钢筋混凝土材料的力学性质.ppt

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1、2 钢筋混凝土材料的力学性能Mechanics Performance of RC,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.1 钢筋的形式和品种1 钢筋的成分（1）碳素钢：低碳钢（含C量少于0.25%）；高碳钢（含C量0.6%-1.4%）。*钢筋含C量越高强度越高，但塑性和可焊性降低。（2）普通低合金钢：在钢材中除C元素外加入Mn（锰）、Si（硅）、V（矾）、Nb（铌）、Ti（钛）、Cr（铬）等合金元素，既能使钢筋的强度提高，又能保持一定的塑性。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2 钢筋的品种和级别,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,RRB400（KL400）级(级)

2、（钢筋混凝土用余热处理钢筋GB1499-1998）钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,（2）冷拉钢筋：由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的：为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。（3）钢丝、钢绞线：高强钢丝（1570Mpa、1860Mpa），中强钢丝（800-1370Mpa），钢绞线（1570Mpa、1860Mpa，分为7股、3股等）。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,（4）热处理钢筋：是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺

3、处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,柔性钢筋和劲性钢筋(1)劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。(2)柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架，便于固定在模板中浇注混凝土。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 钢筋的力学性能1 钢筋的应力-应变关系 Stress-Strain Relation 有明显屈服点的钢筋（软钢）,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,比例极限，应力和应变成比例，卸荷后应变恢复为零，弹性极限，超过比例极限后应变增长速度比应力增长速度略快，但卸荷后应变仍

4、能恢复为零，上屈服点（其值不够稳定），下屈服点（其值稳定），对有明显屈服点的钢筋，下屈服点的应力值称为钢筋的屈服强度或流限，屈服台阶或流幅，强化阶段，d点的应力称为极限抗拉强度，颈缩阶段。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,几个指标：屈服强度：是钢筋强度的设计依据。？因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。延 伸 率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。,屈 强 比：反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。在抗震结构中：fy/fu不小于0.8,第二

5、章 钢筋和混凝土的材料性能,有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,（2）无明显屈服点的钢筋（硬钢）,a点：比例极限，约为0.65fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标条件屈服点(Equivalent yield point)残余应变为0.2%所对应的应力规范取s0.2=0.85 fu,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭）（1）冷拉冷拉（所有冷加工钢筋）一般情况下不能焊接，如必须焊接，应先焊后拉。冷拉

6、只能提高钢材的抗拉强度,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,（2）冷拔,*冷拔可同时提高钢筋的抗拉屈服强度和抗压屈服强度。,(3)冷轧：冷轧带肋钢筋(4)冷轧扭：冷轧扭钢筋,2.钢筋的热处理 对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.4 对钢筋质量的要求1 强度 钢筋的屈服强度是设计依据，极限强度表示钢筋拉断时的实际强度。2 塑性（1）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好）钢筋的断后伸长率：（2）冷弯性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能

7、,=90,180,反复弯曲要求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。D 愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。,冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。,冷弯,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,*对有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能四项指标，*对没有明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能三项指标。可焊性,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,松弛：钢筋受力后，若保持长度不变，其应力随时间增长而降低的现象。,钢筋的疲劳：指钢筋在重复、周期荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变为脆性突然断裂的现象。,蠕变：钢筋在高应力作用

8、下，随时间的增长其应变继续增长的现象为蠕变。,2.5钢筋的蠕变、松弛和疲劳,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,钢筋的直径,常用：6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中，8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。,钢筋的选用,普通钢筋：宜用HRB400和HRB335钢筋 可用HPB235、RRB400和冷加工钢筋预应力筋：宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋,d=650mm,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,公路桥涵应按下列规定采用：1.钢筋混凝土及预应

9、力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热轧R235、HRB335、HRB400及KL400钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋应选用其中的带肋钢筋；按构造要求配置的钢筋网可采用冷轧带肋钢筋。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，也可选用精轧螺纹钢筋。注意：上述“钢筋”系指普通钢筋和预应力钢筋的统称，“普通钢筋”指钢筋混凝土构件中钢筋和预应力混凝土构件中的非预应力钢筋。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,规范根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。与原规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由C6

10、0提高到C80，C50以上为高强混凝土。,非标准试块强度换算系数：200mm200mm200mm:1.05；100mm100mm100mm:0.95。,2.6 混凝土的强度等级,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.7 混凝土的强度(Strength of concrete)1、立方体抗压强度（强度等级）（Strength Grade）混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度(Compressive Strength)。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下203，90%湿度(Degree o

11、f humidity)养护(curing)28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂(lubricant)）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(Cube Strength)，用符号C表示。C30：fcu,k=30N/mm2,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,Why do vertical cracks occur under vertical compressive force?,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc。圆柱体强度(Cyli

12、nder strength)与我国标准立方体抗压强度(Unfactored cube strength)的换算关系为，,立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、轴心抗压强度Axial Compressive Strength,轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prism sample)测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=34，国家标准普通混凝土力学性能试验方法规定采用100100300试件。,脆性影响系数,棱柱体强

13、度与立方体强度之比值,对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,c1 和 c2 值,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,规范对混凝土试件强度取修正系数0.88，则结构中混凝土轴心抗压强度平均值fc0为：,在钢筋混凝土结构中，计算轴心受压构件时，要采用混凝土的轴心抗压强度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,Why Axial Compressive Strength is smaller than cube strength?,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3、轴心抗拉强度Axia

14、l Tensile Strength,也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength),第二章 钢筋和混凝土的材料性能,考虑到结构中混凝土的工作条件与试件的工作条件的差异，规范乘以修正系数0.88，则结构中混凝土轴心抗拉强度值ft0为：,各个强度等级混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度，我国规范已经给出具体设计计算数值，进行结构计算时，可以直接查用。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能

15、,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,4、复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态 Biaxial Stress State,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。,在双轴受拉状态下（第一象限），则不论应力比多大，抗拉强度均与单轴抗拉强度接近。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,构件受剪或受扭时常遇到剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力情况。,拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；压-剪：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；当 时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度 均

16、降低。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,三轴应力状态 Triaxial Stress State,三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。一般采用圆柱体在等侧压条件下的试验测定抗压强度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.8荷载作用下混凝土的变形性能,不涂润滑剂,混凝土的破坏机理,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝 Micro-fissure，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,第二章 钢筋和混凝土的材料

17、性能,A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要是弹性变形，应力-应变关系近似为直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为(0.30.4)fc，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加 Expansion。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期

18、作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强度混凝土sB可达0.95fc以上。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破坏，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e

19、=(23)e 0，应力s=(0.40.6)fc。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,E点以后，纵向裂缝形成一斜向破坏面，此破坏面受正应力和剪应力的作用继续扩展，形成一破坏带。此时试件的强度由斜向破坏面上的骨料间的摩阻力提供。随应变继续发展，摩阻力和粘结力不断下降，但即使在很大的应变下，骨料间仍有一定摩阻力，残余强度，约为(0.10.4)fc。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,由上述混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大。对横向变形加以约束(Lateral Constraint)，就可以限制微裂缝的发展，从而可提高混凝土的抗压强度。立方体试件受约束范围大，而棱柱体试件中部未受约束，因

20、此造成了不同受压试件强度的差别和破坏形态的不同。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,了解混凝土的破坏机理，不仅可以解释各种不同试验混凝土强度的差别，还可以通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压强度。如图采用配置螺旋箍筋形成所谓“约束混凝土”，可显著提高混凝土的抗压强度，并且可以提高混凝土变形能力。,螺旋箍筋约束混凝土,螺旋箍筋约束混凝土,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,由螺旋箍筋约束混凝土的应力-应变曲线可见，当应力较小时，横向变形很小，箍筋的约束作用不明显；当应力超过B点的应力时，由于混凝土的横向变形开始显著增大，侧向膨胀使螺旋箍筋产生环向拉应力，其反作用力使混凝土的横向变形受到约束，从而

21、使混凝土的强度和变形能力都得到提高。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,“约束混凝土(Confined Concrete)”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋等。钢管混凝土(Concrete Filled Tube)对内部混凝土的约束效果更好，因此近年来在我国工程中得到许多应用。约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力(Deformation Capacity)，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。,第二章 钢筋和混

22、凝土的材料性能,1.混凝土的应力-应变关系Stress-strain Relationship,混凝土单轴受力时的应力-应变关系反映了混凝土受力全过程的重要力学特征是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。,混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段(Ascending Curve)。采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的

23、应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段(Descending Curve)。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,不同强度混凝土的应力-应变关系曲线,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,反映混凝土全部受压力学性能，可采用混凝土应力-应变全曲线的形式。若采用无量纲坐标x=e/e0，y=s/fc，则混凝土应力-应变全曲线的几何特征必须满足,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,根据以上条

24、件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式,a=Ec/E0，Ec为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为满足条件和，一般应有1.5a3；ac 为下降段参数,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,Hognestad建议的应力-应变曲线,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,规范应力-应变关系,上升段：,下降段：,影响混凝土应力应变曲线形状的因素:a).混凝土强度 b).组成材料的性质及配合比 c).试验方法:如:加荷速度 d).约束情况:如:横向钢筋的约束,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、混凝土在荷载重复作用下的变形,重复加载的概念：特点：在应力较小时，经过多次循环，累计塑性变形不再增长，应力-应变曲线

25、变成直线。当加载的应力达到某个值，经过若干次循环后，混凝土将破坏。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,疲劳强度 混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或者150mm150mm450mm的棱柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度ffc。影响因素 施加荷载时的应力大小是影响应力-应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3、混凝土的弹性模量 Modul

26、us of Elasticity,原点切线模量Initial Modulus,割线模量Secant Modulus,切线模量Tangent Modulus,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,弹性模量测定方法,取10次加载循环后应力差与应变差的比值,弹性模量与抗压强度之间的关系,混凝土的泊松比和剪切模量,混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2,混凝土的剪切模量：,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,4、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系,螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善,Confine

27、ment of Transversal Reinforcement,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,箍筋与内部混凝土的体积比；箍筋的屈服强度；箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；箍筋直径与肢距的比值；混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。,影响因素,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,R.Park建议的矩形封闭箍筋约束混凝土的应力-应变曲线,碳纤维约束混凝土应力-应变关系试验CFRP,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,CFRP-碳纤GFRP-玻纤,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,5、混凝土受拉应力-应

28、变关系,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,5、混凝土受拉应力-应变关系,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.9混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep,1、混凝土的徐变 Creep:在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而徐徐增长的现象。,徐变的特点：开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳定。,混凝土的徐变,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变ece。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。弹性后效：,徐变的原因：水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增

29、大。混凝土中内部微裂缝的发展。,影响徐变的因素：应力的大小；应力大徐变小；混凝土的龄期；加荷时龄期长，徐变小；混凝土的制作、养护环境；温度、湿度；水灰比与水泥用量；水泥用量多，徐变大；骨料用量及力学性能。骨料强度高，用量多，徐变小；,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,徐变对结构设计的影响：使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布；使受弯构件和偏压构件的变形加大；使预应力混凝土构件产生预应力损失。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、混凝土的收缩 Shrinkage 混凝土在空气中硬化(hardening)时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况

30、下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。,墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，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。一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4,第二章 钢筋和混凝土

31、的材料性能,影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小 干燥失水及高温环境，收缩大 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小 高强混凝土收缩大 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。减少收缩的措施：限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。,混凝土的选用原则,钢筋混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于C15。用HRB335级钢筋时，不宜低于C20；用HRB400和RRB400级钢筋时，不得低于C

32、20。,预应力混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于C30。当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜低于C40。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,1、表示严格，非这样做不可的用词：正面采用“必须”，反面采用“禁止”。2、表示严格，在正常情况下均应这样做，正面采用“应”，反面采用“不应”或“不得”。3、表示允许稍有选择，在条件允许时首先这样做的词：正面采用“宜”，反面采用“不宜”。表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。,公路桥涵受力构件的混凝土强度等级应按下列规定采用,1.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。2.预应力混凝土构件不应低于C4

33、0,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.10 钢筋与混凝土的粘结,钢筋和混凝土之间的粘结，是保证钢筋和混凝土这两种力学性能截然不同的材料在结构中共同工作的基本前提。粘结力的定义及组成1.定义：当钢筋于混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。2.组成：化学胶结力钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,摩擦力混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。（钢筋表面微锈摩擦力增加）。机械咬合力钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘

34、结力的主要组成部分）。钢筋端部的锚固作用钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施（布置不当，会产生较大的钢筋与混凝土的相对滑移、混凝土内部裂缝和局部混凝土破碎）。粘结强度：钢筋单位表面积上所能承担的最大纵向剪应力。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,得,上式表明，粘结应力使钢筋应力s发生变化，或者说没有就不会有此ds。反之，没有钢筋应力的变化就不存在。因此 在构件中间距离端部超过lt的各个截面上=0，s和c均不再改变。钢筋混凝土梁在荷载作用使混凝土的下部受拉，粘结应力将混凝土承受的部分拉力传给钢筋，使钢筋受拉。,局部粘

35、结：梁开裂后，混凝土开裂前承受的拉力通过粘结应力传递给钢筋、从而使裂缝处钢筋应力增大、这种粘结应力称为局部粘结应力，其作用是使裂缝之间的混凝土参与受拉。锚固粘结：钢筋在支座处的锚固粘结应力是构件承载力至关重要的因素。梁、柱和屋架的支座.受拉钢筋在支座处必须要有足够的锚固长度才能通过在锚固长度上粘结应力的积累，受钢筋中建立能发挥钢筋强度的应力。如锚固粘结长度不够，将会造成锚固粘结应力的丧失使构件提前破坏。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,钢筋的粘结性能 1.光面钢筋的粘结性能粘结作用在钢筋与混凝土间出现相对滑移前主要取决于化学胶着力，发生滑移后则由摩擦力和机械咬合力提供。粘结强度通常采用标准拔出

36、试件来测定，设拔出力为F，钢筋中的总拉力F=sAs，则钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力为F/(dl)试验中可同时量测加荷端滑移和自由端滑移，由于埋入长度l较短。可认为达到最大荷载时粘结应力沿埋长近乎相等，可用粘结破坏时的最大平均粘结应力代表钢筋与混凝士的粘结强度。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,上图为典型的光面钢筋拔出试验曲线(-sl曲线)。光面钢筋的粘结强度较低，u=(0.41.4)ft，到达最大粘结应力后，加荷端滑移sl急剧增大。曲线出现下降段、试件的破坏是钢筋徐徐被拔出的剪切破坏，滑移可达数毫米。很大程度上取决于钢筋的表面状况，表面越凹凸不平，则u越高。

37、光面钢筋的主要问题是强度低滑移大。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,粘结强度仍由胶着力、摩擦力和机械咬合力组成。但主要为机械咬合力。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。若钢筋外围混凝土很薄且没有环向箍筋约束，形成纵向劈裂裂缝，沿钢筋纵向产生劈裂破坏。若有环向箍筋约束混凝土的变形，纵向劈裂裂缝的发展受到限制，最后钢筋沿肋外径的圆柱面出现整体滑移，发生刮犁式破坏（剪切破坏）。,2.变形钢筋的粘结性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,变形钢筋的拔出实验加荷初期期(A)，钢筋肋对混凝土斜向挤压形成了滑动阻力，滑动的产生使肋根部混

38、凝土出现局部挤压变形，粘结刚度较大。曲线近似为直线关系。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,变形钢筋的拔出实验随荷载的增大，斜向挤压力沿钢筋纵向分力产生内部斜裂缝，径向分力使混凝土环向受拉，从而产生内部径向裂缝，当径向内裂缝到达试件表面时，相应的应力称劈裂粘结应力=(0.80.85)u，,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,变形钢筋的拔出实验-s曲线到达峰值u时，相应的滑移s随混凝土的强度的不同约在0.350.45之间波动、对于无横向配筋的一段保护层试件，到达u后，在s增长不大的情况下出现脆性劈裂破坏。,影响粘结强度的因素（1）混凝土的强度等级：钢筋的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高；（2）混凝土

39、保护层c和钢筋之间净距离越大，劈裂抗力越大，因而粘结强度越高，但当l/d5时，u与ft,s不再增长，也就是说粘结强度不由壁裂破坏来决定，而是沿钢筋外径圆柱面上发生剪切破坏。（3）横向钢筋限制了纵向裂缝的发展，可使粘结强度提高，因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内，加强横向钢筋(如箍筋加密等)可提高混凝土的粘结强度。（4)钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施（如焊钢筋和焊钢板等）可以提高的锚固粘接能力。(5)侧向压力约束也有提高粘接强度的作用。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,粘结机理的研究及应用现状影响粘结力的因素较多，在实际工程中粘结受力情况复杂，到目前为止还没有比较完整的计算理论。目前常用的处理

40、粘结的方法有两种：以实验得到的粘结应力为基本粘结应力，计算锚固长度；以规范的形式规定相应的构造措施来保证钢筋混凝土的粘结力。-我国规范采用的方法。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.11 钢筋混凝土的一般构造规定1.混凝土的保护层：定义：钢筋外边缘到混凝土外边缘的距离。规定：不应小于钢筋的直径或并筋的等效直径不应小于骨料最大粒径的1.5倍并符合附表10的规定2.钢筋的锚固：计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，其锚固长度按下式计算,钢筋的外形系数（按附表12取用）当锚固长度不能满足时，则需采用机械锚固，如弯折、焊短钢筋、焊短角钢等。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,锚固长度的修正：当HRB335、

41、HRB400、RRB400级钢筋的直径大于25mm时，其锚固长度乘以修正系数1.1。当HRB335、HRB400、RRB400级的环氧树脂涂层钢筋，其锚固长度乘以修正系数1.25。当钢筋在施工工程中容易扰动时，其锚固长度乘以修正系数1.1。当HRB335、HRB400、RRB400级钢筋在锚固区的混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时，其锚固长度乘以修正系数0.8。厚度修正系数：附表13钢筋余量修正系数：当钢筋的实际配筋面积大于其计算面积时，锚固长度可以乘以钢筋余量修正系数，其数值为：设计计算面积与实际配筋面积的比值。但对有抗震要求的及直接承受动力荷载的结构构件，不得采用此项修正。受拉

42、钢筋的最小锚固长度应符合附表14的规定，且在任何情况下不应小于计算值的0.7倍及250mm。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,机械锚固的形式及构造要求：机械锚固的形式及构造宜采用下图所示的方法：锚固长度内的箍筋不应少于3个，其直径不应小于纵向钢筋直径的0.25倍，其间距不应小于纵向钢筋直径的5倍。当纵向钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢筋直径的5倍时，可不受以上限制。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3.钢筋的连接：分类：绑扎搭接、机械连接和焊接搭接规定：钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头

43、面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3.钢筋的连接：分类：绑扎搭接、机械连接和焊接搭接规定：,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,图示为同一区段内纵向受拉钢筋绑扎搭接接头试计算该搭接区段内的接头百分率？设钢筋的直径相等。该搭接连接在同一区段内共有4根钢筋，其搭接接头钢筋有2根，故搭接接头的面积百分率为50%。,搭接规定：粗、细钢筋搭接时，按粗钢筋截面积计算接头面积百分率，按细钢筋直径计算搭接长度。搭接长度的计算:在任何情况下，纵向受拉钢筋的绑扎搭接接头的长度均不应小于300mm。构件中的纵向受压钢筋，当采用搭接连接

44、时，其受压搭接长度不应小于纵向受拉搭接长度的0.7倍，且在任何情况下不应小于200mm。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,搭接长度系数见附表11,在受力钢筋搭接长度内应配置箍筋，箍筋直径不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍；箍筋间距：当为受拉时：不应大于较小直径的5倍,且不应小于100mm;当为受压时，不应大于较小直径的10倍,且不应小于200mm；当受压钢筋直径d25mm时，尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3.钢筋的连接：分类：绑扎搭接、机械连接和焊接搭接规定：受力钢筋的接头宜设置在受力较小处。同一根钢筋上宜少设接头。同一构件各根钢筋的搭

45、接接头宜相互错开.对梁类、板类及墙类构件，不宜大于25%；对柱类构件，不宜大于50%。当工程中确有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时，对梁类构件，不应大于50%；对板类、墙类及柱类构件，可根据实际情况放宽。,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,钢筋的焊接:有关要求:a.受力钢筋的焊接接头应相互错开.b.当钢筋的焊接接头位于不大于35d且不大于500mm的长度以内时,应视为位于同一连接范围内的焊接接头.c.同一连接范围内的焊接接头百分率应符合下列要求:(a).受拉钢筋:a).非预应力钢筋:50%b).预应力钢筋:25%当采取保证焊接质量的可靠措施时可放宽到:50%.(b).受压钢筋:可不作限制.,

46、第二章 钢筋和混凝土的材料性能,纵向受力钢筋的最小配筋率（%）：,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,注：1、偏心受拉构件中的受压钢筋，应按受压构件一侧纵向钢筋考虑；2、受压构件的全部纵向钢筋和一侧纵向钢筋的配筋率以及轴心受拉构件和小偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应按构件的全截面面积计算；受弯构件、大偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应按全截面面积扣除受压翼缘面积(b/f-b)h/f后的截面面积计算；,纵向受力钢筋的最小配筋率（%）：,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,3、受压构件全部纵向钢筋最小配筋百分率，当采用HRB400级、RRB400级钢筋时，应按表中规定减小0.1；当混凝土强度等级为C60及以上时，应按表中规定增大0.1；4、当钢筋沿构件截面周边布置时，一侧纵向钢筋系指沿受力方向两个对边中的一边布置的纵向钢筋。5、卧置于地基上的钢筋混凝土厚板，其配筋量多由最小配筋率控制。根据实际受力情况，最小配筋率可适当降低，但规定了最低限值 0.15。,