鋼筋混凝土

1、,鋼筋的品種和力學(xué)性能混凝土的物理力學(xué)性能鋼筋與混凝土的粘結(jié),,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1.1 鋼筋的品種和力學(xué)性能,1.1.1 鋼筋的品種,,,熱軋鋼筋,HPB235,HRB335、HRB400、RRB400,,熱處理鋼筋,冷加工鋼筋,鋼絲,,,,冷拔鋼筋,冷軋鋼筋,,冷拉鋼筋,鋼筋,,,碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線,1.按加工工藝分類,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,2. 按化學(xué)成分分類,,碳素鋼,低合金鋼（

2、合金含量不超過(guò)3.5%）,,鋼筋,,,,,由含碳量不同分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼,3. 按表面形狀不同分類,,光圓鋼筋,變形鋼筋,,鋼筋,,,,,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,4.熱軋鋼筋,★HPB235(Hot-rolled Plain steel Bar)， 以符號(hào)“φ ”表示 光圓鋼筋，低碳鋼，質(zhì)量穩(wěn)定，塑性及焊接性能很好，但強(qiáng)度稍低。多作為現(xiàn)澆樓板受力鋼筋和箍筋。,★ HRB335(

3、Hot-rolled Ribbed steel Bar)， 以符號(hào)“ ”表示， ★ HRB400(Hot-rolled Ribbed steel Bar)， 以符號(hào)“ ”表示， ★ RRB400(Remental hot-rolled Ribbed steel Bar)， 以符號(hào)“ ”表示。,第2章 鋼筋混凝土材

4、料的力學(xué)性能,HRB335、HRB400、RRB400都屬于變形帶肋鋼筋，強(qiáng)度較高，塑性和可焊性能較好，與混凝土之間的粘結(jié)性能也較好，在工程中應(yīng)用較廣。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1.1.2 鋼筋的力學(xué)性能,1.軟鋼的力學(xué)性能,圖1-2 熱軋鋼筋的?－? 曲線,oa－彈性階段?b－屈服強(qiáng)度（受拉強(qiáng)度限值）bc—流幅cd－強(qiáng)化階段de －頸縮階段?a－比例極限?d－極限強(qiáng)度,,,第2章 鋼筋混凝土材料的力

5、學(xué)性能,圖1-3 硬鋼的?－? 曲線,2.硬鋼的力學(xué)性能,硬鋼沒(méi)有明確的屈服臺(tái)階（流幅），所以計(jì)算中以“協(xié)定流限”作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)以?0.2表示，一般?0.2相當(dāng)于抗拉極限強(qiáng)度70%~85%。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,3. 冷拉鋼筋,改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。,圖1-4 鋼筋冷拉后的?－? 曲線,冷拉加工的目的：,有時(shí)效,無(wú)時(shí)效,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1.2 混凝土的物理力學(xué)性能

6、,1.2.1 混凝土的強(qiáng)度,1.立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu（cubic compressive strength）2.棱柱體抗壓強(qiáng)度f(wàn)c （ prismatic compressive strength）3.軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t（ axial tensile strength）,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,圖1-5 混凝土雙向應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線,Ⅲ,Ⅲ,Ⅰ,Ⅱ,圖中： Ⅰ雙向受壓，Ⅱ雙向受拉，Ⅲ一向受壓，一向受拉。,4. 復(fù)合

7、應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,圖1-6 混凝土?—?復(fù)合受力下的強(qiáng)度曲線,※單向正應(yīng)力?及剪應(yīng)力?共同作用時(shí),混凝土的抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力增加而降低。,混凝土的抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力增加有所提高；但當(dāng)壓應(yīng)力過(guò)大時(shí)，混凝土的抗剪強(qiáng)度有所降低。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋,※三向受壓時(shí),圖1-7 混凝土三向受力的強(qiáng)度曲線,混凝土一向抗壓強(qiáng)度隨另兩向壓

8、應(yīng)力的增加而增加,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1.2.2 混凝土的變形,變形分類,受力變形,體積變形,單調(diào)短期加載的變形,荷載長(zhǎng)期作用下的變形,多次重復(fù)加載的變形,收縮變形,溫度變化引起的變形,,,,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1.一次短期加載時(shí)的變形,上升段：,,下降段：,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,圖1-9 不同強(qiáng)度的混凝土的?－?曲線,εcu越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性(指構(gòu)件最

9、終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力) 越好。,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高，上升段長(zhǎng)，峰點(diǎn)越高，峰值應(yīng)變也有所增大；下降段越陡。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,2）混凝土的彈性模量、變形模量,一般把過(guò)原點(diǎn)的切線的斜率作為混凝土的彈性模量，也稱初始彈性模量。Ec = (N/mm2),應(yīng)力?c較大時(shí)的混凝土應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為變形模量，Ec′=νEc 。彈性系數(shù)ν≤1，隨應(yīng)力增大而減小。,變形模量（ E

10、c′）,彈性模量（Ec）,彈性模量,變形模量,,,圖1-10 一次短期加載的混凝土的?－?曲線,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,3）混凝土的極限變形,混凝土的極限變形除與混凝土本身性質(zhì)及所處應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與試驗(yàn)方法(加載速度量測(cè)標(biāo)距等)有關(guān)，如加載速度較快時(shí)，極限應(yīng)變將減小；反之極限應(yīng)變將增大。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,2.混凝土在長(zhǎng)期荷載下的變形—徐變,1）概念：混凝土構(gòu)件或材料在不變荷載或應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，其變

11、形或應(yīng)變隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。,圖1-11 混凝土徐變（應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線）,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,3.混凝土的收縮,1）概念： 混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，由于溫濕度及本身化學(xué)變化的影響，體積隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象稱為收縮。,,2）對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響： 外部受到地基或支承條件的約束構(gòu)件，混凝土可能開(kāi)裂。造成預(yù)應(yīng)力損失。,第2章 鋼筋混凝土

12、材料的力學(xué)性能,1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié),1.3.1 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力 鋼筋混凝土受力后會(huì)沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，通常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。粘結(jié)力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對(duì)滑移的剪切力。,粘結(jié)應(yīng)力的計(jì)算,圖1-12 拉拔鋼筋試驗(yàn),第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,根據(jù)鋼筋拉拔試驗(yàn)，通過(guò)單元體內(nèi)力分析得出粘結(jié)應(yīng)力計(jì)算式：,1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學(xué)膠著力(膠力) ；2）混凝土收縮

13、，將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力（摩阻力）。3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。,1）光面鋼筋粘結(jié)力主要來(lái)自膠結(jié)力和摩阻力，2）變形鋼筋的粘結(jié)力主要來(lái)自機(jī)械咬合作用。3）可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來(lái)理解。,粘結(jié)作用分析,粘結(jié)力的組成,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,關(guān)于機(jī)械咬合力,◆光圓鋼筋——咬合力來(lái)自表面的粗糙不平?！糇冃武摻睢冃武摻畹臋M肋對(duì)混凝土的擠壓如同一個(gè)楔，會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械咬合力，從

14、而提高了變形鋼筋的粘結(jié)能力,粘結(jié)破壞形式,變形鋼筋的粘結(jié)破壞：＊橫肋擠壓混凝土使鋼筋周?chē)炷灵_(kāi)裂滑移變形加快，＊肋間混凝土剪切強(qiáng)度不夠，發(fā)生“刮梨式” 拔出破壞。,圖1-13 鋼筋橫肋對(duì)混凝土的擠壓力1-鋼筋凸肋上的擠壓力；2-內(nèi)部裂縫,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,（1）混凝土強(qiáng)度。 （2）鋼筋的表面狀況。 （3）混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋的凈間距。 （4）橫向配筋。（5）側(cè)向壓應(yīng)力。（6）澆筑混凝土

15、時(shí)鋼筋的位置。,鋼筋即將拔出時(shí)的極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的平均粘結(jié)應(yīng)力，稱為粘結(jié)強(qiáng)度。,影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素,光面鋼筋的粘結(jié)破壞：鋼筋從混凝土中拔出時(shí)，表面有明顯的縱向摩擦痕跡。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1.3.2 鋼筋的錨固與接頭,1.鋼筋的錨固,錨固長(zhǎng)度la，它可根據(jù)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼筋才被拔動(dòng)的條件確定，由鋼筋的受力平衡條件得,fyAs= laτb ula= fyAs /（τb u）=fyd/（4τb ）,可知，鋼筋強(qiáng)

16、度越高，直徑越粗，混凝土強(qiáng)度越低，則要求錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)。,對(duì)于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓時(shí)會(huì)側(cè)向鼓脹，對(duì)混凝土產(chǎn)生擠壓，增加了粘結(jié)力，所以它的錨固長(zhǎng)度可以短些。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,圖1-15 鋼筋彎鉤的形式與尺寸,圖1-14 鋼筋機(jī)械錨固的形式,機(jī)械錨固的形式可以提高鋼筋的錨固力，減少錨固長(zhǎng)度。,受力的光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤以保證光面鋼筋粘結(jié)錨固的可靠性。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,,,2.鋼筋的連接,

17、鋼筋連接的原則（1）接頭應(yīng)盡量設(shè)置在受力較小處，以降低接頭對(duì)鋼筋傳力的影響程度。（2）在同一鋼筋上宜少設(shè)連接接頭，以避免過(guò)多的削弱鋼筋的傳力性能。（3）同一構(gòu)件相鄰縱向受力鋼筋的接頭宜相互錯(cuò)開(kāi)。（4）在鋼筋連接區(qū)域應(yīng)采取必要構(gòu)造措施，如適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度或調(diào)整鋼筋間距等,鋼筋的連接形式：有綁扎搭接、機(jī)械連接和焊接,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,1）綁扎搭接 采用綁扎搭接接頭時(shí)，鋼筋間力的傳遞是靠鋼

18、筋與混凝土之間的粘結(jié)力，因此必須有足夠的搭接長(zhǎng)度。應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造要求，以保證力的傳遞。,圖l-16 鋼筋綁扎搭接接頭,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,圖1-17 鋼筋焊接連接示意圖（a）閃光對(duì)焊；（b）、（c）電弧焊搭接,2)焊接。焊接有對(duì)焊和搭接焊接，質(zhì)量有保證時(shí)，此法較可靠。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,圖1-18 錐螺紋鋼筋的連接示意圖,3)機(jī)械連接 采用螺旋或擠壓套筒連接,此法簡(jiǎn)單、可靠、節(jié)省。,第2章