《建筑结构》第2章 钢筋和混凝土的力学性能概况.docx
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《建筑结构》第2章钢筋和混凝土的力学性能概况
第二章钢筋和混凝土的力学性能
§§22 1钢筋的力学性能§§22
2混凝土的力学性能§§22 3钢筋与混凝土之间的粘结作用
钢筋与混凝土之间的粘结作用
一、钢筋的分类
一、钢筋的分类1按化学成分分类
§§22 1钢筋的力学性能
钢筋的力学性能A.碳素钢:
低碳钢、中碳钢及高碳钢,其特点是随着含碳量的增加,强度提高,脆性增加;
B.普通低合金钢:
为改善碳素钢的力学特性,加入少量合金元素。
1.钢筋的分类
2按外形分类
钢筋按外形的不同分为光圆钢筋、带肋钢筋、刻痕钢筋和钢绞线。
带肋是指表面带有凸纹。
目前,带肋钢筋的凸纹一般为月牙纹。
刻痕是将表面刻出椭圈形的浅坑。
钢绞线则由多股高强度光圆钢筋绞合而成。
3按加工方法分类
钢筋按加工方法的不同可分为热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧钢筋和热处理钢筋等。
热轧钢筋:
用低碳钢或低合金钢在高温下轧制而成。
根据其强度标准值的不同,热轧钢筋又分为235、335、400、500四个级别。
级别越高,钢筋的强度也越高,但塑性越差。
235级钢筋用普通低碳钢（含碳不大于0.25%制成,表面光圆,最小直径为6mm。
335、400、500级钢筋用低、中碳的低合金钢（含碳不大于0.6%,其他合金总量不大于5%制成,表面有肋纹,最小直径一般为10mm。
各种级别热轧钢筋的符号和所用钢材的牌号列于书P7表2 1。
s
e
B
K
ZZ’K’残余变形冷拉伸长率
无时效
经时效冷拉钢筋:
在常温下,把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。
热轧钢筋经冷拉后屈服强度有较大提高,经时效处理后抗拉极限强度也有所提高,但钢筋的塑性则有所下降。
冷拉钢筋也分为四个级
别,符号分别为At、Bt、Ct、Dt。
由于冷拉钢筋塑性很差,现已很少采
用。
K点的选择:
应力控制和应变控制
温度的影响:
温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态,先焊后拉
特性:
只提高抗拉强度,不提高抗压强度,强度提高,塑性下降
热轧钢筋HotRolledSteelReinforcingBarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPB
Hotrolled
Plain
BarHRB
Hotrolled
RolledBarRRB
Rolled
RibbedBar屈服强度fyk
（标准值=钢材废品限值,保证率97.73%HPB235级:
fyk=235N/mm2HRB335级:
fyk
=335N/mm2HRB400级、RRB400级:
fyk=400N/mm
2
uHPB235级（Ⅰ级钢筋多为光面钢筋（PlainBar,多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋
uHRB335级（Ⅱ级和HRB400级（Ⅲ级钢筋强度较
高,多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋,尺寸较大
的构件,也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土
的粘结（Bond,外形制作成月牙肋或等高肋的变
形钢筋（DeformedBar。
uⅣ级钢筋强度太高,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
u延伸率（Percentageofelongation:
d5=25、16、14、10%,直径8~40。
低合金钢热轧带肋钢筋
低碳钢热轧圆盘条
冷拔钢筋:
在常温下,使热轧光圆钢筋通过硬质合金拔丝模上比钢筋直径稍小的锥形孔,强行拉拔而成（图2一2。
拉拔次数越多,直径就越小,强度就越高。
冷拔低碳钢筋用Q235级热轧钢筋冷拔而成,分为甲、乙两级;甲级强度较高,但必须逐盘检验,并根据检验所得的抗拉强度分为Ⅰ、Ⅱ两组,其直径有4mm和5mm两种;乙级强度较低,仅要求分批检验,直径为3~5mm。
冷拔低碳钢筋的符号为Ad。
冷拔钢筋强度虽高,但表面光滑,与混凝土之间的粘结力较差,现已很少采用。
经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅,冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度。
冷轧钢筋:
在常温下,将光圆的普通低碳或低合金钢筋（Q215、
Q235、20MnSi、24MnTi经过轧制,使其减小直径,并且表面带肋（一般为三面带有月牙纹肋的钢筋。
目前使用的冷轧带肋钢筋按其极限抗拉强度分为CRB550、CRB650和CRB800三个牌号。
其中,CRB550一般用Q215圆钢冷轧而成,CRB650用Q235圆钢冷轧而成,CRB800则是用20MnSi或24MnTi圆钢冷轧而成、CRB550钢筋的直径为4~12mm,CRB650钢筋的直径4~6mm,CRB800钢筋的直径目前只有5mm一种。
冷轧钢筋强度较高,且表面带肋,可用来取代小直径的Q235级光圆钢筋或冷拔低碳钢丝。
目前,CRB550钢筋一般用来取代Q235级光圆钢筋,用于现浇板或梁柱箍筋;而CRB650和CRB800钢筋则一般用来取代甲级冷拔低碳钢丝,用于中小型预应力构件（如预应力多孔板、预应力檀条等。
热处理钢筋:
将500级热轧钢筋经过加热、淬火和回火等调质处
理后得到的钢筋,其强度比500级钢筋高得多,而塑性却降低不多。
热处理钢筋用于大型预应力混凝土构件。
该种钢筋的符号为Dht。
大型预应力混凝土构件除采用热处理钢筋外,还常用消除应力钢丝和钢绞线。
它们的强度均很高。
消除应力钢丝:
采用高碳圆钢（含碳量0.7%~1.4%,经过加热、淬火、冷拔和回火等工艺制成,其符号为Ap（光面、Ah（螺旋肋或Ai（刻痕。
钢绞线:
将多根碳素钢丝（一般为7根用绞盘绞制而成。
其标志直
径为截面外接圆的直径,其符号为AS。
4按供货形式分类
钢筋按供货形式可分为直条钢筋和盘圆钢筋两种。
直径为10~
50mm的钢筋通常用直条供应,长度为6~12mm;直径小于10mm的钢筋通常用盘圆供应。
在a点之前,材料处于弹性阶段,应力与应变成正比,其比值即为钢
筋的弹性模量E s 。
对应于a点的应力称为比例极限
比例极限。
a 点以后,应
变增加变快,图形变曲,钢筋开始表现出塑性性质。
当到达b点时,应力不再增加而应变却继续增加,钢筋开始塑性流动,直至c点。
这种现象称为钢筋的“屈服”,对应于b点的应力称为屈服强度
屈服强度,bc水平段称为流幅
流幅或屈服台阶
屈服台阶。
c点以后,钢筋又恢复部分弹性,应力沿曲线上升至最高点d ,对应于d点的应力称为极限强度
极限强度,cd段称为强化阶段。
d点以后,钢筋在薄弱处发生局部颈缩现象,塑性变形迅速增加, 而应力却随之下降,到达e
点时试件断裂。
有明显屈服点的钢筋（软钢典型有两个强度指标:
①b点所对应的屈服强度,②d点对应的极限强度。
工程上取屈服强度作为钢筋强度取值的依据,因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形,将使构件变形和裂缝宽度大大增加,以致无法使用。
钢筋的极限强度是钢筋的实际破坏强度,
不能作为设计中钢筋强度取值的依据。
强度级别不同的软钢,其应力一应变曲线也有所不同。
235~500 级热轧钢筋的应力一应变曲线如图2一4所示,由图可知,随着级别的提高,钢筋的强度增加,
但伸长率降低。
bss 85 . 0 2 . 0=无明显屈服点的钢筋（硬钢只有一个强度指标,即b点所对应的极限抗拉强度
限抗拉强度。
在工程设计中,极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据,一般取残余应变为0.2%所对应的应力s 0.2 作为无明显屈服点钢筋的强度限值,通常称为条件屈服强度
条件屈服强度。
对高强钢丝,条件屈服强度相当于极限抗拉强度的0.85倍。
为简化计算规范统一取 , 其中s b
为无明显屈服点钢筋的抗拉极限强度。
三、钢筋砼结构及预应力砼结构对钢筋性能的要求
三、钢筋砼结构及预应力砼结构对钢筋性能的要求
钢筋砼结构及预应力砼结构对钢筋性能的要求主要有以下几点:
l有较高的强度和适宜的屈强比。
这里的强度是指屈服强度或条件屈服强度。
屈强比是指屈服强度与极限强度之比,该值可反映结构的可靠程度;屈强比小,结构可靠,但钢材强度的利用率低,不经济; 屈强比太大,则结构不可靠。
2有较好的塑性。
这是保证构件破坏前有较明显的预兆（明显的变形和裂缝,保证较好塑性的措施是钢筋拉伸率不小于规定值,并且冷弯试验合格。
3与混凝土之间有良好粘结力。
这是钢筋与砼共同工作的基础。
4具有较好的可焊性。
保证焊接后接头的受力性能良好,拉伸破坏不发生在接头处。
此外,在寒冷地区（例如 20°C以下,对钢筋的低温性能也有一定的要求,不宜采用冷加工钢筋,以免发生脆性破坏。
四、钢筋的选用
四、钢筋的选用
钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋,应按下列规定选用:
l钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜采用牌号为HRB335、HRB400的热轧钢筋;也可采用HRB235 级（d£12mm热轧钢筋;
2预应力钢筋宜采用钢绞线和消除应力钢丝,也可采用热处理钢筋; 对中小型构件中的预应力钢筋,宜采用牌号为CRB650或CRB800 的冷轧带肋钢筋。
具体工程中,现浇楼板的钢筋和梁柱的箍筋多采用HPB235级钢筋; 梁柱的受力筋多采用HRB335、HRB400和RRB400级钢筋;尺寸较大的构件有时也采用HRB335
级钢筋作箍筋。
§§2 2 2 混凝土的力学性能混凝土的力学性能 1.概论一、混凝土的强度一、混凝土的强度混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石、细骨料砂等材料按一定配合比,经混合搅拌,入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。
影响混凝土的强度和变形的主要因素有:
原材料的性能;各组成成分的比例,尤其是水灰比的大小;施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、对混凝土的养护方法;试验方法等。
混凝土的基本强度指标有立方体抗压强度立方体抗压强度、轴心抗压强度轴心抗压强度和轴心抗拉强度
心抗拉强度三种。
其中,立方体抗压强度并不能直接用于设计计算,但因试验方法简单,且与后两种强度之间存在着一定的关系,故被作为混凝土最基本的强度指标,以此为依据确定混凝土的强度等级,并由强度等级查表得到混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度用于设计计算。
强度:
结构材料所能承受的某种极限应力。
砼的强度是靠水泥的水化、硬化获得的。
水泥的水化硬化早期快、后期慢,故砼强度的增长也是早期快、后期慢,但到28d龄期时强度的增长就不明显而趋于稳定。
因此,规范以28d龄期时混凝土的强度为基准。
Xx工程建筑施工特种作业人员安全教育培训试卷
（外用施工电梯
工作单位:
姓名:
得分:
一、判断题（每题2分,共28分（对的打“√”错的打“×’’
1.两个吊笼的升降机,当一个吊笼在进行吊笼保养或检修时,另一个吊笼可以运行。
（
2.施工升降机防坠安全器超过有效标定期20天的可以继续使用。
（
3.实行多班作业的施工升降机,应执行交接班制度,交班司机应填写交接班记录表。
（
4.施工升降机使用过程中,运载物料的尺寸不应超过吊笼的界限。
（
5.在每天开工前和每次换班前,施工升降机司机应按使用说明书要求对施工升降机
进行检查。
发现问题应向使用单位报告。
（
6.调试梯笼,调试导向滚轮与导向间隙,在电梯上下滑动的情况下运行。
（
7.外用施工电梯的安装和拆除不论什么人都可以。
（
8.电梯应按规定单独安装接地保护和避雷装置（
9.使用电梯施工时,天气好坏都可以。
（
10.梯笼乘人或物时,应使载荷均匀分布,不得偏重。
严禁超载运行。
（
11.外用施工电梯的防坠安全器。
在使用中可任意拆检调整。
（
12.多层施工交叉作业,同时使用电梯时,要明确联络信号。
（
13.外用施工电梯在每班首次载重运行时,当梯笼升离地面1~2m时,应停机试验制
动器的可靠性;当发现制动效果不良时,应调整或修复后方可运行。
（
14.作业后,只要把梯笼降到底层,切断电源,锁好开关箱就可以了。
（
二、填空题:
（每题3分、共72分
1.施工作业人员未经项目安全教育或安全教育考试未合格
者,。
2.施工升降机司机未取得不得上岗作业。
3.施工升降机司机作业前没有接受严禁上岗作业。
4.施工升降机楼层防护门未经施工升降机司机许可,不得启闭。
在吊笼内无
人时应当由负责关闭。
5.施工升降机吊笼乘人或载物时,应使载荷均匀分布,防止偏重,严
禁。
6.吊笼运行中,如发现机械有异常情况,应立即检查,排除故障后方可
继续运行。
7.施工升降机运行至最上层和最下层时仍应操纵按钮控制,严禁以自
动碰撞的方法停机。
8.当遇、大雪、、施工升降机顶部风速大于20m/s或导轨架、
电缆表面结有时,不得使用施工升降机。
9.升降机作业结束后,应将吊笼降到,各控制开关打到,切
断,锁好电气箱及,关好吊笼门和围栏门,司机方可离开。
10.施工升降机启动前必须先示警,夜间操作应有足够照明。
11.施工升降机司机应遵守安全和安全管理制度。
12.施工升降机每天第一次使用前,司机应将吊笼升离地面l米至2米,试
验制动器的可靠性。
当发现问题,应经修复合格后方能运行。
13.当在施工升降机运行中由于断电或其他原因中途停止时,可由司机进
行。
14.严禁在施工升降机进行保养、维修作业。
15.外用施工电梯必须由经过人员操作和维修。
16.外用施工电梯运行到最上层或最下层时,严禁用作为停止进
行的控制开关。
和过程中,要有专人指挥,并熟悉图纸、安装程序及要点。
当外用电梯运行中发现有异常情况时,应立即并采取有效措施将降到,排除故障后方可继续运行。
在运行中发现电气失控时,应立即按下按钮;在未排除故障前,不得打开按钮。
17.操作人员应根据操作。
作业前应。
18.在外用电梯未前,操作人员不得离开操作岗
位。
19.外用施工电梯在、、以及、
等结冰时,必须停止运行,并将梯笼降到底层,切断电源。
20.施工电梯应按规定单独安装、
21.施工电梯的,在使用中不得任意拆检调整,需拆检调整时或
每用满1年后,均应由生产厂或指定的进行调整、检修或鉴定。
22.外用施工电梯笼周围范围内应设置稳固的,各楼层平
台通道应平整牢固,出入口应设防护栏杆和。
全行程四周不得有危害运行的障碍物。
23.外用施工电梯启动前,应检查并确认、完整无损,
在零位。
电源接通后,应检查并确认电压正常,应测试现象。
应试验并确认各限位装置、梯笼、围护门等处的电器联锁装置良好可靠,电器仪表灵敏有效。
24.启动后,应进行试验,测定各传动机构制动器的效能,确认正常
3混凝土强度等级的选用原则
外用施工电梯
判断题:
1、×
2、×
3、√
4、√
5、√
混凝土的密实度是十分必要的。
另外,由于采用高强度混凝土,减
7、X
8、√
9、X10、√
11、X12、√13、√14、X
填空题:
1、不得上岗作业
2、特种作业操作资格证书
3、安全技术交底
4、司机
5、超载运行
6、停机
7、行程限位开关
8、大雨大雾冰层9、底层零位电源电源箱
10、鸣笛11、操作规程12、停车13、手动下降
14、运行中15、专业培训、取得操作证的专业16、行程限位开关17、安装和拆卸,统一,检查18、停机;梯笼;底层;急停;急停
19、指挥信号;鸣声示意;切断总电源开关
20、大雨、大雾、五级及以上大风;导轨架、电缆
21、接地保护、避雷装置22、防坠安全器,认可单位
23、2.5m,防护栏杆,防护门
3.混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度
1混凝土轴心抗压强度
立方体抗压强度不能代表混凝土在实际构件中的受力状态,只是作为在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准。
试验表明:
用高宽比为2~3的棱柱体测得的抗压强度与以受压为主的混凝土构件中的混凝土抗压强度基本一致。
按“试验方法”的规定,该强度采用150mm´150mm´300mm的棱柱体作为标准试件,故又称为棱柱体抗压强度柱体抗压强度,,用fc,k表示。
由于试件高度比立方体试块大得多,在其高度中央的混凝土不再受到上下压机钢板的约束,故该试验所得的混凝土抗压强度低于立方体抗压强度,符合轴心受压短柱的实际情况。
因此,棱柱体抗压强度
棱柱体抗压强度可以作为以受压为主的混凝土抗压强度。
150mm
300mm
2混凝土轴心抗压经验公式
大量试验资料表明混凝土轴心抗压强度的标准值（fc,k与立方体抗压强度的标准值（fcu,k
之间的关系约为在结构设计中,考虑到混凝土构件强度与试件强度之间的差异,规范对C50及以下的混凝土取fc,k=0.67fcu,k,对C80取系数为0.72,中间按线性变化。
对于C40~C80混凝土再考虑乘以脆性折减系数
l.0~0.870。
有了以上关系式,只要知道混凝土的强度等级,便可求得轴心抗压强度,故在工程中一般不再进行轴心抗压强度的检测试验。
为经验折减系数。
系数为高强混凝土脆性折减体抗压强度比值为轴心抗压强度与立方或88.0;
;8.0~7.0（
88.021
,,21aaaakcukckcuckffff==非标准试块:
100×100×300
换算系数0.95200×200×400
换算系数1.05
4.混凝土轴心抗拉强度
混凝土是一种脆性材料,且内部存在许多孔缝,故抗拉强度很低,仅为轴心抗压强度的1/10左右,且该比值随混凝土强度的提高而降低。
按“试验方法”规定,混凝土的抗拉强度可采用尺寸为
100×100×500mm的柱体试件进行直接轴心受拉试验,但其准确性较差。
故国内为多采用圆柱体或立方体的劈裂抗拉强度试验来间接测定。
根据大量试验资料的分析,并考虑了构件与试件的差别,设计规范根据轴心抗拉强度的标准值与立方体强度标准值之间的关系,列出了两者数值的对照表。
由此,可直接查得某强度等级混凝土的轴心抗拉强度标准值,而无需再进行轴心抗拉强度试验。
混凝土抗拉强度很低,在混凝土结构的承载力计算中通常不考虑混凝土承受拉力。
但对某些构件进行抗裂验算时,该强度指标便成为验算的重要指标。
根据试验得知,fcu、fc、ft三者之间的关系是fcu>fc>ft
。
（（
45
.055
.02645.11395.088.0
:
da-´=cutff经验公式dlF
ftsp
2=
混凝土强度标准值（N/mm2
混凝土强度等级强度种类符号
C15C20C25C30C35轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度ftk1.271.541.782.012.20
混凝土强度等级
C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10
5.侧向应力对混凝土轴心抗压强度的影响
侧向压应力的存在会使轴心抗压强度提高。
通过圆柱体三向受压试验（图2一7得到的圆柱体纵向抗压强度fcc
的计算公式如下:
fcc=fc+4sr
式中fc
无侧向压应力时的混凝土轴心抗压强度;sr
侧向压应力。
混凝土三向受压时强度提高的原因是:
侧向压应力约束了混凝土的横向变形,从而延迟和限制了混凝土内部裂缝的发生和发展,使试件不易破坏。
ecu
约束混凝土
非约束混凝土
sc
ec
fcc
fc
Esec
Ec
ec02ec0
especc
o
环箍断裂
二、混凝土的变形
二、混凝土的变形1.混凝土在一次短期加荷时的变形
1混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系
混凝土变形有两类:
①荷载作用下的受力变形,包括一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形。
②体积变形,包括收缩、膨胀和温度变形。
混凝土在一次短期加荷时的应力一应变关系可通过对混凝土棱柱体
的受压或受拉试验测定。
图2一8所示的应力一应变曲线包括上升段和下降段两部分,对应于顶点C的应力为轴心抗压强度fc。
在上升阶段中,当应力小于0.3fc时,应力一应变曲线可视为直线,混凝土处于弹性阶段。
随着应力的增加,应力一应变曲线逐渐偏离直线,表现出越来越明显的塑性性质;此时,混凝土的应变ec由弹性应变ece和塑性应变ecp两部分组成,且后者占的比例越来越大。
在下降段,随着应变的增大,应力反而减少,当应变达到极限值ecu时,混凝土破坏。
值得注意的是:
由于曲线存在着下降段,故而最大应力fc对应的应变并不是极限应变ecu,而是应变e0。
eue0o
scfc
ec
úúûùêêëé÷÷øöççèæ--=ncccf011ees22,50（6012=³--=nnfncu时,取当（5010505.0002.0-´-+=cufe（5
10500033.0-´--=cuufe单轴受压时的应力-应变关系的数学模型----中国规范
由图2一9可知:
随着混凝土强度等级的提高,与fc对应的应变e0有所提高,但极限应变ecu却明显减少,这说明高强混凝土的延性较差,强度越高,脆性越明显。
工程中所用的混凝土的e0约为0.0015~0.002,ecu约为0.002~0.006,设计时,为简化起见,可统一取e0=0.002,ecu=0.0033。
混凝土受拉时的应力一应变曲线的形状与受压时相似。
对应于抗拉强度ft
的应变ect很小,计算时可取ecu=0.0015。
影响混凝土徐变的主要因素及其影响情况如下:
（l水灰比和水泥用量:
水灰比小、水泥用量少,则徐变小。
（2骨料的级配与刚度:
骨料的级配好、刚度大,则徐变小。
（3混凝土的密实性:
混凝土密实性好,则徐变小。
（4构件养护温湿度:
构件养护时的温度高、湿度高,徐变小。
（5构件使用时的温湿度:
构件使用时的温度低、湿度大,徐变小。
（6构件单位体积的表面积大小:
表面积小、则徐变小。
（7构件加荷时的龄期:
龄期短、则徐变大。
（8持续应力的大小:
应力大,则徐变大。
当s£0.5fc时,徐变大致与应力成正比,称为线性徐变线性徐变;当sc>0.5fc时,徐变的增长速度大于应力增长速度,称为非线性徐变非
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