建筑结构第一章钢筋混凝土结构材料Word文档格式.docx
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2、钢筋的品种和级别
1.按加工工艺和力学性能不同分：
按加工工艺和力学性能不同分热轧钢筋、冷拉钢筋、、冷轧带肋钢筋和热处理钢筋四种。
）、热轧钢筋热轧钢筋：
1）、热轧钢筋：
是钢厂用普通低碳钢（含碳量不大于0.25％）和普通低合金钢（合金元素不大于5％）在高温下轧制而成型。
其常用种类、HPB235级HRB335级代表符号和直径范围如表所示。
（HPB235级、HRB335级、
HRB400级RRB400级HRB400级、RRB400级）
HRB335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，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。
Ⅳ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
2）、冷拉钢筋
冷拉钢筋是在热轧钢筋在常温下用机械强力拉伸而成加拉的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。
但经冷拉后，钢筋的延伸率降低。
冷拉钢筋分为冷拉四个级别：
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ其中：
冷拉Ⅰ级钢筋可用于普通混凝土结构，冷拉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋主要用于预应力混凝土结构。
3）、冷轧带肋钢筋
冷轧带肋钢筋：
是由热轧圆条经冷拉在其表面冷轧
成带有斜肋的钢筋。
根据国家标准《冷轧带肋钢筋》（GB13788-2000）的规定，冷轧带肋钢筋按抗拉强度最小值可分为三级牌号，即LL550、LL650、LL800，其中L、L分别表示“冷轧”、“带肋”，后面的数字表示钢筋抗拉强度最小数值。
LL650、LL800级冷轧带肋钢筋可用于中小型构件的预应力钢筋
4）、热处理钢筋
是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，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。
5）、钢丝钢丝钢丝的直径3~9mm；
外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2mm。
中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。
2、按钢筋表明形状分、
软钢”1）、光面钢筋：
——“软钢”）、光面钢筋：
光面钢筋HPB235级（Ⅰ级）钢筋多为热轧光面钢筋，多作为现浇钢筋多为热轧光面钢筋钢筋多为热轧光面钢筋，楼板的受力钢筋和箍筋
2）、变形钢筋（带肋钢筋））、变形钢筋（）、变形钢筋
HRB335和HRB400是热轧变形钢筋，普通钢筋，“软钢”（人字纹、螺旋纹、月牙纹）钢筋表面形状的选择取决于钢筋的强度。
为了使钢筋的强度能够充分地利用，强度越高的钢筋要求与混凝土粘结的强度越大。
提高粘结强度的办法是将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹，称为变形钢筋。
变形钢筋的表面形状，我国以往长期采用螺旋纹和人字纹两种表面花纹由两条纵助和螺旋形横助或人字形横肋组成。
二、钢筋的力学性能
1、钢筋的强度钢筋按其的应力-应变曲线特性不同分为两种（有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋））、有明显屈服点的钢1）、有明显屈服点的钢——称软钢筋——称软钢热轧钢筋具有明显的屈服点和屈服台阶（图1-2）。
四个阶段：
根据热轧钢筋应力——应变曲线的基本特征，在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点下两点简化：
简化：
忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性应变，A、忽略即假设钢筋应力不大于屈服点时应力-应变关系-直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；
B.不利用不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达B.不利用fy到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力，应变则处Es于流幅以内。
1
εy
经上述简化后，热轧钢筋的应力-应变关系可简化为图1-3所示的曲线（图中fy为钢筋抗拉强度设计值）。
热轧钢筋力学性能的几个指标几个指标
弹性模量：
钢筋的应力—应变曲线呈直线变化，应力、应变的比值成直线变化
钢筋的弹性模量（N/mm2）类
种
HPB235级钢筋HRB335级钢筋、HRB400级钢筋、RRB400级钢筋、热处理钢筋消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝钢绞线
Es2.1×
1052.0×
1052.05×
1051.95×
105
屈服强度：
是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，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。
屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。
σs=Ps/A与钢筋的等级有关
抗拉强度：
是钢筋的最高强度值，抗拉强度：
σb=Pb/A
热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据。
为什么不采用极限抗拉强度为依据？
这是因为钢筋应力超过屈眼点后将产生过大的应变，导致混凝土的裂缝将过宽。
但是作为一种安全储备，钢筋的极限抗拉强度仍有重要意义。
即通常希望构件的某个（或某些）截面已经破坏时，钢筋仍不致被拉断而造成整个结构倒塌。
要求钢筋的屈服应力不低于规定值。
而且“屈服应力／极限抗拉强度”值（通常称为“屈强比”）不宜过大。
伸长率：
钢筋拉断时的应变，在拉断前有足够预兆，伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸长率越大，塑性越好。
伸长率试件断裂前的永久变形与原标定长度的百分比.伸长率用δ表示，
l?
lδ=×
100%l
'
式中l——钢筋拉伸实验试件的应变量测标距；
l′——试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的标距，即产生残留伸长后的标距。
2）无明显屈服点的钢筋：
无明显屈服点的钢筋：
对于无明显屈服点的钢材，以残余变形为0.2%时的应力作为名义屈服点，其值约为极限强度的85%强度设计指标——条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取σ0.2=0.85倍的抗拉强度
中、高强钢丝和钢绞线均无明显的屈眼点和屈服台阶，也称为“硬钢”，无明显屈服强度的钢筋塑性差、伸长率小，采用其配筋的钢筋混凝土构件，受拉破坏时，突然断裂，破坏前没有明显的预兆。
各种钢筋强度标准值、设计值见表1—2、表1—3、表1—4、表1—5
2、钢筋的冷弯性能
冷弯性能由冷弯实验来确定，实验时按照规定的弯心直径在实验机上用冲头加压，使试件弯成180°
，如试件外～表面不出现裂纹和分层，即为合格。
冷弯实验。
冷弯实验是检验钢筋塑性的另-种方法。
伸长率一般不能反映钢材脆化的倾向。
三、钢筋的冷加工
冷加工钢筋是指在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进冷加工钢筋行加工得到的钢筋。
常用的加工工艺有冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭四种。
常用的加工工艺目的：
目的：
充分发挥材料的效用、提高钢筋的设计强度，节约钢材和满足预应力钢筋要求，检验焊接接头质量的重要途径经冷加工后钢筋在强度提高的同时，延伸率显著降低除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋均无明显屈服点和屈服台阶。
1、冷拉钢筋
在常温下，以超过钢筋屈服点的拉应力拉伸钢筋，使钢筋产生塑性变形，以提高强度，节约钢材。
钢筋的冷拉不仅能提高钢筋强度，还具有调直钢筋、除锈工作，但降低了钢筋的塑性。
适用于Ⅰ～Ⅳ级钢筋。
钢筋冷拉原理如图所示图变形硬化—K点的屈服强变形硬化度高于冷拉前的屈报强度时效硬化—K‘点为当钢时效硬化筋冷拉后停放一段时间再拉的应力值。
时效不仅提高屈服强度而且提高钢筋的抗拉强度。
2、冷拔钢筋、
冷拔是使6～8的光圆钢筋通过钨合金的拔丝模进行强力冷拔，使钢筋产生塑性变形，以改变其物理－力学性能。
这时钢筋受到纵向拉力和横向压力的作用，内部结构发生变化，截面变小而长度增加。
经过几次冷拔，钢筋强度比原来的有很大提高，但塑性则显著降低。
且没有明显的屈服点（图110）。
冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度
四、混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求
1、钢筋应具有一定的强度采用较高强度的钢筋可以节省钢材，获得较好的经济效益。
2、钢筋应具有良好的塑性要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以破坏的预兆。
因此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。
3、钢筋应具有良好的可焊性在很多情况下，钢筋的接长和钢筋之间的连接需通过焊接。
钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。
4、钢筋与混凝土的粘结锚固性能好为了使钢筋的强度能够充分被利用和保证钢筋与混凝土共同工作，二者之间应有足够的粘结力。
在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。
五、钢筋的选用原则
1、钢筋混凝土结构中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优先采用HRB400级和HRB335级钢筋，以节省钢筋用量，改善我国建筑结构的质量。
除此之外，也可以采用HPB235级和RRB400级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋。
2、预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强钢丝，预应力钢筋宜采用预应也可以采用热处理钢筋。
除此之外，还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。
公路桥涵工程中还可以选用精制螺纹钢筋
第二节
混凝土
混凝土：
是按一定比例的水泥、砂、石和水，经拌合、浇筑、振捣、养护、逐步凝固硬化形成的人造石材。
混凝土构造复杂、具有各向异性、抗拉强度低（易开裂），是一种弹塑性材料。
一、混凝土的强度
混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。
此外，试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。
混凝土的强度指标有：
混凝土的强度指标有立方抗压强度fcu.k、轴心抗压强度fck、轴心抗拉强度ftkfcu.k、f
1、混凝土的立方体抗压强度标准值（fcu.k）与强度等级混凝土的立方体抗压强度标准值（
以边长为150mm的立方体在20±
3?
C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准实验方90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准实验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（以N/mm法测得的具有95%保证率的抗压强度（以N/mm计）作为混凝土的强度等级，并用符号表示混凝土的强度等级一般可划分为：
C15表示混凝土的强度等级一般可划分为：
C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80C15—C50为普通混凝土，C50以上为高强混凝土）。
2
混凝土的强度等级含义及要求
C代表混凝土地后的数字即为混凝土立方体抗压强度的标准值，其单位为N／mm2，例如C60表示混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k=60N／mm2在钢筋混凝土结构中混凝土的强度等级不得低于C15，当采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋以及承受重复荷载作用时；
混凝土强度等级不处低于C20。
对于预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30当建筑物对混凝土还有抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷等技术要求时，混凝土强度等级需根据具体技术要求而定。
2、轴心抗压强度fck
由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。
我国采用150mm×
150mm×
300mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件。
棱柱体试件是在与立方体试件相同的条件下制作的，用标准实验方法测得的混凝土棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用fck表示。
根据实验结果分析：
混凝土棱柱体试件的轴心抗压强度的标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu.k之间存在f下列关系fck=0.76fcu.k考虑到实结构与试件在尺寸、制作、养护方面条件的差异，加荷速度等因素的影响，对试件强度进行修正，引入试件修正系数0.876引入试件修正系数0.876fck=0.86×
70.76fcu.k=0.66fcu.k
3、混凝土的轴心抗拉强度（ftk）混凝土的轴心抗拉强度（
混凝土为脆性材料，内部存在许多细小孔隙，因此其抗拉强度很低。
混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多。
一般只有抗压强度的5％～10％，fcu,k越大、ftk/fcu,k值越小，根据实验结果对比，混凝土试件的轴心抗拉强度的标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系如下。
ftk=0.26（fcu,k）2/3
混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘接强度。
采用表面粗糙的骨料及较好的养护条件可提高混凝土的抗拉强比抗压强度值。
轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度
混凝土强度值见下表
二、混凝土的变形
混凝土的变形分为：
是由外荷载作用引起的受力变形、是非外荷载因素（温度、湿度等）引起的体积变形1、混凝土在一次短期荷载作用下的变形混凝土在一次短期加载下的应力—应变曲线如图
实测的典型混凝土棱柱体的σ-ε曲线，有上升段和下降段上升段的特点：
阶段（弹性阶段）0A段:
第I阶段（弹性阶段）（σ=0.3～0.4fck），由于试件应力较小，混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形，应力应变的公关系接近直线，A点称为比例极限点。
AB段AB段:
第II阶段（稳定裂缝扩展阶段），临界点B相对阶段（稳定裂缝扩展阶段）应的应力可作为长期受压受强度的依据（一般取0.8fCk）
BC段BC段：
第III阶段（裂缝快速发展阶段），III阶段（裂缝快速发展阶段），），应力达到阶段的最高点为fck。
fck相对应的应变称为峰值应变ε0。
一般ε0=0.0015～0.0025，平均取ε0=0.002
在应力超过fc以后，裂缝迅速发展，结构内部的整体性受到愈来愈严重的破坏，试件的平均应力强度下降，当曲线下降到拐点D后，曲线σ-ε由凸向水平方向发展，在拐点D之后，σ-ε曲线中曲率最大点E称为“收敛点”、E点以后主裂缝已很宽。
结构内聚力几乎耗尽对于无侧向约束的混凝土已失去结构的意义。
不同强度混凝土的σ-ε曲线见图所示。
曲线见图所示。
不同强度混凝土的曲线见图所示
2、混凝土的弹性模量、剪切模量、混凝土的弹性模量、
1）、弹性模量）、弹性模量在计算混凝土构件的截面应力、变形、预应力混凝土构件的预压应力，以及由于温度变化、支座沉降产生的内力时，需要利用混凝土的弹性模量。
由于一般情况下受压混凝土的曲线σ-ε是非线性的，应力和应变的关系并不是常数，这就产生了“模量”的取值问题。
混凝土的弹性模量有三种表示方法（原点弹性模量、原点弹性模量、切线模量、切线模量、变形模量）
①原点弹性模量：
通过原点受压混凝土σ-ε曲线切线的斜率为混凝土的初始弹性模量E0。
但是它的稳定数值不易从实验中测得。
②切线模量：
在σ-ε曲线的弹性阶段取某点做切线，该切线的斜率为切线弹模，
③、变形模量（又称割线弹模）变形模量（
变形模量在σ-ε曲线的弹性阶段取某点，做其与原点0的割线，其斜率为割线弹模，不精确。
实用弹模Ec
实验结果表明：
混凝土的弹性模量与立方体抗压强度有关，目前我国《规范》给出弹性模量Ec的经验公式为
10EC=34.72.2+fcu,k
5
2）、剪切模量
混凝土的剪切模量可由理论关系式计算：
各符号的含义见教材P17
EcGc=2（1+υc）
3、混凝土在长期荷载作用下的变形——徐变混凝土在长期荷载作用下的变形——徐变——
混凝土在长期作用下，应力不变，应力随时间而增长而增加的现象称为徐变.徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。
徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定。
1）、产生徐变的原因：
）、产生徐变的原因产生徐变的原因：
水泥石由结晶体凝胶体组成，在外力长期持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产生持续变形；
混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩展，导致应变的增加。
2）、影响徐变的因素：
）、影响徐变的因素：
）、影响徐变的因素
混凝土的徐变除与构件截面的应力大小和时间长短构件截面的应力大小和时间长短有构件截面的应力大小和时间长短关混凝土的组成和配合比（混凝土的组成和配合比是影混凝土的组成和配合比响徐变的内在因素）加荷时混凝土的龄期骨料（骨料（骨料的相对体积越大，徐变越小、骨料越坚硬、弹性模量越高徐变就越小）
构件形状及尺寸养护及使用条件下的温湿度（养护及使用条件下的温湿度（养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。
养护时温度队湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小，）减小徐变的措施：
加强养护、减小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密实度等
3）、徐变对混凝土结构的影响：
）、徐变对混凝土结构的影响：
）、徐变对混凝土结构的影响
使钢筋与混凝土产生应力重分布，引起超静定结构产生应力松弛（因为超静定结构的变形受到约束，混凝土的应力随时间的增长而降低，即产生应力松弛）——可缓解应力集中、调节温度应力、调节由支座不均匀沉降产生的附加应力。
——对水工结构是有利的造成结构应力变大、受弯构件挠度增大——对结构不利引起预应力混凝土结构中预应力损失——对于预应力结构建立有效预应力不利
4、混凝土的温度变形和干湿变形
混凝土除了在荷载作用下引起变形外，还会因温度和湿度的变化引起温度变形和干湿变形混凝土的收缩与膨胀收缩————混凝土在空气中结硬时，体积减小的现象，收缩——易造成混凝土表面开裂。
膨胀————混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时膨胀——体积增大的现象。
一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多，所以分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。
1）、混凝土的干缩
收缩的特点：
①混凝土的收缩是随时间而增长的变形，结硬初期收缩较快1个月大约可完成1/2的收缩，3个月后增长缓慢，一般2年后趋于稳定，②最终收缩应变大约为（2～6）×
10-4，一般取收缩应变值为：
3×
10-4。
引起收缩的主要原因：
干燥失水是引起收缩的重要因素。
使用环境的温度越高、湿度超低，收缩越大.蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为高温高温可加快水化作用减少混凝士的自由水分加速了凝结与硬化的时间。
通过实验还表明，水泥用量越多、水灰比越大，收缩越大；
骨料的级配好、弹性模量大，收缩越小；
构件的体积与表面积比值大时，收缩小。
2）、混凝土的温度变形）、混凝土的温度变形）、
当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。
在大体积混凝土中，由于混凝土表面较内部的收缩量大，再加上水泥水化热使混凝土的内部温度比表面温度高，如果把内部混凝土视为相对不变形体，它将对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝士形成拉应力，如果内外变形差较大，将会造成表层混凝土开裂
3）、混凝土的选用原则）、混凝土的选用原则
建筑工程中：
钢筋混凝土构件的混凝士强度等级：
一般情况下不应低于C15钢筋混凝土构件的混凝士强度等级：
一般情况下不应低于C15当采用HRB335级钢筋时，混凝土的强度等级不宜低于C20；
当采用HRB335级钢筋时，混凝土的强度等级不宜低于C20；
HRB335级钢筋时C20当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重量荷载的构件，当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重量荷载的构件，混凝HRB400级钢筋以及承受重量荷载的构件土的强度等级不得低于C40。
土的强度等级不得低于C40。
C40预应力混凝土结构的混凝土强度等级：
一般不应低于C30预应力混凝土结构的混凝土强度等级：
一般不应低于C30当采用钢绞线、钢丝、当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时混凝土强度等级不宜低于C40。
等级不宜低于C40。
C40
公路桥涵工程中：
钢筋混凝土构件的混凝土强度等级：
一般情况下不应低于C20当采用HRB400和KL400级钢筋时，混凝土的强度等级不应低于C25。
位于以下区域的桥涵构件，混凝土的强度等级不低于C30；
严寒区、海水区或使用除冰盐且受其影响的桥涵构件；
有气态、液态或固态侵蚀物质的环境时不抵干C30。
三、混凝土的其它性能
1、重力密度：
素混凝土取用24kN/m3钢筋混凝土取25kN/m32、耐久性：
混凝土的耐久性是指组成混凝土的材料在长期使用过程中，抵抗其自身及环境因素长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的能力，主要指抗渗性、抗冻性、抗碳性、抗化学侵蚀、抗冲刷及碱集料反应等。
结构的耐久性与结构所处环境条件、结构使用条件、结构型式和细部构造、结构表层保护措施以及施工质量等有关，在一般情况下，可按结构所处环境条件提出相应的耐久性要求。
表1—9所示为了满足耐久性的要求。
可参照混凝土的选择原则进行。
（前述）
第三节
钢筋与混凝土的粘结力
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。
一、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、粘结力的组成（四种）、组成（
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