 cc(0.30.4)c0AB段段： 曲線呈曲線，砼呈現(xiàn)塑性性質(zhì)，為彈塑性階段。曲線呈曲線，砼呈現(xiàn)塑性性質(zhì)，為彈塑性階段。此時(shí)砼內(nèi)已產(chǎn)生微裂縫，但如不再增加荷載，裂縫的開展是此時(shí)砼內(nèi)已產(chǎn)生微裂縫，但如不再增加荷載，裂縫的開展是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。B點(diǎn)應(yīng)力約為點(diǎn)應(yīng)力約為0.8 c 。A(比例極限比例極限) B(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))C(峰值點(diǎn)峰值點(diǎn))D(拐點(diǎn)拐點(diǎn))E(收斂點(diǎn)收斂點(diǎn))FO0.8 cc(0.30.4)c0BC段段：此時(shí)裂縫的開展進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)變?cè)鲩L進(jìn)一步：此時(shí)裂縫的開展進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)變

16、增長進(jìn)一步加快，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到加快，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到C點(diǎn)即為砼的最大承載力點(diǎn)即為砼的最大承載力c ，相應(yīng)的應(yīng)變，相應(yīng)的應(yīng)變0 =0.00150.0025，常取，常取0 =0.002。A(比例極限比例極限) B(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))C(峰值點(diǎn)峰值點(diǎn))D(拐點(diǎn)拐點(diǎn))E(收斂點(diǎn)收斂點(diǎn))FO0.8 cc(0.30.4)c0在應(yīng)力達(dá)到峰值后，試件的承載力隨應(yīng)變?cè)鲩L逐漸減小，即在應(yīng)力達(dá)到峰值后，試件的承載力隨應(yīng)變?cè)鲩L逐漸減小，即出現(xiàn)出現(xiàn)“應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化（strain softening）”現(xiàn)象。此時(shí)裂縫迅速發(fā)現(xiàn)象。此時(shí)裂縫迅速發(fā)展，砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到越來越嚴(yán)重的破壞，試件的平展，砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到越來越嚴(yán)重的破

17、壞，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，而變形繼續(xù)增加，曲線向下彎曲直至均應(yīng)力強(qiáng)度下降，而變形繼續(xù)增加，曲線向下彎曲直至“拐拐點(diǎn)點(diǎn)”D，過了，過了D點(diǎn)裂縫已裂穿，變形迅速增加，點(diǎn)裂縫已裂穿，變形迅速增加，EF段貫穿的段貫穿的裂縫已很寬，對(duì)無側(cè)向約束的砼已失去意義，裂縫已很寬，對(duì)無側(cè)向約束的砼已失去意義，F(xiàn)為破壞點(diǎn)。為破壞點(diǎn)。下降段（下降段（CE段）：段）：注意：下降段是注意：下降段是在試驗(yàn)機(jī)剛度很在試驗(yàn)機(jī)剛度很大的前提下才能大的前提下才能測出的。測出的。幾個(gè)特征點(diǎn)：幾個(gè)特征點(diǎn)：A點(diǎn)：比例極限，砼的變形由點(diǎn)：比例極限，砼的變形由彈性向塑性過度點(diǎn)；彈性向塑性過度點(diǎn)；B點(diǎn)：臨界應(yīng)力點(diǎn)，裂縫從穩(wěn)點(diǎn)：臨界應(yīng)力點(diǎn)，裂

18、縫從穩(wěn)定到非穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，定到非穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，B=0.8 c 為為長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度；長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度；C點(diǎn)：應(yīng)力最大點(diǎn)，點(diǎn)：應(yīng)力最大點(diǎn)，C= 0= c ，相應(yīng)的應(yīng)變相應(yīng)的應(yīng)變C =0=0.002；D點(diǎn)：點(diǎn)：“拐點(diǎn)拐點(diǎn)”，曲率為零；，曲率為零；E點(diǎn)：點(diǎn)：“收斂點(diǎn)收斂點(diǎn)”，曲率最大；，曲率最大；F點(diǎn)：破壞點(diǎn)，對(duì)于一般砼無點(diǎn)：破壞點(diǎn)，對(duì)于一般砼無實(shí)際意義。實(shí)際意義。A(比例極限比例極限) B(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))C(峰值點(diǎn)峰值點(diǎn))D(拐點(diǎn)拐點(diǎn))E(收斂點(diǎn)收斂點(diǎn))FO0.8 cc(0.30.4)c0注意幾個(gè)問題：注意幾個(gè)問題： 砼的極限壓應(yīng)變砼的極限壓應(yīng)變cu一般可一般可達(dá)達(dá)0.0040.006，

19、cu中包括彈中包括彈性變形和塑性變形，如果塑性性變形和塑性變形，如果塑性變形大則砼的延性好，與鋼筋變形大則砼的延性好，與鋼筋類似，一般砼的強(qiáng)度等級(jí)越高類似，一般砼的強(qiáng)度等級(jí)越高cu 越小，延性越差。在計(jì)算越小，延性越差。在計(jì)算時(shí)一般取時(shí)一般取 cu = 0.0033。砼砼曲線的形狀和特征曲線的形狀和特征是砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)是砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)標(biāo)志。標(biāo)志。A(比例極限比例極限) B(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))C(峰值點(diǎn)峰值點(diǎn))D(拐點(diǎn)拐點(diǎn))E(收斂點(diǎn)收斂點(diǎn))FO0.8 cc(0.30.4)c0不同強(qiáng)度砼的不同強(qiáng)度砼的曲線比較曲線比較不同強(qiáng)度的砼的不同強(qiáng)度的砼的曲線形狀相似，曲線形狀相似，但也有本

20、質(zhì)的不同，但也有本質(zhì)的不同，高強(qiáng)砼加載時(shí)的線性高強(qiáng)砼加載時(shí)的線性段范圍增大（可達(dá)段范圍增大（可達(dá)0.70.9fc），峰值應(yīng)），峰值應(yīng)變變0也略有增大，但也略有增大，但峰值后曲線驟然下跌，峰值后曲線驟然下跌，表現(xiàn)出明顯的脆性，表現(xiàn)出明顯的脆性，強(qiáng)度越高，下跌越陡。強(qiáng)度越高，下跌越陡。見右圖見右圖O02fc3fc1fc20103(0.30.4)c1(0.70.9)c3加載應(yīng)變速度不同時(shí)的砼加載應(yīng)變速度不同時(shí)的砼曲線比較曲線比較O02fc3fc1fc201030.001/min0.001/h0.001/d加載速度影響砼的加載速度影響砼的曲線，加載速度（應(yīng)變速度）越快曲線，加載速度（應(yīng)變速度）越快測得

21、的砼強(qiáng)度越高。測得的砼強(qiáng)度越高。（2）砼單軸受壓砼單軸受壓本構(gòu)關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)模型本構(gòu)關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)模型 cc-1Ed 我國我國規(guī)范規(guī)范建議的建議的砼單軸受壓時(shí)砼單軸受壓時(shí)應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型：模型：ccuc00.5fc其中：其中： 2ccc1-1 nnd c2cccc1-1 d當(dāng)當(dāng)/c1當(dāng)當(dāng)/c1ccscc Ef sccccc- fEEn ncccf011 02506012., kcufn 0020105050002050., kcuf 003301050003305., kcucuf 0cuc0在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我國在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我國規(guī)范規(guī)范采用如下模型：采用如下模型：當(dāng)當(dāng)c0

22、 ：當(dāng)當(dāng)0 c cu ：其中：其中：ccf （3）砼在三向壓力狀態(tài)下的變形特點(diǎn)砼在三向壓力狀態(tài)下的變形特點(diǎn) 試驗(yàn)表明，砼處于三向受壓狀態(tài)不但可以提高它的抗壓強(qiáng)試驗(yàn)表明，砼處于三向受壓狀態(tài)不但可以提高它的抗壓強(qiáng)度，還可以大大提高其延性。度，還可以大大提高其延性。 工程上常用密排螺旋箍筋或環(huán)箍的辦法來約束砼的側(cè)向變工程上常用密排螺旋箍筋或環(huán)箍的辦法來約束砼的側(cè)向變形（相當(dāng)于施加側(cè)向壓力），從而提高砼的延性，改善砼結(jié)形（相當(dāng)于施加側(cè)向壓力），從而提高砼的延性，改善砼結(jié)構(gòu)的抗震性能。構(gòu)的抗震性能。（4）砼的變形模量（）砼的變形模量（modulus of deformation）1cepcOc =e+p

23、原點(diǎn)原點(diǎn)切線切線0割線割線切線切線 由于砼是非彈性材料，由于砼是非彈性材料，所以不能簡單的用彈性所以不能簡單的用彈性模量來簡單的描述應(yīng)力模量來簡單的描述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而要用變形應(yīng)變關(guān)系，而要用變形模量。模量。 砼的變形模量有三種砼的變形模量有三種表示方法：即彈性模量表示方法：即彈性模量（原點(diǎn)切線模量），變（原點(diǎn)切線模量），變形模量（割線模量），形模量（割線模量），以及切線模量，如圖所以及切線模量，如圖所示。示。1cepcOc =e+p原點(diǎn)原點(diǎn)切線切線0割線割線切線切線a、砼的彈性模量、砼的彈性模量Ec（ modulus of elasticity ） 即砼的原點(diǎn)切線模量，它即砼的原點(diǎn)切線模量，

24、它是砼是砼曲線原點(diǎn)切線的斜曲線原點(diǎn)切線的斜率，（見右圖）：率，（見右圖）：Ec = tg0 = c /e （2-10）e砼應(yīng)力為砼應(yīng)力為c時(shí)所產(chǎn)生的彈時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形。性變形。1cepcOc =e+p原點(diǎn)原點(diǎn)切線切線0割線割線切線切線b、砼的變形模量、砼的變形模量Ec （modulus of deformation）即砼即砼曲線的割線模量，曲線的割線模量，Ec =tg 1 = c /c彈性模量和變形模量的關(guān)系：彈性模量和變形模量的關(guān)系：由由c=Ec e= Ec c得：得： Ec = Ec e /c = Ec （2-11a）即有：即有：c= Ecc （2-11b）式中：式中： = e /c 稱

25、為稱為砼受壓時(shí)的彈性系數(shù)。砼受壓時(shí)的彈性系數(shù)。c、砼的切線模量、砼的切線模量Ec”（tangent modulus ）如圖，砼的切線模量如圖，砼的切線模量Ec” =tg d、砼受拉時(shí)的彈性模量、砼受拉時(shí)的彈性模量試驗(yàn)表明砼受拉時(shí)的彈性模量和受壓時(shí)基本相同。計(jì)算中，試驗(yàn)表明砼受拉時(shí)的彈性模量和受壓時(shí)基本相同。計(jì)算中，當(dāng)當(dāng)ct= ft 時(shí)取時(shí)取Et = 0.5Ec ，即取，即取= 0.5。e、砼彈性模量的計(jì)算、砼彈性模量的計(jì)算砼的彈性模量可按下式計(jì)算：砼的彈性模量可按下式計(jì)算：kcuCfE,57.342.210 （N/mm2）（2-13）2、砼在荷載長期作用下的變形性能砼在荷載長期作用下的變形性能

26、徐變（徐變（creep） （1）徐變的概念：）徐變的概念： 砼在荷載長期作用下（保持應(yīng)力不變），砼在荷載長期作用下（保持應(yīng)力不變），應(yīng)變隨時(shí)間而增長的現(xiàn)象稱為砼的徐變。應(yīng)變隨時(shí)間而增長的現(xiàn)象稱為砼的徐變。crelaela elacr T（徐變）（徐變）（瞬時(shí)應(yīng)變）（瞬時(shí)應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（時(shí)間）（時(shí)間）（瞬時(shí)恢復(fù)（瞬時(shí)恢復(fù)）（彈性后效（彈性后效）（2）徐變的特點(diǎn)：）徐變的特點(diǎn)： 開始時(shí)發(fā)展很快，開始時(shí)發(fā)展很快，23年后趨于穩(wěn)定，一般前年后趨于穩(wěn)定，一般前6個(gè)月可完個(gè)月可完成總徐變的成總徐變的7080%，一年內(nèi)完成，一年內(nèi)完成90%； 徐變量大，一般為瞬時(shí)變形的徐變量大，一般為瞬時(shí)變

27、形的14倍，用徐變系數(shù)來反倍，用徐變系數(shù)來反映徐變的大?。河承熳兊拇笮。菏街校菏街校篶r 為總徐變，為總徐變，ela 為瞬時(shí)變形；為瞬時(shí)變形； 卸荷后可恢復(fù)部分變形卸荷后可恢復(fù)部分變形 ，即，即“瞬時(shí)恢復(fù)瞬時(shí)恢復(fù)+彈彈性后效性后效”。41 elacrelaelacrelaela elacr T（徐變）（徐變）（瞬時(shí)應(yīng)變）（瞬時(shí)應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（殘余應(yīng)變）（時(shí)間）（時(shí)間）（瞬時(shí)恢復(fù)（瞬時(shí)恢復(fù)）（彈性后效（彈性后效）（3）產(chǎn)生徐變的原因：）產(chǎn)生徐變的原因： 由于尚未轉(zhuǎn)化成結(jié)晶體的水泥凝膠體受荷后的粘性流動(dòng)，使由于尚未轉(zhuǎn)化成結(jié)晶體的水泥凝膠體受荷后的粘性流動(dòng)，使凝膠體逐漸卸荷，而結(jié)晶體承受的荷載加

28、大，產(chǎn)生彈性變形，凝膠體逐漸卸荷，而結(jié)晶體承受的荷載加大，產(chǎn)生彈性變形，使砼變形增大；使砼變形增大； 砼內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴(kuò)展的結(jié)果。砼內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴(kuò)展的結(jié)果。（4）徐變的影響因素）徐變的影響因素應(yīng)力大小：當(dāng)應(yīng)力大?。寒?dāng) 0.5c 時(shí)，徐變與初應(yīng)力時(shí)，徐變與初應(yīng)力成正比，稱為成正比，稱為線線性徐變性徐變， t 曲線收斂，曲線收斂，為常數(shù)，這種徐變主要是由原因?yàn)槌?shù)，這種徐變主要是由原因引引起的；起的； 當(dāng)當(dāng)0.5c 時(shí)，徐變比應(yīng)力增加快，稱為時(shí)，徐變比應(yīng)力增加快，稱為非線性徐變非線性徐變，這種，這種徐變主要是由于第徐變主要是由于第種原因引起的；種原

29、因引起的； 當(dāng)當(dāng)0.8c 時(shí)，徐變的發(fā)展將最終導(dǎo)致破壞，所以一般取時(shí)，徐變的發(fā)展將最終導(dǎo)致破壞，所以一般取= (0.750.8)c 作為作為砼在長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度砼在長期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度。 砼的組成成分、配合比、養(yǎng)護(hù)條件等。砼的組成成分、配合比、養(yǎng)護(hù)條件等。（5）徐變?cè)斐傻暮蠊┬熳冊(cè)斐傻暮蠊?徐變使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形增加；徐變使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形增加； 徐變對(duì)預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失；徐變對(duì)預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失； 引起鋼筋與砼應(yīng)力的重分布（對(duì)構(gòu)件受力是有利的）。引起鋼筋與砼應(yīng)力的重分布（對(duì)構(gòu)件受力是有利的）。根據(jù)以上分析可知，根據(jù)以上分析可知，構(gòu)件的砼經(jīng)常處在不變的

30、高應(yīng)力狀態(tài)是構(gòu)件的砼經(jīng)常處在不變的高應(yīng)力狀態(tài)是不安全的不安全的。3、砼的收縮變形和膨脹變形（砼的收縮變形和膨脹變形（shrinkage and dilatancy of concrete ） 砼在硬化過程中體積會(huì)發(fā)生變化，在空氣中硬化體積會(huì)砼在硬化過程中體積會(huì)發(fā)生變化，在空氣中硬化體積會(huì)收縮，在水中硬化體積要膨脹，一般收縮值遠(yuǎn)大于膨脹值。收縮，在水中硬化體積要膨脹，一般收縮值遠(yuǎn)大于膨脹值。普通砼的收縮值一般可取普通砼的收縮值一般可取0.0003。 砼的收縮一般兩年后趨于穩(wěn)定，前兩周可完成砼的收縮一般兩年后趨于穩(wěn)定，前兩周可完成25%，一，一個(gè)月可完成個(gè)月可完成50%，三個(gè)月后增長緩慢。，三個(gè)月

31、后增長緩慢。產(chǎn)生收縮的原因產(chǎn)生收縮的原因：化學(xué)收縮（水泥水化反應(yīng)）；化學(xué)收縮（水泥水化反應(yīng)）；干燥失水（干燥失水（ 水泥水化凝固顆粒沉陷析水，干燥蒸發(fā)）；水泥水化凝固顆粒沉陷析水，干燥蒸發(fā)）；碳化作用（氫氧化鈣轉(zhuǎn)化成碳酸鈣）。碳化作用（氫氧化鈣轉(zhuǎn)化成碳酸鈣）。影響因素影響因素：水泥等級(jí)高收縮大；水泥等級(jí)高收縮大；水泥用量多收縮大；水泥用量多收縮大；水灰比大收縮大：水灰比大收縮大：骨料彈性模量小收縮大；骨料彈性模量小收縮大；體表比小收體表比小收縮大；縮大；養(yǎng)護(hù)條件等。養(yǎng)護(hù)條件等。2.1.4 砼在重復(fù)荷載作用下的變形性能砼在重復(fù)荷載作用下的變形性能砼的疲勞砼的疲勞 （fatigue of conc

32、rete )00crce卸荷時(shí)瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變卸荷時(shí)瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變卸荷后彈性后效卸荷后彈性后效殘余應(yīng)變殘余應(yīng)變ae123一次加卸載和重復(fù)加載的區(qū)別一次加卸載和重復(fù)加載的區(qū)別fcf（1）當(dāng)加載的最大應(yīng)力）當(dāng)加載的最大應(yīng)力 ，多次重復(fù)加載后，多次重復(fù)加載后，曲線可以閉合成一條直線，該直線與原點(diǎn)切線平行；曲線可以閉合成一條直線，該直線與原點(diǎn)切線平行；（2）當(dāng)）當(dāng) ，多次重復(fù)加載后，多次重復(fù)加載后， 曲線發(fā)散，即此曲線發(fā)散，即此時(shí)砼內(nèi)微裂縫的發(fā)展不穩(wěn)定；時(shí)砼內(nèi)微裂縫的發(fā)展不穩(wěn)定；（3）該）該 值稱為值稱為疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度（fatigue strength）。）。重復(fù)加載的特點(diǎn)：重復(fù)加載的特點(diǎn)：fccf fc

33、f fcf規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：與疲勞應(yīng)力比有關(guān)，與疲勞應(yīng)力比有關(guān)， fcfcfcmax,min, cfcff 123fcf（2-14）2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1 鋼筋的種類（鋼筋的種類（kinds of steel bar)1、鋼材品種：、鋼材品種：碳素鋼碳素鋼普通低合金鋼普通低合金鋼低碳鋼（軟鋼）低碳鋼（軟鋼）強(qiáng)度低，塑性好，含碳量低于強(qiáng)度低，塑性好，含碳量低于0.25%； 中碳鋼中碳鋼含碳量為含碳量為0.25%0.6%；強(qiáng)度和塑性介于；強(qiáng)度和塑性介于高、低碳鋼之間；高、低碳鋼之間；高碳鋼（硬鋼）高碳鋼（硬鋼）強(qiáng)度高，塑性差，含碳量為強(qiáng)度高，塑性差，含碳量為0.6

34、%1.4%。在碳素鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素如硅、錳、鈦、在碳素鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素如硅、錳、鈦、釩、鉻等，以改變鋼材的性質(zhì)（提高強(qiáng)度，增加釩、鉻等，以改變鋼材的性質(zhì)（提高強(qiáng)度，增加塑性），如錳系（塑性），如錳系（20錳硅、錳硅、25錳硅），硅釩系等錳硅），硅釩系等等。等。細(xì)晶粒鋼細(xì)晶粒鋼不添加或少量添加合金元素，通過控制軋鋼的溫度形成不添加或少量添加合金元素，通過控制軋鋼的溫度形成細(xì)晶粒的金相組織，達(dá)到與添加合金元素相同的效果。細(xì)晶粒的金相組織，達(dá)到與添加合金元素相同的效果。2、鋼筋種類：鋼筋種類：（1）普通鋼筋（熱軋鋼筋）：）普通鋼筋（熱軋鋼筋）：（見附表（見附表2-9、2-11） 普通

35、鋼筋由低碳鋼、普通低合金鋼和普通鋼筋由低碳鋼、普通低合金鋼和細(xì)晶粒鋼細(xì)晶粒鋼軋制而成，軋制而成，新新規(guī)范規(guī)范將普通鋼筋分為四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，即將普通鋼筋分為四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，即300MPa級(jí)、級(jí)、 335MPa級(jí)、級(jí)、 400MPa級(jí)、級(jí)、 500MPa級(jí)。各種級(jí)別鋼筋的牌號(hào)及符號(hào)：級(jí)。各種級(jí)別鋼筋的牌號(hào)及符號(hào)： 300MPa級(jí)：級(jí)：HPB300 （俗稱（俗稱級(jí)），用符號(hào)級(jí)），用符號(hào) 表示；表示； 335MPa級(jí)：級(jí)：HRB335（ ）、）、 HRBF335（ ），俗稱），俗稱級(jí)；級(jí)； 400MPa級(jí)：級(jí)：HRB400（ ）、）、 HRBF400級(jí)（級(jí)（ ） 、 RRB400級(jí)級(jí)（ ），俗稱），俗稱級(jí)

36、；級(jí)；500MPa級(jí)：級(jí)：HRB500（ ）、）、 HRBF500（ ），俗稱），俗稱級(jí)。級(jí)。 其中其中HPB300 鋼筋鋼筋為低碳鋼，強(qiáng)度低，塑性好，可焊性好，表為低碳鋼，強(qiáng)度低，塑性好，可焊性好，表面光圓；面光圓； HRB335、 HRB400、 HRB500為普通低合金鋼筋；為普通低合金鋼筋； HRBF335、 HRBF400、 HRBF500為細(xì)晶粒鋼筋；為細(xì)晶粒鋼筋； RRB400級(jí)為余熱處理月牙紋變形鋼筋。級(jí)為余熱處理月牙紋變形鋼筋。 鋼筋隨著強(qiáng)度等級(jí)提高，其強(qiáng)度增加，塑性變差。鋼筋隨著強(qiáng)度等級(jí)提高，其強(qiáng)度增加，塑性變差。F F R F 這四個(gè)等級(jí)鋼筋中，這四個(gè)等級(jí)鋼筋中，HPB3

37、00級(jí)級(jí)(級(jí)級(jí)) 為表面光圓鋼筋，而其余的為表面光圓鋼筋，而其余的HRB335、 HRBF335 、 HRB400、 HRBF400、 RRB400、 HRB500、 HRBF500鋼筋為表面變形（帶肋）鋼筋，表面形狀有鋼筋為表面變形（帶肋）鋼筋，表面形狀有螺紋、人字紋、月牙紋等，以月牙紋居多。如圖螺紋、人字紋、月牙紋等，以月牙紋居多。如圖2-20。鋼筋的工程應(yīng)用：鋼筋的工程應(yīng)用：為了節(jié)省鋼材用量，為了節(jié)省鋼材用量，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）重點(diǎn)推薦使用高強(qiáng)度和高性能的重點(diǎn)推薦使用高強(qiáng)度和高性能的HRB400和和HRB500鋼筋，因此目鋼筋，因此目前的工程

38、設(shè)計(jì)中，梁、板、柱中的主筋（即縱向受力鋼筋）基本前的工程設(shè)計(jì)中，梁、板、柱中的主筋（即縱向受力鋼筋）基本采用采用HRB400鋼筋，而鋼筋，而HRB500鋼筋由于是新推出鋼筋，目前尚未鋼筋由于是新推出鋼筋，目前尚未在工程中大規(guī)模使用。在工程中大規(guī)模使用。（規(guī)范規(guī)范第第4.2.1條條2：梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用：梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400 、 HRB500 、 HRBF400 、 HRBF500鋼筋）鋼筋） 目前的工程設(shè)計(jì)中箍筋以目前的工程設(shè)計(jì)中箍筋以HRB400、 HRB335、 HPB300為主。為主。 （規(guī)范規(guī)范第第4.2.1條條3：箍筋宜采用：箍筋宜采用HRB400 、

39、HRBF400 、HPB300（級(jí)）、級(jí)）、 HRB500 、 HRBF500 鋼筋，也可采用鋼筋，也可采用HRB335、 HRBF335鋼筋）鋼筋） HRBF鋼筋（細(xì)晶粒鋼筋）、鋼筋（細(xì)晶粒鋼筋）、 HRB500和余熱處理鋼筋和余熱處理鋼筋RRB400 不能用作承受疲勞作用的鋼筋。不能用作承受疲勞作用的鋼筋。在工程設(shè)計(jì)、施工過程中，為了交流方便，人們通常把在工程設(shè)計(jì)、施工過程中，為了交流方便，人們通常把300MPa、 335MPa、 400MPa、 500MPa這四個(gè)級(jí)別的鋼筋稱為這四個(gè)級(jí)別的鋼筋稱為、 、 、 級(jí)鋼筋，但在施工圖和正式文件上不應(yīng)采用此級(jí)鋼筋，但在施工圖和正式文件上不應(yīng)采用此

40、俗稱，應(yīng)采用其以上學(xué)名。俗稱，應(yīng)采用其以上學(xué)名。新規(guī)范修訂內(nèi)容新規(guī)范修訂內(nèi)容新修訂的新修訂的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010（2011.7.1實(shí)實(shí)施施）列入了）列入了500MPa級(jí)鋼筋（級(jí)鋼筋（HRB500、HRBF500）；刪除了）；刪除了2002規(guī)范中的規(guī)范中的HPB235鋼筋，改為鋼筋，改為HPB300鋼筋。鋼筋。熱軋鋼筋的品種及牌號(hào)熱軋鋼筋的品種及牌號(hào)牌號(hào)（種類）牌號(hào)（種類）符符 號(hào)號(hào)公稱直徑公稱直徑d（mm）屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk（N/mm2）極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fstk（N/mm2）HPB300622300420HRB335HRBF3

41、35650335455HRB400HRBF400RRB400650400540HRB500HRBF500650500630F F R F 2.鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值牌號(hào)（種類）牌號(hào)（種類）抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fy（N/mm2）抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fy（N/mm2）HPB300270270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF500435410注：注：HRBF指指采用控溫技術(shù)采用控溫技術(shù)(不加或少加低合金元素不加或少加低合金元素)軋制的軋制的細(xì)晶粒鋼筋細(xì)晶粒鋼筋3.最小配筋率最小配筋率受力

42、類型受力類型最小配筋百分率最小配筋百分率受壓受壓構(gòu)件構(gòu)件全部全部縱向鋼筋縱向鋼筋強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度級(jí)別500N/mm20.50強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度級(jí)別400N/mm20.55強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度級(jí)別300 N/mm2、335 N/mm20.60一側(cè)縱向鋼筋一側(cè)縱向鋼筋0.20梁類受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉構(gòu)件一側(cè)梁類受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉構(gòu)件一側(cè)的受拉鋼筋的受拉鋼筋0.20 和和45ft/fy中的較大值中的較大值注：注：1.受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋最小配筋百分率，當(dāng)采用受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋最小配筋百分率，當(dāng)采用C60 及以上強(qiáng)度及以上強(qiáng)度 等級(jí)的混凝土?xí)r，應(yīng)按表中規(guī)定增加等級(jí)的混凝土?xí)r，應(yīng)按表中規(guī)定增加0.10

43、； 2.板類受彎構(gòu)件的受拉鋼筋，當(dāng)采用強(qiáng)度級(jí)別板類受彎構(gòu)件的受拉鋼筋，當(dāng)采用強(qiáng)度級(jí)別400N/mm2、500 N/mm2 的鋼筋時(shí)，其最小配筋百分率應(yīng)允許采用的鋼筋時(shí)，其最小配筋百分率應(yīng)允許采用0.15和和45f t/f y 中的較大中的較大值值 。4.混凝土保護(hù)層最小厚度（混凝土保護(hù)層最小厚度（mm）注：注：1.混凝土強(qiáng)度等級(jí)不大于混凝土強(qiáng)度等級(jí)不大于C25時(shí)，表中保護(hù)層厚度數(shù)值應(yīng)增加時(shí)，表中保護(hù)層厚度數(shù)值應(yīng)增加5mm； 2.鋼筋混凝土基礎(chǔ)宜設(shè)置混凝土墊層，基礎(chǔ)中鋼筋的混凝土保護(hù)層鋼筋混凝土基礎(chǔ)宜設(shè)置混凝土墊層，基礎(chǔ)中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)從墊層頂面算起，且不應(yīng)小于厚度應(yīng)從墊層頂面算起，且

44、不應(yīng)小于40mm。（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋：（見附表）預(yù)應(yīng)力鋼筋：（見附表2-10、2-12） 預(yù)應(yīng)力鋼筋包括預(yù)應(yīng)力鋼筋包括中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋、消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線等幾大類。消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線等幾大類。 中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲分光面（分光面（ PM ）和螺旋肋（）和螺旋肋（ HM ）兩）兩種，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為種，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為8001270MPa。 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋（ T ）又稱精軋螺紋粗鋼筋，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）又稱精軋螺紋粗鋼筋，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為值為9801230MPa。 消除應(yīng)力鋼絲消除應(yīng)力鋼絲分為光面鋼絲分為光面鋼絲 （P ）、螺旋肋鋼絲）、螺

45、旋肋鋼絲（ H ），是將鋼筋拉、拔后校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并），是將鋼筋拉、拔后校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并穩(wěn)定化處理后制成?？估€(wěn)定化處理后制成?？估瓘?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為14701860MPa。 鋼絞線鋼絞線（ S ）是由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫是由多根高強(qiáng)鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，常用的分為回火處理清除內(nèi)應(yīng)力后而制成，常用的分為3股和股和7股兩種。股兩種。抗拉抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為15701960MPa。2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形鋼筋的強(qiáng)度和變形(strength and deformation of reinforcement)1、鋼筋的應(yīng)力鋼筋

46、的應(yīng)力應(yīng)變（應(yīng)變（）曲線）曲線（1）軟鋼和硬鋼）軟鋼和硬鋼 軟鋼：即有明顯流幅的鋼筋，包括熱軋低碳鋼和普通熱軋低軟鋼：即有明顯流幅的鋼筋，包括熱軋低碳鋼和普通熱軋低合金鋼；合金鋼； 硬鋼：無明顯流幅的鋼筋，即高碳鋼，包括碳素鋼絲、刻痕硬鋼：無明顯流幅的鋼筋，即高碳鋼，包括碳素鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲等。鋼絲、冷拔低碳鋼絲等。（2）軟鋼的）軟鋼的 曲線曲線oabcdeb幾個(gè)特征點(diǎn)：幾個(gè)特征點(diǎn)：a比例極限；比例極限；b屈服點(diǎn)（屈服下限）；屈服點(diǎn)（屈服下限）； b屈屈服點(diǎn)（屈服上限）；服點(diǎn)（屈服上限）； d極限強(qiáng)度；極限強(qiáng)度；e破壞點(diǎn)（斷裂）。破壞點(diǎn)（斷裂）。通過鋼筋的拉伸試驗(yàn)可得到通過鋼筋的拉

47、伸試驗(yàn)可得到曲線如右圖，其應(yīng)力應(yīng)曲線如右圖，其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)可分為四個(gè)階段：變狀態(tài)可分為四個(gè)階段：oa段為彈性階段；段為彈性階段；bc段為屈服階段（流幅或屈服臺(tái)階）；段為屈服階段（流幅或屈服臺(tái)階）；cd段為強(qiáng)化階段；段為強(qiáng)化階段；de段為頸縮階段（破壞階段）。段為頸縮階段（破壞階段）。軟鋼的特點(diǎn)：軟鋼的特點(diǎn)：有明顯屈服點(diǎn)，有流幅過程；有明顯屈服點(diǎn)，有流幅過程；有頸縮現(xiàn)象；有頸縮現(xiàn)象；塑性好；塑性好；屈服強(qiáng)度低（相對(duì)）。屈服強(qiáng)度低（相對(duì)）。 軟鋼的屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的，也是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)鋼筋軟鋼的屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的，也是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)鋼筋強(qiáng)度取值的依據(jù)。強(qiáng)度取值的依據(jù)。（3）硬鋼的硬鋼的曲線

48、曲線0.2%o0.2babc如圖，硬鋼的如圖，硬鋼的曲線有以下特點(diǎn)：曲線有以下特點(diǎn)：無明顯的屈服點(diǎn)和流幅；無明顯的屈服點(diǎn)和流幅；強(qiáng)度高（比軟鋼）；強(qiáng)度高（比軟鋼）；塑性變形?。ㄉ扉L率?。?。塑性變形?。ㄉ扉L率?。?。圖中圖中0.2為為條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度（假定的屈服（假定的屈服點(diǎn)）：即殘余應(yīng)變?yōu)辄c(diǎn)）：即殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力。時(shí)的應(yīng)力。規(guī)范規(guī)范規(guī)定取：規(guī)定?。?0.2 =0.85b ，此處，此處b為硬鋼的極限強(qiáng)度。為硬鋼的極限強(qiáng)度。2、鋼筋的強(qiáng)度和變形指標(biāo)鋼筋的強(qiáng)度和變形指標(biāo)（1）鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)：鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)：包括兩個(gè)指標(biāo)：包括兩個(gè)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

49、時(shí)采用的在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用的設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度是以是以屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度作為取值依作為取值依據(jù)的，主要考慮以下兩個(gè)原因：據(jù)的，主要考慮以下兩個(gè)原因：（1）過屈服點(diǎn)后鋼筋將產(chǎn)生較大的塑性變形，會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生）過屈服點(diǎn)后鋼筋將產(chǎn)生較大的塑性變形，會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生較大的裂縫和撓度，影響結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性；較大的裂縫和撓度，影響結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性；（2）為了使構(gòu)件具有一定的安全（承載力）貯備，可以由）為了使構(gòu)件具有一定的安全（承載力）貯備，可以由屈屈強(qiáng)比強(qiáng)比反映這種貯備潛力的大小。反映這種貯備潛力的大小。 對(duì)于硬鋼，對(duì)于硬鋼，設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度以以條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度0.2為依據(jù)。為依據(jù)。（2）變形指標(biāo)：變

50、形指標(biāo)：%100sb00gt ELLL 鋼筋除了強(qiáng)度要求外還要求有一定的塑性變形能力，反映鋼筋除了強(qiáng)度要求外還要求有一定的塑性變形能力，反映鋼筋變形性能的基本指標(biāo)包括鋼筋變形性能的基本指標(biāo)包括伸長率伸長率和和冷彎性能冷彎性能。（a）伸長率伸長率：通過對(duì)鋼筋的拉伸試驗(yàn)測量。：通過對(duì)鋼筋的拉伸試驗(yàn)測量。 老規(guī)范老規(guī)范以以=（l-l0）/l0100% 來衡量，其中來衡量，其中l(wèi)0為測量標(biāo)距，為測量標(biāo)距，一般為一般為10d或或5d（d為鋼筋直徑），為鋼筋直徑），l為標(biāo)距范圍鋼筋拉斷后的為標(biāo)距范圍鋼筋拉斷后的總長度，總長度， （l-l0）即為鋼筋的塑性伸長量）即為鋼筋的塑性伸長量 ； 新規(guī)范新規(guī)范中采用

51、了目前國際上的通行做法，即采用中采用了目前國際上的通行做法，即采用“最大力下最大力下的總伸長率的總伸長率gt”來表示鋼筋的變形能力。來表示鋼筋的變形能力。式中，式中，L0為原始標(biāo)距，為原始標(biāo)距，L為試驗(yàn)后量測標(biāo)記之間的距離；為試驗(yàn)后量測標(biāo)記之間的距離；b為鋼為鋼筋的最大拉應(yīng)力（即極限抗拉強(qiáng)度）；筋的最大拉應(yīng)力（即極限抗拉強(qiáng)度）；Es為鋼筋的彈性模量為鋼筋的彈性模量%100sb00gt ELLL 附表附表2-13 普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋在最大力下的總伸長率普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋在最大力下的總伸長率gt限值限值鋼筋品鋼筋品種種普通鋼筋普通鋼筋預(yù)應(yīng)預(yù)應(yīng)力筋力筋HPB300HRB335、HRBF335、H

52、RB400、HRBF400、HRB500、HRBF500RRB400gt（%）10.07.55.03.5（b）冷彎性能冷彎性能：是指將鋼筋圍繞某一規(guī)定直徑：是指將鋼筋圍繞某一規(guī)定直徑的輥軸進(jìn)行彎曲，在達(dá)到規(guī)定的冷彎角度時(shí)要求的輥軸進(jìn)行彎曲，在達(dá)到規(guī)定的冷彎角度時(shí)要求鋼筋不發(fā)生裂紋、起層或斷裂。鋼筋不發(fā)生裂紋、起層或斷裂。如：對(duì)于如：對(duì)于、級(jí)鋼筋級(jí)鋼筋D和和分別為：分別為：D=1 d、3 d、3 d時(shí)，時(shí)，=180、180、90。（其它具體要求可參考有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)）（其它具體要求可參考有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)）Dd以上以上屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度、伸長率伸長率和和冷彎性能冷彎性能是對(duì)軟鋼進(jìn)行質(zhì)是

53、對(duì)軟鋼進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的四項(xiàng)主要指標(biāo)，但對(duì)硬鋼則只測后三項(xiàng)。量檢驗(yàn)的四項(xiàng)主要指標(biāo)，但對(duì)硬鋼則只測后三項(xiàng)。鋼筋的冷彎性能試驗(yàn)鋼筋的冷彎性能試驗(yàn)（3）鋼筋的彈性模量）鋼筋的彈性模量 鋼筋屈服前的應(yīng)力和應(yīng)變之比即為鋼筋的鋼筋屈服前的應(yīng)力和應(yīng)變之比即為鋼筋的彈性模量彈性模量，Es=s /s ，可由試驗(yàn)測定。，可由試驗(yàn)測定。3、鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工 所謂鋼筋的所謂鋼筋的冷加工冷加工是指鋼筋在常溫下進(jìn)行冷拉或冷拔以提是指鋼筋在常溫下進(jìn)行冷拉或冷拔以提高熱軋鋼筋的強(qiáng)度的方法。高熱軋鋼筋的強(qiáng)度的方法。OO1BKKZZ(N/mm2)殘余變形殘余變形冷拉率冷拉率O2O3k（1）鋼筋的）鋼筋的冷拉冷拉 把軟鋼鋼筋在

54、常溫下拉伸到把軟鋼鋼筋在常溫下拉伸到超過其屈服強(qiáng)度的某個(gè)值（超過其屈服強(qiáng)度的某個(gè)值（K點(diǎn)），使其產(chǎn)生一定的塑性變形點(diǎn)），使其產(chǎn)生一定的塑性變形（OO1），然后放松鋼筋，這樣），然后放松鋼筋，這樣可以使該鋼筋的屈服強(qiáng)度提可以使該鋼筋的屈服強(qiáng)度提高（高（BK ），但同時(shí)鋼筋的塑），但同時(shí)鋼筋的塑性降低（性降低（OO2O1O2），）， 見右見右圖圖 。OO1BKKZZ(N/mm2)殘余變形殘余變形冷拉率冷拉率O2O3k 如果鋼筋經(jīng)冷拉卸載后停留一如果鋼筋經(jīng)冷拉卸載后停留一段時(shí)間再加荷，則鋼筋的屈服強(qiáng)度段時(shí)間再加荷，則鋼筋的屈服強(qiáng)度能進(jìn)一步提高（能進(jìn)一步提高（KK ），這種冷），這種冷拉的時(shí)間效應(yīng)我們

55、稱之為拉的時(shí)間效應(yīng)我們稱之為“冷拉時(shí)冷拉時(shí)效效”或或“時(shí)效硬化時(shí)效硬化”，但此時(shí)塑性，但此時(shí)塑性進(jìn)一步降低（進(jìn)一步降低（O1O2 O1O3）。）。 由以上分析，經(jīng)冷拉后鋼筋的由以上分析，經(jīng)冷拉后鋼筋的強(qiáng)度可以提高但塑性要降低，因此，強(qiáng)度可以提高但塑性要降低，因此，為了使冷拉達(dá)到最佳效果，應(yīng)合理為了使冷拉達(dá)到最佳效果，應(yīng)合理選擇選擇 K 點(diǎn)，即控制好點(diǎn)，即控制好冷拉控制應(yīng)力冷拉控制應(yīng)力k 和相應(yīng)的應(yīng)變即和相應(yīng)的應(yīng)變即冷拉率冷拉率k 。注意：鋼筋的冷拉只能提高其抗拉強(qiáng)度，不能提高其抗壓強(qiáng)注意：鋼筋的冷拉只能提高其抗拉強(qiáng)度，不能提高其抗壓強(qiáng)度。度。（2）鋼筋的冷拔）鋼筋的冷拔 鋼筋的鋼筋的冷拔冷拔是

56、將鋼筋（一般為直徑是將鋼筋（一般為直徑68毫米的一級(jí)鋼筋）毫米的一級(jí)鋼筋）強(qiáng)力通過鎢合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形以改變其物理強(qiáng)力通過鎢合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形以改變其物理力學(xué)性能的一種加工工藝，其特點(diǎn)是鋼筋在受拉的同時(shí)還承力學(xué)性能的一種加工工藝，其特點(diǎn)是鋼筋在受拉的同時(shí)還承受拔絲模作用在鋼筋上的橫向壓力（見下圖），鋼筋通過多受拔絲模作用在鋼筋上的橫向壓力（見下圖），鋼筋通過多次拔細(xì)后強(qiáng)度可以提高很多，而塑性也顯著降低，且沒有明次拔細(xì)后強(qiáng)度可以提高很多，而塑性也顯著降低，且沒有明顯的流幅，屬硬鋼。顯的流幅，屬硬鋼。d0dP注意：鋼筋的冷拔可以同注意：鋼筋的冷拔可以同時(shí)提高抗拉和抗壓強(qiáng)度。

57、時(shí)提高抗拉和抗壓強(qiáng)度。2.2.3 鋼筋鋼筋的本構(gòu)關(guān)系（應(yīng)力的本構(gòu)關(guān)系（應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型）應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型）規(guī)范規(guī)范建議的本構(gòu)關(guān)系曲線主要包括建議的本構(gòu)關(guān)系曲線主要包括：（：（a）描述完全彈塑描述完全彈塑性的雙直線模型；性的雙直線模型； （b）描述完全彈塑性加硬化的雙直線模型；描述完全彈塑性加硬化的雙直線模型；（c）描述彈塑性的雙斜線模型。描述彈塑性的雙斜線模型。對(duì)于模型（對(duì)于模型（a）：）：當(dāng)當(dāng)s y時(shí)：時(shí)： s=Es s當(dāng)當(dāng)y s s,h 時(shí)：時(shí)： s= fytan=Es =fy /ytan =Es =(fs,u-fy )/(s,u-s,h )Tan” =Es” =(fs,u-fy

58、)/(s,u-y )ssys,hfyssys,hfys,ufs,ussyfys,ufs,u”（a）（b）（c）2.2.4 鋼筋鋼筋的疲勞的疲勞概念：概念：鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動(dòng)荷載作用下，是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。鋼筋的疲勞強(qiáng)度鋼筋的疲勞強(qiáng)度是指在某一規(guī)定的應(yīng)力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)是指在某一規(guī)定的應(yīng)力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)（我國規(guī)定（我國規(guī)定為為200萬次萬次）循環(huán)荷載作用后發(fā)生疲勞破壞的最大）循環(huán)荷載作用后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。應(yīng)力值。原因：一般認(rèn)為鋼筋的疲勞是由于鋼

59、筋內(nèi)部和外部的缺陷，原因：一般認(rèn)為鋼筋的疲勞是由于鋼筋內(nèi)部和外部的缺陷，在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，鋼材的晶?；?，產(chǎn)生疲在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，鋼材的晶?；?，產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展，最終造成鋼筋斷裂。勞裂紋并擴(kuò)展，最終造成鋼筋斷裂。影響因素：影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的主要因素是鋼筋影響因素：影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的主要因素是鋼筋疲勞應(yīng)力幅疲勞應(yīng)力幅，即即fmax-fmin。這里。這里fmax和和fmin分別為一次循環(huán)應(yīng)力中的最大分別為一次循環(huán)應(yīng)力中的最大值和最小值。值和最小值。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范用規(guī)定鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值用規(guī)定鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值fyf的方法來保證鋼筋的疲勞強(qiáng)度。限

60、值的方法來保證鋼筋的疲勞強(qiáng)度。限值fyf與鋼筋的疲勞應(yīng)力與鋼筋的疲勞應(yīng)力比比fs=fmin/fmax有關(guān)，具體見附表有關(guān)，具體見附表2-16。 在新規(guī)范中規(guī)定了在新規(guī)范中規(guī)定了fs =0, 0.1， ，0.9時(shí)對(duì)應(yīng)的鋼筋的疲勞時(shí)對(duì)應(yīng)的鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值應(yīng)力幅限值fyf ：如當(dāng)：如當(dāng)fs=0.2時(shí)，時(shí)，HRB335、HRB400級(jí)鋼筋級(jí)鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值的疲勞應(yīng)力幅限值fyf分別為分別為154N/mm2、156N/mm2。2.2.5 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋鋼筋性能的要求性能的要求1、鋼筋的強(qiáng)度高、鋼筋的強(qiáng)度高 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用的普通鋼筋（熱軋鋼筋）應(yīng)優(yōu)先采用在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中使用