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1、模块六 钢筋混凝土梁、板,6-1 混凝土结构的材料性能,一、钢筋 混凝土结构对钢筋的性能要求： 强度要高 延性要好 焊接性能要好 与混凝土之间的黏结力要强,1、钢筋的品种、级别及选用,6-1 混凝土结构的材料性能,按生产加工工艺,热轧钢筋 余热处理钢筋 热处理钢筋 钢丝 钢绞线 冷轧带肋钢筋 冷轧扭钢筋,按化学成分,碳素钢 普通低合金钢,6-1 混凝土结构的材料性能,钢筋分类表,6-1 混凝土结构的材料性能,2、钢筋的力学性能,1）钢筋的拉伸试验 有明显屈服点钢筋的应力-应变试验以热轧低碳钢为例，得到钢筋的强度、延性等力学性能指标 低碳钢在屈服时对应的应力称为屈服强度，是钢筋强度设计时的主要依
2、据 无明显屈服点钢筋的应力-应变试验以高强钢丝为例，设计时取残余应变为0.2%时的应力作为假想屈服强度，称为“条件屈服强度”,6-1 混凝土结构的材料性能,2）钢筋的冷弯试验 既能够检验钢筋变形能力，又可以反映其内在质量，是比延伸率更严格的检验指标。,6-1 混凝土结构的材料性能,钢筋的冷加工 钢筋的冷拉只提高抗拉强度，不提高抗压强度 常温下将热轧钢筋拉到超过其屈服强度点，然后卸荷至零，使钢筋的强度得到提高，但其塑性有所下降。 钢筋的冷拔钢筋抗拉和抗压强度都提高 将热轧钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模,可使钢筋强度大幅提高，但塑性大幅度下降。,6-1 混凝土结构的材料性能,3、钢
3、筋的强度指标概述 钢筋强度标准值-对同一强度等级的钢筋，取具有一定保证率（不少于95%）的强度值作为该等级的标准值 。 钢筋强度设计值 -钢筋混凝土结构按承载力设计计算时采用 设计值=强度标准值/材料的分项系数。 400MPa及以下普通钢筋的材料分项系数为1.10；500MPa的钢筋取1.15，预应力用钢筋的材料分项系数为1.2,6-1 混凝土结构的材料性能,二、混凝土 1、混凝土的强度 立方体抗压强度标准值 立方体抗压强度标准值是按照标准方法制作、养护的边长为150mm150mm150mm的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。 混凝土划分为14个强度等级：
4、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80,6-1 混凝土结构的材料性能,混凝土轴心抗压强度 取棱柱体（150mm150mm300mm或150mm150mm450mm）标准试件测定混凝土轴心抗压强度,6-1 混凝土结构的材料性能,图6.9 混凝土轴心抗压强度试验,混凝土轴心抗拉强度 混凝土的轴心抗拉强度比抗压强度小很多，一般只有抗压强度的5%10%。,6-1 混凝土结构的材料性能,2、混凝土的计算指标 混凝土强度标准值 混凝土轴心抗压强度标准值和轴心抗拉强度标准值具有95%的保证率。 混凝土强度设计值 混凝土强度设计值为混凝土
5、强度标准值除以混凝土的材料分项系数,混凝土的材料分项系数 =1.4,6-1 混凝土结构的材料性能,6-1 混凝土结构的材料性能,3、混凝土的收缩和徐变 1）混凝土的收缩-砼在空气中硬化体积缩小的现象 混凝土的收缩对混凝土的构件会产生有害的影响 减少收缩的主要措施：控制水泥用量及水灰比、混凝土振捣密实、加强养护等，对纵向延伸的结构，在一定长度上需设置伸缩缝。,6-1 混凝土结构的材料性能,2）混凝土的徐变-混凝土在长期不变荷载作用下应变随时间继续增长的现象 影响徐变的因素： 水泥用量越大(水灰比一定时)，徐变越大。 水灰越小，徐变越小。 构件龄期长、结构致密、强度高，则徐变小。因此混凝土过早的受
6、荷（即过早的拆除底板）对混凝土是不利的。 骨料用量多，弹性模量高，级配好，最大粒径大，徐变小。 应力水平越高，徐变越大。 养护温度越高，湿度越大，水泥水化作用越充分，徐变越小。,6-1 混凝土结构的材料性能,4、混凝土的耐久性 混凝土的耐久性是指在外部和内部不利因素的长期作用下，必须保持适合于使用，而不需要进行维修加固，即保持其原有设计性能和使用功能的性质。 对于一般建筑结构，设计使用年限为50年，重要的建筑物可取100年,6-1 混凝土结构的材料性能,提高混凝土耐久性的措施，主要包括以下几个方面： 选用适当品种的水泥及掺合料； 适当控制混凝土的水灰比及水泥用量； 长期处于潮湿和严寒环境中的混
7、凝土，应掺用引气剂； 选用较好的砂、石集料； 掺用加气剂或减水剂； 改善混凝土的施工操作方法。,6-1 混凝土结构的材料性能,三、钢筋和混凝土的共同工作原理 1.钢筋和混凝土共同工作的原因 钢筋与混凝土之间存在黏结力 黏结力的组成 (1)由于混凝土收缩将钢筋紧紧握裹而产生的摩阻力； (2)由于混凝土颗粒的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；,6-1 混凝土结构的材料性能,(3)由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力（最大，约占一半以上）。 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数几乎相同，在温度变化时，二者的变形基本相等，不致破坏钢筋混凝土结构的整体性。 钢筋被混凝土包裹着，从而使钢筋不会因
8、大气的侵蚀而生锈变质，提高耐久性。,6-1 混凝土结构的材料性能,2.影响钢筋和混凝土黏结强度的因素 1）混凝土强度：混凝土强度等级越高，黏结强度越大； 2）混凝土保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其黏结力将降低，并易在保护层最薄弱处出现纵向劈裂裂缝，使黏结力提早破坏。 3）钢筋间的净距s：钢筋间净距越小，黏结强度降低越多。,6-1 混凝土结构的材料性能,4）横向钢筋的数量：横向钢筋（如箍筋）可以限制混凝土内部裂缝的发展，防止保护层脱落，并保护后期黏结强度。 5）横向约束应力（压应力）：横向压应力约束了混凝土的横向变形，增大了摩阻力，因而提高了黏结强度。 6）钢筋的表面形状：变形钢筋的黏结强度大
9、于光圆钢筋。工程中通过将光面钢筋端部加做弯钩来增加其黏结强度。,6-1 混凝土结构的材料性能,一、一般规定 1.钢筋级别及混凝土强度等级的选择 1）混凝土结构中的钢筋，应按下列规定选用： 普通钢筋宜选用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300、RRB400钢筋。其中HRB400级钢筋具有强度高，延性好，与混凝土结合握裹力强等优点，是目前我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。,6-2 钢筋混凝土梁、板的构造规定,箍筋采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF33
10、5钢筋。 预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,2）混凝土材料的选用原则 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C20；采用强度等级400MPa及以上钢筋时，混凝土强度等级不得低于C25。承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不应低于C30。 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40；且不应低于C30。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,2、混凝土保护层-钢筋的外边缘到混凝土表面的距离 混凝土保护层的作用： 1）维持受力钢筋与混凝土之间的黏结力 钢筋周围混凝土的黏结力很大程度上取决于混凝土握裹层的厚度，是成正比的。保护层过薄或缺失时，受力钢筋
11、的作用不能正常发挥。 2）保护钢筋免遭锈蚀 混凝土的碱性环境使包裹在其中的钢筋不易锈蚀。一定的保护层厚度是保证结构耐久性所必需的条件。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,3) 提高构件的耐火极限 混凝土保护层具有一定的隔热作用，遇到火灾时能对钢筋进行保护，使其强度不致降低过快。 规范规定，混凝土结构中混凝土保护层厚度且应符合附录D表D6的规定。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,图6.9 钢筋在支座中的锚固长度,3、钢筋的锚固 1）钢筋的基本锚固长度 指梁、板、柱等构件的受力钢筋伸入支座或基础中的长度，其原理如下所示。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,式中：
12、 fy受拉钢筋的抗拉强度设计值(N/mm2)； ft锚固区混凝土轴心抗拉强度设计值，当混 凝土强度等级大于C60时按C60考虑；(N/mm2) d锚固钢筋的直径(mm)； 钢筋的外形系数，按表6-3取值。,表6-3 锚固钢筋的外形系数,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,2）受拉钢筋的锚固长度,式中：a锚固长度修正系数，按下列规定取用，当多于一项时，可按连乘计算，但不应小于0.6： 受拉钢筋的锚固长度应根据具体锚固条件按上列公式计算，且不应小于200mm：,当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.10； 环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25； 施工过程中易受扰动的钢筋取1.10； 当纵向受力钢筋的实际
13、配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正。 锚固区保护层厚度为3d时修正系数可取0.80，保护层厚度为5d时修正系数可取0.7，中间按内插取值，此处d为纵向受力带肋钢筋的直径。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,3）锚固区横向构造钢筋 为防止锚固长度范围内的混凝土破碎，应配置横向构造钢筋加以约束，以维持其锚固能力。 当锚固钢筋保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横向构造钢筋，其直径不应小于d/4；对于梁、柱一类的杆状构件间距不应大于5d，对板、墙一类的平面
14、构件间距不应大于10d， d为锚固钢筋的直径。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,4）钢筋的机械锚固 当支座构件因截面尺寸限制而无法满足规定的锚固长度要求时，采用钢筋弯钩或机械锚固是减少锚固长度的有效方式，如图6.10所示。,包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的0.6倍。钢筋弯钩或机械锚固的形式和技术要求应符合表6.4的规定,图6.10 钢筋弯钩和机械锚固形式 （a）90弯钩；（b）135弯钩；（c）一侧贴焊锚筋； （d）二侧贴焊锚筋；（e）穿孔塞焊锚板；（f）螺栓锚头,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,表6.4 钢筋弯钩或机
15、械锚固的形式和技术要求,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,5）受压钢筋的锚固 混凝土结构中的纵向受压钢筋，当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，受压钢筋的锚固长度不应小于相应受拉钢筋锚固长度的0.7倍,6）纵向钢筋在简支支座内的锚固 钢筋混凝土简支梁和连续梁简支端的下部纵向受力钢筋，其伸入梁支座范围内的锚固长度las（图6.17）应符合下列规定：,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,图6.17 纵向受力钢筋伸入简支支座范围内的锚固,当V 0.7ftbh0时 las5d 当V0.7ftbh0时 带肋钢筋 las12d 光面钢筋 las15d 此处，d为纵向受力钢筋的直径。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造
16、规定,如纵向受力钢筋伸入梁支座范围内的锚固长度不符合上述要求时，应采取前述纵向受力钢筋的机械锚固措施。 支承在砌体结构上的钢筋混凝土独立梁，在纵向受力钢筋的锚固长度las范围内应配置不少于两个箍筋（图6.17），其直径不宜小于纵向受力钢筋最大直径的0.25倍，间距不宜大于纵向受力钢筋最小直径的10倍；,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,7）板中受力钢筋的锚固 对于板，一般剪力较小，通常能满足V0.7ftbh0 的条件，故板的简支支座和中间支座下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度均取las5d。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,8）箍筋的锚固 通常箍筋采用封闭式（图6.12），箍筋末端采用135弯钩，弯钩端头直线段长度不小于5d (d为箍筋直径) 和50mm (图6.19a)。,6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定,图6.12 箍筋的锚固,4、钢筋的
