混凝土結(jié)構(gòu)材料

第四章混凝土結(jié)構(gòu)材料知識(shí)目標(biāo)：

了解鋼筋的品種、表示方法與代號(hào)熟悉鋼筋、混凝土的主要力學(xué)性能指標(biāo)掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋、混凝土的選用原則理解鋼筋與混凝土之間粘結(jié)作用的概念能力目標(biāo)：能夠合理選用鋼筋級(jí)別與混凝土強(qiáng)度等級(jí)能夠根據(jù)所選用的鋼筋級(jí)別與混凝土強(qiáng)度等級(jí)查取相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)（1）熱軋鋼筋：HPB235（Hot-rolledandPlain-shapedBars）、HRB335（Hot-rolledandRibbedBars）、HRB400。*后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）。第一節(jié)鋼筋與混凝土的力學(xué)性能一、鋼筋1.鋼筋的品種（2）冷拉鋼筋：對(duì)某些熱軋鋼筋進(jìn)行冷加工而成，鋼筋的強(qiáng)度提高、但塑性降低（新修訂的規(guī)范未將冷加工鋼筋列入）。（3）鋼絲、鋼絞線：高強(qiáng)鋼絲（1570Mpa、1860Mpa），中強(qiáng)鋼絲（800-1370Mpa），鋼絞線（1570Mpa、1860Mpa，分為7股、3股等）。（4）熱處理鋼筋：對(duì)某些熱軋鋼筋經(jīng)過淬火和回火處理后而成，鋼筋的強(qiáng)度大幅度提高，而塑性降低不多。*RRB400（RemainedheatedtreatmentRibbedBars）為一種“余熱處理鋼筋”。2鋼筋的力學(xué)性能(1)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress-StrainRelation

1)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（軟鋼）

①a’點(diǎn)--比例極限，應(yīng)力和應(yīng)變成比例，卸荷后應(yīng)變恢復(fù)為零，②a點(diǎn)--彈性極限，a’-a段應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度比應(yīng)力增長(zhǎng)速度略快，但卸荷后應(yīng)變?nèi)阅芑謴?fù)為零，③b點(diǎn)--上屈服點(diǎn)（其值不夠穩(wěn)定），④c點(diǎn)--下屈服點(diǎn)（其值穩(wěn)定），對(duì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，下屈服點(diǎn)的應(yīng)力值稱為鋼筋的屈服強(qiáng)度或流限，⑤c-f段--屈服臺(tái)階或流幅，⑥f-d段--強(qiáng)化段，d點(diǎn)的應(yīng)力稱為極限抗拉強(qiáng)度，⑦d-e段--頸縮段，2）無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（硬鋼）a點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)——條件屈服點(diǎn)(Equivalentyieldpoint)殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu(2)鋼筋的彈性模量鋼筋在彈性階段的應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為彈性模量，用Es表示，鋼筋的彈性模量見表4-2。表4-2

鋼筋彈性模量（單位：×105N/mm2）

種類ESHPB235級(jí)鋼筋2.1HRB335級(jí)鋼筋、HRB400級(jí)鋼筋、RRB400級(jí)鋼筋、熱處理鋼筋2.0消除應(yīng)力光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05鋼絞線1.95注：必要時(shí)鋼絞線可采用實(shí)測(cè)得到彈性模量。3對(duì)鋼筋質(zhì)量的要求(1)強(qiáng)度鋼筋的屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)依據(jù)（見表表4-3

），極限強(qiáng)度表示鋼筋拉斷時(shí)的實(shí)際強(qiáng)度。(2)塑性1）伸長(zhǎng)率（伸長(zhǎng)率越大，表示鋼筋塑性或延性越好）鋼筋的斷后伸長(zhǎng)率：2）冷彎性能*對(duì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：檢驗(yàn)屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能四項(xiàng)指標(biāo)，*對(duì)沒有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：只須檢驗(yàn)極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能三項(xiàng)指標(biāo)。

表4-3普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）

種類符號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fykf’ykfyf’y熱軋鋼筋HPB235(Q235)235235210210HRB335(20MnSi)335335300300HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)400400360360RRB400(20MnSi)400400360360注：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(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于300N/mm2，仍應(yīng)按300N/mm2取用。3可焊性4.鋼筋的選選用原則則（1）鋼筋的的選用原原則《混凝土規(guī)規(guī)范》規(guī)定按下下述原則則選用鋼鋼筋：1）鋼筋混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)中的的鋼筋和和預(yù)應(yīng)力力混凝土土結(jié)構(gòu)中中的非預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼鋼筋宜采采用HRB400級(jí)和HRB335級(jí)鋼筋，，也可以以采用HPB235級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋；；2）預(yù)應(yīng)力力混凝土土結(jié)構(gòu)中中的預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋筋宜采用用預(yù)應(yīng)力力鋼鉸線線、鋼絲絲，也可可以采用用熱處理理鋼筋；；3）使用冷加工工鋼筋應(yīng)符合合專門規(guī)定。。5.各種直徑鋼筋筋的公稱面積積、計(jì)算面積積及理論重量量見表4-1表4-1鋼筋的計(jì)算截截面面積及理理論重量公稱直徑（mm）不同鋼筋根數(shù)時(shí)的計(jì)算截面面積（mm2）單根鋼筋理論重量（kg/m）123456789628.357851131411701982262550.2226.533.2661001331661992322652990.260850.31011512012523023524024530.3958.252.81061582112643173704234750.4321078.51572363143934715506287070.61712113.122633945256567879190410170.88814153.93084616157699231077123113851.21016201.1402603804100512061407160818091.58018254055097631017127215271781203622902.00020314.26289421256157018842199251328272.47022380.176011401520190022812661304134212.98025490.998214731964245429453436392744183.85028615.8123218472463307936954310492655424.83032804.2160924133217402148265630643472386.310361017.9203630544072508961077125814391617.990401256.625133770502762837540879610053113109.87050196439285892785698201178413748157121767615.430注：表中的d=8.2mm計(jì)算截面面積積及理論重量量?jī)H適用于有有縱肋的熱處處理鋼筋。二、混凝土混凝土是由水水泥、砂（細(xì)細(xì)骨料）、石石（粗骨料））、水拌和而而成，各組成成材料的性能能對(duì)混凝土的的性能有較大大影響。（一）混凝土的強(qiáng)強(qiáng)度1.混凝土的強(qiáng)度度等級(jí)(1)標(biāo)準(zhǔn)試件：邊邊長(zhǎng)150mm的立方體混凝凝土試塊；(2)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件件：20。C±3。C、相對(duì)濕度不不小于90%、養(yǎng)護(hù)28d；(3)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法法：試塊表面面不涂潤(rùn)滑劑劑、全截面均均勻受壓、加加荷速度0.15-0.25N/mm2·s。混凝土強(qiáng)度等等級(jí)按照用上上述方法測(cè)得得的具有95%保證率的抗壓壓強(qiáng)度（單位位：N/mm2）確定，用符符號(hào)“C”表示。《混凝土規(guī)范》根據(jù)混凝土立立方體抗壓強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k，把混凝土強(qiáng)強(qiáng)度劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，，分別為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，其中C表示混凝土，，C后面的數(shù)字表表示立方體強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，，例如C15即表示fcu,k=15N/mm2，混凝土強(qiáng)度度等級(jí)的級(jí)差差均為5N/mm2。2、混凝土的軸軸心抗壓強(qiáng)度度（棱柱體強(qiáng)強(qiáng)度）*當(dāng)試件的高度度h與截面邊長(zhǎng)b之比增大時(shí)，，“套箍”作作用減小，測(cè)測(cè)得的強(qiáng)度值值降低。*h/b=2-4時(shí)，測(cè)得的抗抗壓強(qiáng)度值比比較穩(wěn)定，規(guī)規(guī)定150×150×300mm的試件作為試試驗(yàn)混凝土軸軸心抗壓強(qiáng)度度的標(biāo)準(zhǔn)試件件。3、混凝土的軸軸心抗拉強(qiáng)度度混凝土的抗拉拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于于其抗壓強(qiáng)度度，一般為測(cè)定混凝土抗抗拉強(qiáng)度的試試驗(yàn)方法（1）直接拉伸試試驗(yàn)（2）劈裂試驗(yàn)混凝土強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值等于混混凝土強(qiáng)度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值除以混混凝土材料分分項(xiàng)系數(shù)表4-4混凝土強(qiáng)度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc,k10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2fl,k1.271.541.782.012.202.402.512.642.742.852.993.003.053.11表4-5混凝土強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值(N/mm2)強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc7.29.611.914.316.719.121.223.125.327.529.731.833.835.9ft0.911.11.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22=1.4。各種強(qiáng)度等級(jí)級(jí)的混凝土強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值值分別按表4-4、表4-5采用。（二）混凝土土的變形性能能1混凝土在一次次短期加荷下下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：2混凝土的彈性性模量混凝土彈性模模量的三種表表示方法①原點(diǎn)彈性模模量:②切線模量:③割線模量:在工程實(shí)踐中中所稱的混凝土彈性模模量是指“原原點(diǎn)彈性模量量”，通過試驗(yàn)得得到。混凝土的彈性性模量Ec按表4-6采用。表4-6混凝土彈性模模量（單位位：×104N/mm2）混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80Ec2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.653.703.753.80混凝土的選用用原則為保證結(jié)構(gòu)安安全可靠、經(jīng)經(jīng)濟(jì)耐久，選選擇混凝土?xí)r時(shí)，要綜合考考慮材料的力力學(xué)性能、耐耐久性能、施施工性能和經(jīng)經(jīng)濟(jì)性等方面面的問題，按按照《混凝土規(guī)范》的要求進(jìn)行選選用。（1）鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)的混凝凝土的強(qiáng)度等等級(jí)不應(yīng)低于于C15；當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混混凝土的強(qiáng)度度等級(jí)不宜低低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋時(shí)，以以及承受重復(fù)復(fù)荷載的構(gòu)件件，混凝土強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)不得得低于C20。（2）預(yù)應(yīng)力混凝凝土結(jié)構(gòu)的混混凝土的強(qiáng)度度等級(jí)不應(yīng)低低于C30；當(dāng)采用鋼鉸鉸線、鋼絲、、熱處理鋼筋筋作預(yù)應(yīng)力鋼鋼筋時(shí)，混凝凝土的強(qiáng)度等等級(jí)不宜低于于C40。（3）當(dāng)采用山砂砂混凝土或高高爐礦渣混凝凝土?xí)r，尚應(yīng)應(yīng)符合專門標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。。1.粘結(jié)的作用和和性質(zhì)鋼筋與混凝土土間的粘結(jié)是是保證鋼筋和和混凝土共同同工作的基礎(chǔ)礎(chǔ)，粘結(jié)應(yīng)力力是鋼筋和混混凝土接觸面面上的剪應(yīng)力力，使鋼筋和和周圍混凝土土之間的內(nèi)力力得到傳遞。。2.粘結(jié)機(jī)理分析析（粘結(jié)力的的組成）⑴化學(xué)膠結(jié)力力：來(lái)源于水泥泥漿體和鋼筋筋表面之間化化學(xué)作用產(chǎn)生生的吸附膠著著作用；⑵摩擦力：混凝土凝結(jié)硬硬化時(shí)的收縮縮使接觸面上上產(chǎn)生正壓應(yīng)應(yīng)力及摩擦力力；⑶機(jī)械咬合力力：鋼筋表面粗粗糙不平產(chǎn)生生的咬合作用用（光面鋼筋筋），肋間鋼鋼筋與混凝土土之間的咬合合作用（變形形鋼筋）。第二節(jié)鋼鋼筋與混凝土土之間的粘結(jié)結(jié)作用3.鋼筋的錨固在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋筋伸入支座或或在連續(xù)梁頂頂部負(fù)彎距區(qū)區(qū)段的鋼筋截截?cái)鄷r(shí)，應(yīng)將將鋼筋延伸一一定的長(zhǎng)度，，這就是鋼筋的錨固。只有鋼筋有有足夠的錨固固長(zhǎng)度，才能能積累足夠的的粘結(jié)力，使使鋼筋能承受受拉力。當(dāng)計(jì)計(jì)算中充分利利用鋼筋的抗抗拉強(qiáng)度時(shí)，，受拉鋼筋的的錨固長(zhǎng)度應(yīng)應(yīng)按式（4-3）計(jì)算：普通鋼筋：la=αfyd/ft（4-3a）預(yù)應(yīng)力鋼筋：：la=αfpyd/ft（4-3b）式中l(wèi)a～受拉鋼筋的的錨固長(zhǎng)度；；fy、fpy～普通鋼筋、、預(yù)應(yīng)力鋼筋筋的抗拉強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值；ft～混凝土軸心心抗拉強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值；當(dāng)混混凝土強(qiáng)度等等級(jí)高于C40時(shí)，按C40取值；d～鋼筋的公稱稱直徑；α～鋼筋的外形形系數(shù)，按表表4-7取用。表4-7鋼筋的外形系系數(shù)鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線α0.160.140.190.130.160.17注：光面鋼筋筋指HPB235級(jí)鋼筋，其末末端應(yīng)做180°彎鉤，彎后平平直段長(zhǎng)度不不應(yīng)小于3d，但作受壓鋼鋼筋時(shí)可不做做彎鉤；帶肋肋鋼筋系指HRB335級(jí)、HRB400級(jí)鋼筋及RRB400級(jí)余熱處理鋼鋼筋。當(dāng)符合某些條條件時(shí)（詳見見混凝土規(guī)范范），計(jì)算的的錨固長(zhǎng)度應(yīng)應(yīng)進(jìn)行修正,受拉鋼筋的最最小錨固長(zhǎng)度度見下表。4.混凝土保護(hù)層層厚度為了保護(hù)鋼筋筋（防腐、防防火）和保證證鋼筋和混凝凝土之間的粘粘結(jié)力，鋼筋筋外表面至構(gòu)構(gòu)件表面要保保持一定距離離，這個(gè)距離離之間的混凝凝土層叫做保保護(hù)層。梁的的保護(hù)層厚度度見表3-2(環(huán)境類別見表表1-1)：圖3-5凈距、保護(hù)層層及有效高度度表3-2縱向受力鋼筋筋的混凝土保保護(hù)層最小厚厚度（mm）環(huán)境類別板、墻、殼梁柱≤C20C25～C45≥C50≤C20C25～C45≥C50≤C20C25～C45≥C50一201515302525303030二a—2520—3030—3030b—2520—3530—3530三—3025—4035—4035注：基礎(chǔ)的保保護(hù)層厚度不不應(yīng)小于40mm，當(dāng)無(wú)墊層時(shí)時(shí)不應(yīng)低于70mm。現(xiàn)澆板保護(hù)層層做法5.端彎鉤為保證鋼筋和和混凝土之間間的粘結(jié)力，，防止鋼筋在在受拉時(shí)滑動(dòng)動(dòng)，對(duì)承受拉拉力的光圓鋼鋼筋，其兩端端要做成彎鉤鉤。彎鉤的形形式有：半圓圓彎鉤和直彎彎鉤等，如圖圖所3-4示。對(duì)螺紋鋼筋，兩端端可不做彎鉤。圖3-4鋼筋和箍筋的彎鉤鉤6.鋼筋的連接綁扎搭接機(jī)械連接或焊接鋼筋連接形式（1）綁扎搭接接頭工作原理：通過鋼筋與混凝土土之間的粘結(jié)強(qiáng)度度來(lái)傳遞鋼筋的內(nèi)內(nèi)力。適用范圍：■軸心受拉及小偏心心受拉構(gòu)件的縱向向受力鋼筋不得采采用綁扎搭接接頭頭；■直徑大于28mm的受拉鋼筋及直徑徑大于32mm的受壓鋼筋不宜綁綁扎搭接接頭。1）受拉鋼筋搭接縱向受拉鋼筋綁扎扎搭接接頭的搭接接長(zhǎng)度ll應(yīng)根據(jù)位于同一連連接區(qū)段內(nèi)的鋼筋筋搭接接頭面積百百分率按下式計(jì)算算，且在任何情況下均不應(yīng)應(yīng)小于300mm：ll=ζla≥300mm(3.1.2)式中l(wèi)a—受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)長(zhǎng)度；ζ—受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度度修正系數(shù)，按表表3.1.6采用。搭接接頭的要求：：接頭率：鋼筋綁扎搭接接頭頭連接區(qū)段的長(zhǎng)度度為1.3倍搭接長(zhǎng)度，凡搭搭接接頭中點(diǎn)位于于該長(zhǎng)度范圍內(nèi)的的搭接接頭均屬同同一連接區(qū)段。位位于同一連接區(qū)段段內(nèi)的受拉鋼筋搭搭接接頭面積百分分率(即有接頭的縱向受受力鋼筋截面面積積占全部縱向受力力鋼筋截面面積的的百分率)，對(duì)于梁類、板類類和墻類構(gòu)件，不不宜大于25%；對(duì)柱類構(gòu)件，不宜宜大于50%。當(dāng)工程中卻有必必要增大受拉鋼筋筋搭接接頭面積百百分率時(shí)，對(duì)梁類類構(gòu)件不應(yīng)大于50%；對(duì)板類、墻類及及柱類構(gòu)件，可