第七章钢筋混凝土结构的一般概念

第七章 钢筋混凝土结构的一般概念

一、教学目标

⑴了解钢筋的种类；

⑵掌握钢筋及混凝土的的力学性质； ⑶掌握混凝土徐变的概念及影响徐变的因素； （4）了解钢筋何混凝土的黏结，钢筋的锚固搭接 二、重点难点

1、掌握钢筋及混凝土的的力学性质； 2、掌握混凝土徐变的概念及影响徐变的因素 三、教学方式

采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。 四、建议学时 6学时 五、讲课提纲

第一节 钢筋的力学性质

钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性和可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。 1.1.1 钢筋的强度与变形

钢筋的力学性能有强度和变形（包括弹性变形和塑性变形）等。单向拉伸试验是确定钢筋力学性能的主要手段。通过试验可以看到，钢筋的拉伸应力-应变关系曲线可分为两大类，即有明显流幅（图1-19）和没有明显流幅的（图1-21）。

图1-19为有明显流幅的钢筋拉伸应力应变曲线。在达到比例极限a点之前，材料处于弹性阶段，应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量Es。此后应变比应力增加快，到达b点进入屈服阶段，即应力不增加，应变却继续增加很多，应力应变曲线图形接近水平线，称为屈服台阶（或流幅）。对于有屈服台阶的钢筋来讲，有两个屈服点，即屈服上限（b

点）和屈服下限（c点）。屈服上限受试验加载速度、表面光洁度等因素影响而波动；屈服

下限则较稳定，故一般以屈服下限为依据，称为屈服强度。过了f点后，材料又恢复部分弹性进入强化阶段，应力应变关系表现为上升的曲线，到达曲线最高点d ，d点的应力称为极限强度。过了d点后，试件的薄弱处发生局部“颈缩”现象，应力开始下降，应变仍继续增加，到e点后发生断裂，e点所对应的应变（用百分数表示）称为伸长率，用δ

10或δ5表示

（分别对应于量测标距为10d或5d，d为钢筋直径）。

有明显流幅的钢筋拉伸时的应力应变曲线显示了钢筋主要物理力学指标，即屈服强度、抗拉极限强度和伸长率。屈服强度是钢筋混凝土结构计算中钢筋强度取值的主要依据，把屈

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服强度与抗拉极限强度的比值称为屈强比，它可以代表材料的强度储备，一般屈强比要求不大于0.8。伸长率是衡量钢筋拉伸时的塑性指标。

表1-1为我国国家标准对钢筋混凝土结构所用普通热轧钢筋（具有明显流幅）的机械性能作出的规定。

图1-19 有明显流幅的钢筋应力应变曲线

预制构件工厂中进行冷加工，形成满足设计要求的各种形状的钢筋，基本型式是钢筋的弯钩和弯折（图1-20）。为了使钢筋在加工、使用时不开裂、弯断或脆断，钢筋必须满足冷弯性能要求。一般采用冷弯试验进行检查，即取钢筋试件按表1-1规定条件，绕弯心直径为D的辊轴冷弯后，钢筋外表面不产生裂纹、鳞落或断裂现象为合格。

普通热轧钢筋机械性能的规定 表1-1

品种 外形 光圆钢筋 强度级别 Ⅰ R235 强度等级代号 直 径 (mm) 屈服应力ζs (MPa) 抗拉强度ζb (MPa) 不小于 235 370 25 伸长率δ(%) 5 冷弯 D=弯心直径 d=钢筋直径 180°D=d 180°D=3d 180°D=4d 180°D=4d 180°D=5d 90°D=3d 90°D=4d 8~20 6~25 28~50 Ⅱ HRB335 335 490 16 带肋钢筋 Ⅲ HRB400 6~25 28~50 8~25 28~40 400 570 14 KL400 440 600 14 在拉伸试验中没有明显流幅的钢筋，其应力-应变曲线如图1-21所示。高强度碳素钢丝、钢绞线的拉伸应力—应变曲线没有明显的流幅。钢筋受拉后，应力与应变按比例增长，其比例（弹性）极限约为?e?0.75?b。此后，钢筋应变逐渐加快发展，曲线的斜率渐减，当曲线到顶点极限强度fb后，曲线稍有下降，钢筋出现少量颈缩后立即被拉断，极限延伸率较小，约为（5~7）%。

这类拉伸曲线上没有明显流幅的钢筋，在结构设计时，需对这类钢筋定义一个名义的屈

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服强度作为设计值。将对应于残余应变为0.2%时的应力?0.2作为屈服点（又称条件屈服强度），《公路桥规》取?0.2?0.85?b。

??????(× ) 图1-20 没有明显流幅的钢筋应力应变曲线

1.1.2 钢筋的成分、级别和品种

我国钢材按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。

碳素钢除含铁元素外，还有少量的碳、锰、硅、磷等元素。其中含碳量愈高，钢筋的强

度愈高，但钢筋的塑性和可焊性愈差。一般把含碳量少于0.25%的称为低碳钢；含碳量在

0.25%~0.6%的称为中碳钢；含碳量大于0.6%的称为高碳钢。

在碳素钢的成份中加入少量合金元素就成为普通低合金钢，如20MnSi、20MnSiV、20 MnTi等，其中名称前面的数字代表平均含碳量（以万分之一计）。由于加入了合金元素，普通低合金钢虽含碳量高，强度高，但是其拉伸应力应变曲线仍具有明显的流幅。

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第二节 混 凝 土的力学性质

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料所组成。为了正确合理地进行钢筋混凝土结构设计，必须深入了解钢筋混凝土结构及其构件的受力性能和特点。而对于混凝土和钢筋材料的物理力学性能（强度和变形的变化规律）的了解，则是掌握钢筋混凝土结构的构件性能、分析和设计的基础。 1.2.1 混凝土的强度

1）混凝土立方体抗压强度

混凝土的立方体抗压强度是规定的标准试件和标准试验方法得到的混凝土强度基本代表值。我国取用的标准试件为边长相等的混凝土立方体。这种试件的制作和试验均比较简便，而且离散性较小。

我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在（20±2）℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以N/mm2为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号fcu表示。按这样的规定，就可以排除不同制作方法、养护环境等因素对混凝土立方体强度的影响。

混凝土立方体抗压强度与试验方法有着密切的关系。在通常情况下，试件的上下表面与试验机承压板之间将产生阻止试件向外自由变形的摩阻力，阻滞了裂缝的发展［图1-3a）］，从而提高了试块的抗压强度。破坏时，远离承压板的试件中部混凝土所受的约束最少，混凝土也剥落得最多，形成两个对顶叠置的截头方锥体［图1-3b）］。要是在承压板和试件上下表面之间涂以油脂润滑剂，则试验加压时摩阻力将大为减少，所测得的抗压强度较低，其破坏形态如图1-3c)所示的开裂破坏。规定采用的方法是不加油脂润滑剂的试验方法。

??上承压板实际压应力假定均匀压应力????摩擦力拉应力线压应力线拉压水平应力横向变形 图1－3 立方体抗压强度试件

a)立方体试件的受力 b)承压板与试件表面之间未涂润滑剂时 c)承压板与试件表面之间涂润滑剂时

混凝土的抗压强度还与试件尺寸有关。试验表明，立方体试件尺寸愈小，摩阻力的影响愈大，测得的强度也愈高。在实际工程中也有采用边长为200mm和边长为100mm的混凝土立方体试件，则所测得的立方体强度应分别乘以换算系数1.05和0.95来折算成边长为150mm的混凝土立方体抗压强度。

2）混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）

通常钢筋混凝土构件的长度比它的截面边长要大得多，因此棱柱体试件（高度大于截面边长的试件）的受力状态更接近于实际构件中混凝土的受力情况。按照与立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符号fc

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