精美及教材《建筑構(gòu)造與識圖》

1、.教 材 樣 張（節(jié)選）項目2 鋼筋和混凝土的力學性能1.了解建筑用鋼筋的品種和規(guī)格； 2.理解鋼筋的選用規(guī)定，理解建筑用鋼筋的力學性能及其影響因素，熟悉混凝土的強度等級，理解混凝土的力學性能3.掌握建筑用鋼筋與混凝土的粘結(jié)影響因素。2.1 鋼筋的力學性能2.1.1建筑用鋼筋的力學性能 建筑用鋼筋的力學性能是衡量鋼材質(zhì)量的重要指標，它包括強度、塑性、冷彎性能、沖擊韌性。1. 強度 有明顯屈服點的鋼材 低碳鋼和低合金鋼（含碳量和低碳鋼相同）一次拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2.1.5。 屈服點y是建筑鋼材的一個重要力學特性。實際上，由于加載速度及試件狀況等試驗條件的不同，屈服開始時總是形成曲線的上下

2、波動，波動最高點b稱為上屈服點，最低點c稱為下屈服點（用y表示）。應(yīng)力達到y(tǒng)后在一個較大的應(yīng)變范圍內(nèi)（約從=0.15%到=2.5%）應(yīng)力不會繼續(xù)增長，表示結(jié)構(gòu)已喪失繼續(xù)承擔更大荷載的能力。曲線最高點應(yīng)力為抗拉強度fu。到達fu后試件出現(xiàn)局部橫向收縮變形，即“頸縮”，隨后斷裂。 由于到達fy后構(gòu)件產(chǎn)生較大變形，故把它取為計算構(gòu)件的強度標準；到達fu時構(gòu)件開始斷裂破壞，故以 fu作為材料的強度儲備。 無明顯屈服點的鋼材 高強鋼材（如熱處理鋼材）沒有明顯的屈服點和屈服臺階，應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成一條連續(xù)曲線。對于沒有明顯屈服點的鋼材，以殘余變形為=0.2%時的應(yīng)力作為名義屈服點，用表示，其值約等于極限強

3、度的85%（圖2.1.6）。 鋼材在一次壓縮或剪切所表現(xiàn)出來的應(yīng)力-應(yīng)變變化規(guī)律基本上與一次拉伸試驗時相似，壓縮時的各強度指標也取用拉伸時的數(shù)據(jù)，只是剪切時的強度指標數(shù)值比拉伸時的小。 2塑性性能 斷裂前試件的永久變形與原標定長度的百分比稱為伸長率，它是衡量鋼材塑性的重要指標。它取5d或10d（d為圓形試件直徑）為標定長度，其相應(yīng)的伸長率用5或10表示（圖2.1.7）。伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力。結(jié)構(gòu)制造時，這種能力使材料經(jīng)受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無明顯損壞。 屈服點、抗拉強度和伸長率，是鋼材的三個重要力學性能指標。 3冷彎性能冷彎性能由冷彎試驗來確定（圖2.1

4、.8）。試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭加壓，使試件彎成180°，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎試驗不僅能直接檢驗鋼材的彎曲變形能力或塑性性能，還能暴露鋼材內(nèi)部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物與氧化物的摻雜情況，這些都將降低鋼材的冷彎性能。因此，冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標。   4沖擊韌性 韌性是鋼材抵抗沖擊荷載的能力。韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標。 碳素結(jié)構(gòu)鋼GB700-88規(guī)定，材料沖擊韌性的測量采用國際上通用的夏比（Charpy）試驗法（圖2.1.9）。夏比缺口韌性用AKV 或CV 表示，其值

5、為試件折斷所需的功，單位為J（焦耳）。 沖擊韌性隨溫度的降低而下降。其規(guī)律是開始下降緩慢，當達到一定溫度范圍時，突然下降很多而呈脆性，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性，這時的溫度稱為脆性臨界溫度。鋼材的脆性臨界溫度越低，低溫沖擊韌性越好。 對于直接承受動荷載而且可能在負溫下工作的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)有沖擊韌性保證。 表2.1.1 普通鋼筋強度強度設(shè)計值（N/mm2）注： 當采用直徑大于40mm的鋼筋時，應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗； 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，軸心受拉和小偏心受拉鋼筋抗拉強度設(shè)計值大于300N/mm2，仍應(yīng)按300N/mm2??； 直徑為6mm的光面鋼筋可選用牌號為Q235的熱軋圓盤條。 2.1.2建筑用鋼筋的設(shè)

6、計指標 1鋼筋的強度標準值和強度設(shè)計值鋼材的強度具有變異性。按同一標準生產(chǎn)的鋼材，不同時生產(chǎn)的各批鋼材之間的強度不會完全相同；即使同一爐鋼軋制的鋼材，其強度也會有差異。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用其強度標準值作為基本代表值。所謂強度標準值，是指正常情況下可能出現(xiàn)的最小材料強度值。強度標準值除以材料分項系數(shù)即為材料強度設(shè)計值。鋼筋的材料分項系數(shù)為，熱軋鋼筋1.10，預應(yīng)力鋼筋1.20?；炷烈?guī)范規(guī)定，鋼筋的強度標準值應(yīng)具有不小于95%的保證率。熱軋鋼筋的強度標準值系根據(jù)屈服強度確定；預應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強度標準值系根據(jù)極限抗拉強度確定。普通鋼筋的強度標準值、強度設(shè)計值按表2.1.1采用；預

7、應(yīng)力鋼筋的強度標準值、強度設(shè)計值分別按表2.1.2、表2.1.3采用。 2鋼筋的彈性模量鋼筋的彈性模量列于表2.1.4。表2.1.2 預應(yīng)力鋼筋強度標準值（N/mm2） 種類 符號 （mm） 鋼絞線 1×3s 8.6、10.81860、1720、157012.91720、15701×79.5、11.1、12.7186015.21860、1720消除應(yīng)力鋼絲 光面 螺旋肋 PH 4、51770、1670、157061670、15707、8、91570刻痕 I 5、71570熱處理鋼筋 40Si2MnHT 6147048Si2Mn8.245Si2Cr10注：鋼絞線直徑系指外接圓

8、直徑，即現(xiàn)行國家標準預應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T5224中的公稱直徑Dg； 光面鋼絲直徑為49mm，螺旋肋鋼絲直徑為48mm。 表2.1.3 預應(yīng)力鋼筋強度設(shè)計值（N/mm2） 種類 符號 鋼絞線 1×3s 1860132039017201220157011101×71860132039017201220消除應(yīng)力鋼絲 光面 螺旋肋 PH 177012504101670118015701110刻痕 I處理鋼筋 40Si2MnHT 1470104040048Si2Mn45Si2Cr 表2.1.4 鋼筋彈性模量（105N/mm2） 序號 鋼筋種

9、類 1HPB235級鋼筋 2.12HRB335級鋼筋、 HRB400級鋼筋、RRB400級鋼筋、熱處理鋼筋 2.03消除應(yīng)力鋼絲（光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲） 2.054鋼絞線 1.952.2 混凝土的力學性能2.2.1混凝土的力學性能 材料的力學性能，主要是指材料在外力(荷載)作用下，有關(guān)抵抗破壞和變形的能力的性質(zhì)。1混凝土強度普通混凝土是由水泥、砂、石和水按一定配合比拌和，經(jīng)凝固硬化后形成的人工石 材?；炷翉姸鹊拇笮〔粌H與組成材料的質(zhì)量和配合比有關(guān)，而且與混凝土的養(yǎng)護條件、齡期、受力情況以及測定其強度時所采用的試件形狀、尺寸和試驗方法也有密切的關(guān)系。 在研究各種單向受力狀態(tài)下的混凝土

10、強度指標時必須以統(tǒng)一規(guī)定的標準試驗方法為依據(jù)。立方體抗壓強度(fcu)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定用邊長為150mm的標準立方體試件，在標準養(yǎng)護條件下(溫 度20°C±3°C，相對濕度不小于90%)養(yǎng)護28天后在試驗機上試壓。試壓時，試塊表面不涂潤滑劑，全截面受力，加荷速度每秒約為（.30.8)N/mm2。將試塊加壓至破壞時所 測得的極限平均壓應(yīng)力作為混凝土的立方體抗壓強度?；炷翉姸鹊燃壥且粤⒎襟w抗壓強度標注值具有不小于95%保證率確定的，用符號C 表示，即Concrete(混凝土）第一個字母的大寫，共有14個等級，即C15、C20、C25、 C30、C35、C40、

11、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。字母 C 后面的數(shù)字表 示以N/mm2為單位的立方強度標準值。特別提示在實際工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C15(當采用HRB335級鋼筋時，混凝 土強度等級不宜低于C20(當采用HRB400、RRB400級鋼筋對及對于承受重復荷載的構(gòu)件，混凝土強度 等級不得低于C20(預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30(當采用鋼絲、鋼絞線、熱處理 鋼筋作為預應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40?；炷恋妮S心抗壓強度(fc)在實際工程中，受壓構(gòu)件往往不是立方體，而是棱柱體，因而采用棱柱體試件比立方 體試件能更好地反

12、映混凝土的實際抗壓能力。用標準棱柱體試件測定的混凝土抗壓強度稱為混凝土的軸心抗壓強度或棱柱體強度，用符號fc表示。試驗表明，當棱柱體試件的高度&與截面邊長6的比值在24之間時，混凝土的抗壓強度比較穩(wěn)定。這是因為在此范圍內(nèi)既可消除墊板與試件之間摩擦力對抗壓強度的影 響，又可消除可能的附加偏心距對試件抗壓強度的影響。因此，我國在規(guī)定混凝土材料試 驗中以150mmX150mmX300mm的試件作為試驗混凝土軸心抗壓強度的標準試件。混凝土的抗拉強度遠小于其抗壓強度，一般只有抗壓強度的1/181/9，因此，在鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)中一般不采用混凝土承受拉力?；炷恋妮S心抗拉強度用符號ft表示?；炷两Y(jié)

13、構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用直接測試法來測定混凝土抗拉強度，即對棱柱體試件 (100mmX 100X 500mm)兩端預埋鋼筋(每端長度為150mm，直徑為16mm的變形鋼筋），且使鋼筋位于試件的軸線上，然后施加拉力，如圖2. 4所示，試件被破壞時截面的平均拉應(yīng)力即為混凝土的軸心抗拉強度。圖2. 4混凝土軸心抗拉試驗 2混凝土的變形混凝土的變形分為兩類，一類稱為混凝土的受力變形，包括一次短期加荷的變形、荷載長期作用下的變形等。另一類稱為混凝土的體積變形，包括混凝土由于收縮和溫度變化 產(chǎn)生的變形等。圖2. 5混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線混凝土在單向短期單調(diào)加荷作用下的變形性能 用混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變曲線表示，如圖2.

14、5所示?；炷恋膽?yīng)力一應(yīng)變曲線的分析OA段：應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，內(nèi)部裂縫沒有發(fā)展。試件可以近似地作為彈性不同強度等級的混凝土的彈性模量可以查附表4?；炷猎陂L期荷載作用下的變形混凝土在受到荷載作用后，在荷載(應(yīng)力'不變的情況下，變形(應(yīng)變）隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。徐變將有利于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象及減少溫度應(yīng)力等。但混凝土的徐變會使構(gòu)件變形增大（在預應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，徐變會導致預應(yīng)力損失，對于長細比較大的偏心受壓構(gòu)件，徐變會使偏心距增大而降低構(gòu)件承載力?；炷列熳儺a(chǎn)生的原因目前有著各種不同的解釋，通常認為混凝土產(chǎn)生徐變，原因之一是混凝土中一部分尚未轉(zhuǎn)化為結(jié)

15、晶體的水泥凝膠體，在荷載的長期作用下產(chǎn)生塑性變 形；另一個原因是混凝土內(nèi)部微裂縫在荷載的長期作用下不斷發(fā)展和增加，從而導致應(yīng)變 增加。當應(yīng)力不大時，以前者為主，當應(yīng)力較大時，以后者為主。影響混凝土徐變的因素如下:加荷時混凝土的齡期愈早，則徐變愈大。因此，加強養(yǎng)護促使混凝土盡早結(jié)硬， 對減小徐變是比較有效的。蒸汽養(yǎng)護可使徐變減小20%35%。持續(xù)作用的應(yīng)力越大，徐變也越大。水灰比大，水泥用量多，徐變大。(1)使用高質(zhì)量水泥以及強度和彈性模量高、級配好的集料(骨料），徐變小。(2)混凝土工作環(huán)境的相對濕度低則徐變大，在高溫干燥環(huán)境下徐變將顯著增大?；炷恋氖湛s混凝土在空氣中結(jié)硬而使體積減小的現(xiàn)象稱

16、為混凝土的收縮。混凝土收縮主要是由于 混凝土在硬化過程中的化學反應(yīng)產(chǎn)生的凝縮和混凝土內(nèi)的自由水蒸發(fā)產(chǎn)生干縮造成的?；炷恋氖湛s對鋼筋混凝土構(gòu)件是不利的。例如混凝土構(gòu)件受到約束時混凝土的收縮將使混 凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，在使用前就可能因混凝土收縮應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂縫。在預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的收縮會引起預應(yīng)力損失。特別提示試驗表明，混凝土的收縮隨時間而增長。一般在半年內(nèi)可完成收縮量的80%90%，兩年后趨于穩(wěn) 定。試驗還表明，水泥用量越多、水灰比越大，則混凝土收縮越大；集料的彈性模量大、級配好，混凝土澆搗越密實，則收縮越小。同時，使用環(huán)境濕度越大，收縮越小。因此，加強混凝土的早期養(yǎng)護、減小水灰比、

17、減少水泥用量、加強振搗是減小混凝土收縮的有效措施。2.3鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)2.3.1粘結(jié)作用鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)是鋼筋和混凝土這兩種力學性質(zhì)不同的材料在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中能 夠形成整體從而共同工作的基礎(chǔ)。對受彎構(gòu)件的試驗研究分析表明，粘結(jié)力的存在將使鋼筋的應(yīng)力沿其長度方向發(fā)生變化，沒有鋼筋應(yīng)力的變化，就不存在粘結(jié)應(yīng)力。鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力主要由以下3個方面組成。鋼筋和混凝土接觸面上的粘結(jié)化學吸附力，也稱為膠結(jié)力。這來源于澆注時 水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護過程中水泥晶體的生長和硬化，從而使水泥膠體 與鋼筋表面產(chǎn)生吸附膠著作用。這種化學吸附力只有在鋼筋和混凝土的界面處于原生狀態(tài)時才存在

18、，其值很小，作用不明顯，一旦發(fā)生滑移，它就會失去作用。鋼筋與混凝土之間的摩阻力。由于混凝土凝固時會收縮，使鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生正應(yīng)力，因此，當鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對滑移時(或有相對滑移的趨勢時），在鋼筋和混凝土的界面上將產(chǎn)生摩阻力。光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)力主要靠摩阻力。鋼筋與混凝土的機械咬合力。對于光面鋼筋，咬合力是指表面粗糙不平而產(chǎn)生的 咬合作用；對于帶肋鋼筋，咬合力是指帶肋鋼筋肋間嵌入混凝土而形成的機械咬合作用， 這是帶肋鋼筋與混凝土粘結(jié)力的主要來源。光圓鋼筋和變形鋼筋粘結(jié)機理的主要差別：對于光圓鋼筋而言，鋼筋和混凝土之間的 粘結(jié)力主要來自膠著力和摩阻力，當外力較小時，鋼筋與混凝土表面的

19、粘結(jié)力主要以化學膠著力為主，鋼筋與混凝土表面無相對滑移，隨著外力的增加膠著力被破壞，鋼筋與混凝 土之間有明顯的相對滑移，這時膠結(jié)力主要是鋼筋與混凝土之間的摩擦力，如果繼續(xù)加 載，嵌入鋼筋中的混凝土將被剪碎，最后可把鋼筋拔出將膠著力破壞。但對變形鋼筋而言，鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力主要來自摩擦力和機械咬合力。2.3.2影響粘結(jié)強度的因素粘結(jié)強度是指粘結(jié)被破壞時鋼筋與混凝土界面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力，可通過抗圖2. 6鋼筋拔出試驗鋼筋的表面和外形特征拔試驗來測定，如圖2. 6所示。影響鋼筋 和混凝土之間的粘結(jié)強度的因素很多，主要有混凝土的強度、鋼筋的表面形狀、 澆注位置、保護層厚度、鋼筋間距、橫 向鋼

20、筋、側(cè)向壓應(yīng)力等。我國混凝土結(jié) 構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用有關(guān)構(gòu)造措施來保證鋼 筋與混凝土的粘結(jié)強度。這些構(gòu)造措施 有鋼筋保護層厚度、鋼筋搭接長度、錨 固長度、鋼筋凈距和受力光面鋼筋端部做成彎鉤等。鋼筋的表面形狀對粘結(jié)強度有明顯影響，變形鋼筋的粘結(jié)強度比光面鋼筋高得多，大 致可高出23倍，故在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中宜優(yōu)先采用變形鋼筋。如果采用光圓鋼筋，其 端部應(yīng)做成彎鉤形。直徑較粗的鋼筋的粘結(jié)強度比直徑較細的鋼筋低，因直徑加大時相對 肋的面積增加不多?；炷翉姸鹊燃壵辰Y(jié)強度隨混凝土強度等級的提高而提高，但并不呈線性關(guān)系。變形鋼筋的粘結(jié)強度與混凝土的抗拉強度大致成正比。 橫向鋼筋橫向鋼筋的存在限制了徑向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)強度得到提高。梁中如果配有箍筋，可以延緩劈裂裂縫的發(fā)展或限制其寬度，從而提高粘結(jié)強度。因此在較大直徑鋼筋的錨固 區(qū)和搭接長度范