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1、建筑结构材料建筑结构材料v混凝土结构v1，定义：仅仅或者主要以混凝土为材料的结构。v2，分类：混凝土结构素混凝土结构：由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。钢筋混凝土结构 ：由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。预应力混凝土结构 ：由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土制成的结构。a.素混凝土梁素混凝土梁b.钢筋混凝土梁：钢筋混凝土梁：受拉区配受拉区配2 20钢筋钢筋FF=13.4KN 截面开裂并破坏截面开裂并破坏Fcr=15 KN 截面开裂截面开裂; Fu=87KN 截面破坏。截面破坏。200300Fft2003002 20梁的梁的承载力大大提高承
2、载力大大提高，梁的受力，梁的受力性能改善性能改善。示例示例3，混凝土和钢筋共同工作的原因（1）混凝土浇注后，随着凝结，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形（2）两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋： 1.2 10-5 （3）混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化4，混凝土结构的优点： 1）承载力比砌体结构高 2）比钢结构节约钢材 3）耐久性和耐火性均比钢结构好 4）抗震性能比砌体结构好5，混凝土结构的缺点： 1）比钢结构自重大 2）比砌体结构造价高钢筋的力学性能钢筋的力学性能一、钢筋的分类一、钢筋的分
3、类v混凝土结构用钢筋按化学成分可分为混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢碳素钢和和普通合金钢普通合金钢。v根据含碳量的不同，碳素钢分为：根据含碳量的不同，碳素钢分为： 低碳钢低碳钢(含碳量含碳量0.25%)、 中碳钢中碳钢(0.25%=含碳量含碳量0.6%)。v含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢低碳钢。v普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加人微量的合金元素，普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加人微量的合金元素，如硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢如硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的
4、塑性性能。材的塑性性能。我国常见钢筋外形我国常见钢筋外形钢筋的种类及选用钢筋的种类及选用强度高，塑性低强度高，塑性低强度高强度高预预应应力力钢钢筋筋钢钢筋筋热轧钢筋热轧钢筋冷拉钢筋冷拉钢筋冷轧、冷拔钢筋冷轧、冷拔钢筋热处理钢筋热处理钢筋HPB300HRB335HRB400RRB400光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非非预预应应力力钢钢筋筋强度强度塑性塑性弱弱强强高高低低强度高强度高 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧 钢筋在常温下的加工称为钢筋在常温下的加工称为冷加工冷加工。其目的就是其目的就是使钢筋的内部组织使钢筋的内部组织结构发生变
5、化，从而提高钢筋的强度，达到节约钢筋的目的。结构发生变化，从而提高钢筋的强度，达到节约钢筋的目的。冷拉：冷拉：常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短，塑性较差冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短，塑性较差。 冷拔冷拔 冷拔冷拔可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。d1d2Pd2d1 冷轧冷轧 冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性要好一些冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性要好一些。 钢筋的热处理钢筋的热处
6、理 对某些特定钢号（对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢筋进行）的热轧钢筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。为较理想的预应力钢筋。 二、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形钢筋的力学性能钢筋的力学性能比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa弹性阶段a比例极限b屈服强度cd强化阶段d极限强度de 颈缩阶段有明显流幅钢筋的 曲线无明显流幅钢筋的 曲线0.2% 0.2(N/mm2)o
7、0.2条件屈服强度 钢筋除需有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形（plastic deformation)能力，钢筋的塑性通常用伸长率 和冷弯性能两个指标来衡量。伸长率 冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。冷弯试验冷弯试验v1） 有较高的强度和适宜的屈服比v2） 有较好的塑性v3） 与混凝土之间有良好的粘结力v4） 具有较好的可焊性v5） 在寒冷地区，钢筋的低温性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工钢筋，以免发生脆性破坏。 三、钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构对三、钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋性能的要求四、钢筋的选用v钢筋混凝
8、土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：v（1） 普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；v（2） 预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。v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。 混凝土的力学性能混凝土的力学性能混凝土混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、细骨料、细骨料(砂砂)等材料按一定配合比，经混合搅拌，等材料按一定配合比，经混合搅
9、拌，入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。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：影响混凝土的强度和变形的主要因素有：原原材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比材料的性能；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、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）等。对混凝土的养护方法）等。混凝土的基本强度指标有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和轴心抗拉强度轴心抗拉强度三种。三种。 一、一、 混凝土的强度混凝土的强度v强度是指结构材料所能承受的某种极限应力。 v混凝土的强
10、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，故混凝土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。 v1.混凝土强度等级立方体抗压强度fcuv混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是：用边长为150mm的立方体标准试件，在标准试验条件下养护28d，并用标准试验方法（C30以下的加载速度控制在0.30.5MPa/s范围；C30以上的加载速度控制在0.50.8MPa/s范围。两端不涂润滑剂）测得的立方体抗压强度，用符号fcuk表示。 150mm150mm150mm强度等级：强
11、度等级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共14级级C 混凝土15立方体抗压强度的标准值为15N/mm2v2.轴心抗压强度fcv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。v试验表明：用高宽比为23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。v因此，棱柱体的抗压强度可以作为以受压为主的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度，用符号fc表示。 a.定义：定义：b.折算：折算：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm15
12、0mm高高300mm的棱柱体，在的棱柱体，在28天龄期，天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。用标准试验方法测得的抗压强度。轴心抗压强度轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）（棱柱体抗压强度）抗压强度随试件高度增大而降抗压强度随试件高度增大而降低低轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值高强混凝土脆性折减系数高强混凝土脆性折减系数0.88经验折减系数经验折减系数v混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/201/8，且不与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度取棱柱体（100mm100mm500mm，两端埋有钢筋）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。混凝土构件的开裂、变
13、形以及受剪、受扭、受冲切等承载力均与抗拉强度有关。v根据试验得知，fcu、fc、ft三者之间的关系是fcufcft。 3，混凝土的轴心抗拉强度，混凝土的轴心抗拉强度v1.混凝土的强度标准值混凝土的强度标准值经统计分析，并考虑结构中混凝土强度与试经统计分析，并考虑结构中混凝土强度与试件强度之间的差异，混凝土结构设计规范件强度之间的差异，混凝土结构设计规范给出了混凝土强度标准值，详见附表给出了混凝土强度标准值，详见附表7。v2.混凝土的强度设计值混凝土的强度设计值混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土强度设计值为混凝土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c，规范规定，规范规
14、定c=1.4，即，即fc=fck/c，ft=ftk/c。ft、fc见附表见附表7。4. 混凝土的强度计算指标混凝土的强度计算指标二、二、 混凝土的变形混凝土的变形v混凝土变形有两类：一类是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；另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。 02468102030(MPa) 10-3BACED混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝
15、，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。02468102030(MPa) 10-3BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通的提高而增加，对普通强度混凝土强度混凝土s sA约为约为 (0.30.4)fc ，对高强，对高强混凝土混凝土s sA可达可达(0.50.7)fc。02468102030(MPa) 10-3BACEDA点以
16、后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。02468102030(MPa) 10-3BACED达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，体积应裂缝相互连通，体积应变开始由压缩转为增加。变开始由压缩转为增加。取取B点的应力作为混凝点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普土
17、的长期抗压强度。普通强度混凝土通强度混凝土s sB约为约为0.8fc。02468102030(MPa) 10-3BACED达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，连通形成破坏面，C点点的纵向应变值称为峰值的纵向应变值称为峰值应变应变 e e 0，约为，约为0.002。02468102030(MPa) 10-3BACED纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。v混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量v混凝土的应力混凝土的应力与其弹性应变与其弹性应变ce之比值称之比值称
18、为为混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量，用符号，用符号Ec表示。根据大表示。根据大量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算混量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算混凝土的弹性模量：凝土的弹性模量： v混凝土的剪变模量是指剪应力混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变和剪应变的比的比值，即：值，即： v混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变随时间继力不变的条件下（即荷载长期不变），应变随时间继续增长的现象，叫做续增长的现象，叫做混凝土的徐变混凝土的徐变。v混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能有重混凝土的徐变对混凝土结构构
19、件的受力性能有重要的影响：要的影响：它将使结构构件的变形增加；轴心受压构它将使结构构件的变形增加；轴心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减小的应力重件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应分布现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应力损失等。力损失等。 混凝土的徐变混凝土的徐变v影响混凝土徐变的主要因素有：影响混凝土徐变的主要因素有：v（1） 水灰比和水泥用量水灰比和水泥用量v（2） 骨料的级配和刚度骨料的级配和刚度v（3） 混凝土的密实性混凝土的密实性v （4）构件的养护温湿度）构件的养护温湿度v （5）构件使用时的温湿度）构件使用
20、时的温湿度v （6） 构件单位体积的表面积大小构件单位体积的表面积大小v （7） 构件加载时的龄期构件加载时的龄期v （8） 持续应力的大小持续应力的大小混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形定义：定义：混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象称为称为收缩变形收缩变形。收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有在收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。受力达到一定数值并且持续作用下才产生。 影响混凝土收缩的主要因素有：影响混凝土收缩的主要因素有：（1） 水灰比和水泥用量水灰比和水泥用量（2） 骨料的级配和刚度骨料的级配和刚
21、度（3） 混凝土的密实性混凝土的密实性 （4）构件的养护温湿度）构件的养护温湿度 （5）构件使用时的温湿度）构件使用时的温湿度 （6） 构件单位体积的表面积大小构件单位体积的表面积大小 （7） 水泥品种与强度级别水泥品种与强度级别和其它许多材料一样，当温度发生变化时混凝土的体和其它许多材料一样，当温度发生变化时混凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。混凝土结构设计规范规积也具有热胀冷缩的性质。混凝土结构设计规范规定，当温度在定，当温度在0到到100范围内时，混凝土线膨胀系数范围内时，混凝土线膨胀系数c可采用可采用110-5/。 温度变形对大体积混凝土结构极为不利。温度变形对大体积混凝土结构极为不利。
22、 温度变形能使混凝土开裂，在某些场合应认真对待。温度变形能使混凝土开裂，在某些场合应认真对待。 v混凝土结构设计规范规定：混凝土结构设计规范规定：v钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于于C15；当采用；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于度等级不宜低于C20；当采用；当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于凝土强度等级不得低于C20。v预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理
23、钢筋；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。混凝土的选用：混凝土的选用：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v一、粘结作用的组成v粘结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。钢筋与混凝土之间的粘结 产生粘结力的主要原因：产生粘结力的主要原因：（1） 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力摩擦力；（2） 混凝土颗粒与钢筋表面产生的混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力化学粘合力；（3）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机机械咬合力械咬合力。二、粘结强度及其影响因素二、粘结强度及其影响因素粘结力的测定一般采用拔出试验方法粘结力的测定一般采用拔出试验方法粘结强度粘结强度f可由下式计算可由下式计算影响粘结强度的因素：影响粘结强度的因素：1钢筋表面的形状钢筋表面的形状2混凝土的强度混凝土的强度3侧向压应力侧向压应力4混凝土保护层厚度和钢筋净距混凝土保护层厚度和钢筋净距5横向钢筋的设置横向钢筋的设置6钢筋在混凝土中的位置钢筋在混凝土中的位置
