第二章+鋼筋與混凝土材料的力學性能

第一章鋼筋和混凝土材料的力學性能第一節(jié)混凝土的力學性能

一、混凝土的強度（一）混凝土立方體抗壓強度

概念：混凝土的立方體抗壓強度標準值是指，在標準狀況下制作養(yǎng)護邊長為150mm立方體試塊，用標準方法測得的28d齡期時，具有95%保證概率的強度值，單位是N/mm2。

強度等級的劃分：我國現(xiàn)行《規(guī)范》規(guī)定混凝土強度等級有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等級。

結構中對混凝土輕度等級的要求：《規(guī)范》規(guī)定，素混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15，鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C20；采用強度等級400MPa及以上的鋼筋時，混凝土強度等級不應低于C25。.預應力混凝土結構的混凝土強度等級不宜低于C40，且不應低于C30。承受重復荷載的鋼筋混凝土構件，混凝土強度等級不應低于C30。

（二）混凝土軸心抗壓強度

按標準方法制作的150mm×l50mm×300mm的棱柱體試件，在溫度為20土3℃和相對濕度為90％以上的條件下養(yǎng)護28d，用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。

考慮到實際結構構件制作、養(yǎng)護和受力情況，實際構件強度與試件強度之間存在差異，《規(guī)范》基于安全取偏低值，規(guī)定軸心抗壓強度標準值和立方體抗壓強度標準值的換算關系為：

（三）混凝土的抗拉強度混凝土的軸心抗拉強度可以采用直接軸心受拉的試驗方法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。

二、混凝土的變形混凝土的變形分為受力變形和體積變形兩類，其中受力變形包括以下三種，即試驗室一次短期加荷時的變形，長期不變的荷載作用下的變形和重復荷載作用下的變形。體積變形包括混凝土的收縮和隨溫度變化發(fā)生的熱脹冷縮。（一）混凝土在一次短期加荷時的變形性能1.第一階段（OA段）彈性階段：應力和應變成正比關系，混凝土呈現(xiàn)較為理想的彈性性質。

2.第二階段（AB段）彈塑性階段：混凝土內部的微裂縫雖有所發(fā)展，但增加的數(shù)量不多、寬度增加和長度的延長并不明顯。

3.第三階段（BC段）塑性階段：混凝土內部微裂縫迅速增加和開展，應變增長速度進一步加快，直至達到混凝土試件的最大承載力。4.第四階段（CD段）破壞階段：達到最高應力后，變形增加的同時試件的承載能力開始下降，這個過程應力的下降通常是先快后慢。

（二）混凝土在長期不變荷載作用下的變形（徐變）概念：件在長期不變的荷載作用下應變隨時間增長具有不斷增長的特性，混凝土這種受力變形稱為徐變。

徐變對結構的影響：徐變對混凝土結構構件的變形和承載能力會產(chǎn)生明顯的影響，在預應力混凝土構件中會造成預應力損失，這些影響對結構構件的受力和變形是有危害的。影響徐變的因素：混凝土內在的材性方面的影響：1.水泥用量越多，徐變就越大；2.水灰比越高，徐變就會越大；3.骨料級配越好，徐變越?。?.骨料的彈性模量越高，徐變越小；混凝土養(yǎng)護和工作環(huán)境條件的影響：1.養(yǎng)護條件好，徐變就?。?.構件的體積和面積的比小的構件，徐變就大；3.混凝土加荷齡期越長，徐變就越小。4.構件截面受到長期不變應力作用時的壓應力越大，徐變越大。

（三）混凝土的體積變形混凝土的收縮和溫度變形和外力是否作用無關，是體積變形。這兩種變形如果控制不當，也會對結構構件的受力和變形產(chǎn)生較大影響。1、混凝土的收縮概念：混凝土在空氣中凝結硬化的過程中，體積會隨時間的推移不斷縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。影響收縮的因素：水灰比越大，收縮越大；養(yǎng)護和使用環(huán)境的濕度大，收縮就??；體表比大，收縮就大；水泥用量多、強度高時收縮大；骨料級配越好，密度就越大。

三、混凝土的彈性模量和變形模量彈性模量變形模量切線模量第二節(jié)鋼筋的種類及其力學性能

一、建筑鋼筋的種類及選用（一）鋼筋的種類調整增加了強度為500MPa級的熱軋帶肋鋼筋；推廣400MPa、500MPa級熱軋帶肋高強度鋼筋作為縱向受力的主導鋼筋，限制并逐步淘汰335MPa級熱軋帶肋鋼筋的應用；用300MPa級光圓鋼筋取代235級光圓鋼筋。引入用控溫軋制工藝生產(chǎn)的HRBF系列細晶粒帶肋鋼筋。

RRB系列余熱處理鋼筋由軋制鋼筋經(jīng)高溫淬水，余熱處理后提高強度。增加預應力鋼筋的品種：增補高強、大直徑的鋼絞線；引入大直徑預應力螺紋鋼筋（精軋螺紋鋼筋）；列入中強度預應力鋼絲以補充中等強度預應力鋼筋的空缺，用于中小跨度的構件；淘汰錨固性能很差的刻痕鋼絲。高強度鋼筋當用于約束混凝土的間接鋼筋（如連續(xù)螺旋配箍或封閉焊接箍）時其強度可以得到充分發(fā)揮，采用500MPa級熱軋帶肋高強度鋼筋具有一定的經(jīng)濟效益。箍筋用于抗剪、抗扭及抗沖切設計時，其抗拉強度設計值不宜采用強度高于400MPa級熱軋帶肋高強度鋼筋。

（二）鋼筋的型式HPB300級鋼筋外形軋制成光面，俗稱光圓鋼筋或圓鋼筋，用符號A表示。HRB335級鋼筋用符號B表示，HRBF335級鋼筋用符號BF表示；HRB400級鋼筋，用符號C表示；HRBF400級鋼筋，用符號表示，RRB400級鋼筋用符號CR表示，軋制成螺紋鋼；HRB500級鋼筋，用符號D表示；HRBF500級鋼筋，用符號DF表示，軋制成月牙紋、人字紋或螺紋鋼筋。

二、鋼筋的力學性能（一）鋼筋的應力—應變曲線有明顯屈服點的鋼筋ob：彈性階段bc:屈服階段cd：頸縮階段de：強化階段

fy：屈服強度，作為鋼筋的強度設計值fu：極限抗拉強度有明顯屈服點的鋼筋強度設計指標——條件屈服點殘余應變?yōu)?.2%所對應的應力《規(guī)范》取σ0.2=0.85fu

（二）鋼筋的冷彎性能結構用鋼材不僅要有較高的強度、塑性，同時，還要具有足夠的冷彎性能。冷彎性能的大小反映鋼材內在質量的好壞，也能反映鋼材的塑性和加工性能。

（三）鋼筋的強度1、標準強度取值為了保證鋼材質量，我國《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》GB50068（以下簡稱為《標準》）規(guī)定，鋼筋強度標準值取被其統(tǒng)計平均值偏低的具有不小于95%保證概率的值。2、設計強度取值普通鋼筋強度設計值見表2—8，預應力鋼筋強度設計值見表2—9。

《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010—2010中指出，構件中的鋼筋可以采用并筋的配置形式。直徑28mm及以下的鋼筋并筋數(shù)量不宜應超過3根；直徑32mm的鋼筋并筋數(shù)量宜為2根鋼筋直徑36mm以上的鋼筋不宜采用并筋。并筋應按單根等效計算，等效鋼筋的等效直徑應按截面積相等的原則換算確定。并筋的配筋形式及其他要求，詳見第四章第一節(jié)的規(guī)定。

三、鋼筋的彈性模量鋼筋的彈性模量是取其應力—應變曲線的比例極限之前曲線的斜率值。它主要用于構件變形和預應力混凝土結構截面應力分析驗算。它的單位是N/mm2。

四、鋼筋的延性鋼筋的延性大小決定了結構構件的變形能力的好壞，在地震作用，劇烈爆炸、強烈撞擊等偶然事件發(fā)生后，對結構構件變形耗能機制的完善，對防止結構連片整體倒塌具有重要意義。現(xiàn)行規(guī)范將最大力下總伸長率δgt作為控制鋼筋伸長率的指標，它反映了鋼筋拉斷前達到最大力（極限強度）時的均勻應變，故又稱均勻伸長率。第三節(jié)鋼筋與混凝土的粘結及錨固長度一、鋼筋和混凝土之間的粘結力（一）粘結力的組成鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力（膠結力）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。（摩阻力）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力（咬合力）。二、基本錨固長度

鋼筋的基本錨固長度取決于鋼筋的強度及混