第二章 混凝土鋼筋的性能

第2章混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能2.1混凝土的物理力學(xué)性能

PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形成的，屬于復(fù)合材料。一混凝土強度(StrengthofConcrete)混凝土立方體抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度混凝土復(fù)合（多軸）強度CubicCompressiveStrengthCompressiveStrengthTensileStrengthMulti-axialStrength一、混凝土的強度1、混凝土強度等級-立方體抗壓強度混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標?；炷恋膹姸鹊燃壥怯昧⒎襟w抗壓強度來劃分的混凝土強度等級：邊長150mm立方體試件，在20±3℃，相對濕度90%以上潮濕空氣中養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（加載速度0.3~0.8N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度，用符號C表示，如：C30表示fcu,k=30N/mm2

影響立方體抗壓強度的因素：試驗方法：壓力機墊板的橫向摩擦約束，造成混凝土試塊端部處在多軸受力狀態(tài)，就象在試件上下端各加了一個套箍，致使破壞時形成兩個對頂?shù)慕清F破壞面，抗壓強度高于無約束情況。不涂潤滑劑涂潤滑劑>未采取減摩措施采取減摩措施后第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1混凝土2、棱柱體抗壓強度-軸心抗壓強度

軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=2~3，我國通常取150mm×150mm×300mm的棱柱體試件。承壓板試塊c1—棱柱體強度與立方體強度之比值，對C50及C50以下混凝土取0.76；對C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；c1—C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，對C40取1.0，對C80取0.87，中間按線性規(guī)律變化。0.88-考慮實際構(gòu)件與試件混凝土強度之間的差異，對混凝土強度的修正系數(shù)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3、軸心抗拉強度混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關(guān)。第二章鋼筋和混凝土的材料性能拉壓壓由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈拉試驗測定混凝土的抗拉強度劈拉試驗PaP第二章鋼筋和混凝土的材料性能二、混凝土的變形變形是混凝土的一個重要力學(xué)性能。混凝土變形受力變形－一次短期加載、荷載長期作用和多次重復(fù)加載作用下產(chǎn)生的變形。體積變形－硬化過程中的收縮以及溫度和濕度變化。1.一次短期加載作用下混凝土的變形性能（1）混凝土受壓時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系Stress-strainRelationship02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼筋和混凝土的材料性能BACEDA點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點應(yīng)力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc，對高強混凝土sA可達(0.5~0.7)fc。A點以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。達到B點，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土sB約為0.8fc，高強強度混凝土sB可達0.95fc以上。達到C點fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，C點的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變

e0，約為0.002。縱向應(yīng)變發(fā)展達到D點，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點的應(yīng)變e=(2~3)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)fc。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2混凝土由上述混凝土的破壞機理可知，微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形的增大。對橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提高混凝土的抗壓強度。立方體試件受約束范圍大，而棱柱體試件中部未受約束，因此造成了不同受壓試件強度的差別和破壞形態(tài)的不同?；炷辆植渴軌簭姸萬cl

比軸心抗壓強度

fc大很多，也是因為局部受壓面積以外的混凝土對局部受壓區(qū)域內(nèi)部混凝土微裂縫產(chǎn)生了較強的約束。不同強度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線強度等級越高，上升段和峰值應(yīng)變的變化不顯著，但，下降段的形狀有較大的差異，強度越高，下降段越陡，即延性越差。（2）應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型a.美國E.Hognestad建議的模型上升段下降段b.德國Rush建議的模型上升段下降段00.0020.0035

fcsee0euc.《混凝土設(shè)計規(guī)范》模型上升段：下降段：（3）混凝土的模量彈性模量（原點模量）ElasticModulusseE’’c=tana2切線模量TangentModulusseE’c=tana1割線模量(變形模量）SecantModulus彈性系數(shù)n

(coefficientofelasticity)

隨應(yīng)力增大而減小n==1~0.5彈性模量測定方法標準尺寸的棱柱體試件（150mm×150mm×300mm)，加載至0.4fc，然后卸載至0，重復(fù)加卸載5次。應(yīng)力－應(yīng)變曲線穩(wěn)定為直線的斜率即為彈性模量。se0.4fc5次2.荷載長期作用下混凝土的變形性能－徐變Creep結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載不變，而應(yīng)變和變形隨時間增長的現(xiàn)象稱為徐變。徐變主要與時間參數(shù)有關(guān)。徐變的不利之處：徐變會使結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的（撓度）變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。有利之處：徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力，減小大體積混凝土的溫度應(yīng)力。影響徐變的因素：內(nèi)在因素；

環(huán)境因素；

應(yīng)力因素。影響徐變的因素：a.

應(yīng)力大小－應(yīng)力越大徐變也越大；當應(yīng)力較小時，徐變與應(yīng)力成正比，稱為線形徐變，應(yīng)力較大時，徐變變形比應(yīng)力增長要快，稱為非線形徐變。b.

加載齡期－齡期越早，徐變越大；c.混凝土的制作方法、養(yǎng)護條件－特別是養(yǎng)護時的溫度和濕度對徐變有重要影響，養(yǎng)護時溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變越小。受荷后，環(huán)境溫度越高，濕度越低，則徐變越大；d.

骨料彈性性質(zhì)－骨料越堅硬，彈性模量越高，對水泥石徐變的約束作用越大，混凝土徐變越小；e.混凝土組成－水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變越大；f.

構(gòu)件的形狀、尺寸－大尺寸試件內(nèi)部失水受到限制，徐變減小。第二章鋼筋和混凝土的材料性能3、混凝土的收縮Shrinkage混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。

當這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱結(jié)構(gòu)），收縮也會引起不利的內(nèi)力。墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形2.2鋼筋的物理力學(xué)性能第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋2.1鋼筋

SteelReinforcement一、鋼筋的品種熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能熱軋鋼筋

HotRolledSteelReinforcingBarHPB300級、HRB335級、HRB400級、RRB400級，新增HRBF335、HRB500、HRBF400、HRBF500HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服強度fyk（標準值=鋼材廢品限值，保證率95%）HPB300級：fyk=300N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2HRB400級、RRB400級：fyk=400N/mm24.2.1

混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)按下列規(guī)定選用：

1縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500

鋼筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋；

2梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋；

3箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋；

4預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。

二鋼筋的力學(xué)性質(zhì)有明顯屈服點的鋼筋(軟鋼)無明顯屈服點的鋼筋(硬鋼)冷拉鋼筋有明顯屈服點的鋼筋

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