工学水工钢筋混凝土结构学课件第一章

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1、第一节第一节 钢筋的品种和力学性能钢筋的品种和力学性能一一.钢筋的品种钢筋的品种按化学成分按化学成分区区分分v低碳钢：（含碳量低碳钢：（含碳量0.6%）强度高、塑性差）强度高、塑性差v低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，强度高、塑性好强度高、塑性好 第一章 钢筋砼结构的材料1.1钢筋的品种和力学性能第一章第一章 钢筋砼结构的材料钢筋砼结构的材料按外形区分按外形区分v光面钢筋光面钢筋v变形钢筋变形钢筋月牙肋月牙肋 纹路与肋不相交，纹路与肋不相交，不易产生应力集中，粘结强度不易产生应力集中，粘结强度 略低于等高肋钢筋。略低于等高肋钢筋。等高肋等高

2、肋（螺旋纹、人字纹）（螺旋纹、人字纹）与钢筋砼粘结与钢筋砼粘结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。第一章 钢筋砼结构的材料1.1 钢筋的品种和力学性能光面圆钢筋光面圆钢筋螺旋纹钢筋螺旋纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋第一章 钢筋砼结构的材料1.1 钢筋的品种和力学性能按加工方式按加工方式区区分分v热轧钢筋热轧钢筋 级钢筋：级钢筋：光面低碳钢，塑性好、强度低光面低碳钢，塑性好、强度低；多作为厚度不大楼板的受力钢筋和箍筋。多作为厚度不大楼板的受力钢筋和箍筋。级级钢筋钢筋 级级钢筋：钢筋：月牙肋、低合金钢，强度较高；月牙肋、低合金钢，强度较高；多作为

3、钢筋砼构件受力钢筋，尺寸较大的构件，为增强多作为钢筋砼构件受力钢筋，尺寸较大的构件，为增强与砼的粘结可用与砼的粘结可用级钢作箍筋。级钢作箍筋。级级钢筋：钢筋：等高肋、低合金钢等高肋、低合金钢，强度高；，强度高；一般经冷拉后用于预应力钢筋砼结构。一般经冷拉后用于预应力钢筋砼结构。1.1 钢筋的品种和力学性能第一章 钢筋砼结构的材料v冷加工钢筋冷加工钢筋 热轧钢筋热轧钢筋常温下常温下经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工提高钢筋的强度，节约钢材。冷加工后，冷加工提高钢筋的强度，节约钢材。冷加工后，强度提强度提高，高，塑性降低。塑性降低。一般用于预应力一般用于

4、预应力砼结构。砼结构。v热处理钢筋热处理钢筋 等高肋低合金钢，等高肋低合金钢，级钢经加热、淬火和回火等调质工级钢经加热、淬火和回火等调质工艺而成，强度提高，塑性降低不多。用于预应力砼结构。艺而成，强度提高，塑性降低不多。用于预应力砼结构。v钢丝钢丝 直径直径6mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二，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，外接圆直径股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。用。用于预应力砼结构。于预应力砼结构。第一章 钢筋砼结构的材料1.1 钢筋的品种和力学性能 第一章 钢筋砼结构的材料 二二.钢筋的力学性能钢筋的力学性能 软钢的力学性能软钢的

5、力学性能 a为比例极限为比例极限 cdcd为强化段为强化段b为屈服强度为屈服强度 fybcbc为屈服台阶为屈服台阶d d为抗拉强度为抗拉强度1.1钢筋的品种和力学性能软钢：软钢：有明显屈服点的钢筋，如热轧有明显屈服点的钢筋，如热轧 级钢筋。级钢筋。第一章 钢筋砼结构的材料1.1钢筋的品种和力学性能v屈服强度：屈服强度：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，在混凝土中的钢筋，在混凝土中的钢筋，应力达到屈服强度，荷载不增加，应变继续增大，裂缝开展应力达到屈服强度，荷载不增加，应变继续增大，裂缝开展过宽，构件变形过大，结构不能正常使用。过宽，构件变形过大，结构不能正常使用。v伸伸 长长 率：率：

6、钢筋拉断时应变，反映钢筋钢筋拉断时应变，反映钢筋塑性性能塑性性能的指标。的指标。伸长率大的钢筋，拉断前有足够预兆，延性较好。伸长率大的钢筋，拉断前有足够预兆，延性较好。00lll v弯曲试验：弯曲试验：钢筋围绕直径为钢筋围绕直径为D D 的钢辊弯转的钢辊弯转角而不发生裂纹，角而不发生裂纹，是是反映钢筋反映钢筋塑性性能塑性性能的另一指标。的另一指标。v屈屈 强强 比：比：反映钢筋的反映钢筋的强度储备强度储备，fy/fu=0.60.7。含碳量高，屈服强度和抗拉强度高，伸长率小，含碳量高，屈服强度和抗拉强度高，伸长率小，流幅缩短。流幅缩短。第一章 钢筋砼结构的材料1.1钢筋的品种和力学性能 第一章

7、钢筋砼结构的材料（二）硬钢的力学性能（二）硬钢的力学性能 a点：点：比例极限比例极限协定流限：协定流限：强度设计指标强度设计指标，指经加载及卸载后尚存有指经加载及卸载后尚存有0.2%永久残余变形时的应力，永久残余变形时的应力，用用0.20.2表示。表示。0.20.2一般相当一般相当于抗拉强度的于抗拉强度的70%85%。硬钢：硬钢：没有明显屈服点的钢没有明显屈服点的钢筋，如热处理钢筋及高强钢筋，如热处理钢筋及高强钢丝。丝。1.1钢筋的品种和力学性能 a0.2%0.2 fu（三）钢筋的冷加工（三）钢筋的冷加工v冷拉钢筋冷拉钢筋 将钢筋拉伸将钢筋拉伸超过超过其屈服强度，放松，经一段时其屈服强度，放松

8、，经一段时间之后，钢筋会获得比原来屈服强度更高的屈间之后，钢筋会获得比原来屈服强度更高的屈服强度值。如图所示。服强度值。如图所示。冷拉后，冷拉后，屈服强度提高屈服强度提高了，流幅缩短，伸长率了，流幅缩短，伸长率降低，钢材性质变硬变降低，钢材性质变硬变脆。脆。冷拉后，冷拉后，抗压强度没有抗压强度没有提高提高，计算仍取用原来，计算仍取用原来的抗压强度。的抗压强度。第一章 钢筋砼结构的材料1.1钢筋的品种和力学性能 第一章 钢筋砼结构的材料1.1钢筋的品种和力学性能v拔冷拔冷 将钢筋用强力拔过硬质合金拔丝模，截面变将钢筋用强力拔过硬质合金拔丝模，截面变 小而长度增加，小而长度增加，强度提高，塑性降低

9、。强度提高，塑性降低。v冷轧冷轧 将热轧钢筋在常温下表面轧制成不同的形状，将热轧钢筋在常温下表面轧制成不同的形状，强度提高，塑性降低。强度提高，塑性降低。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋采用低碳热轧盘圆进行冷轧采用低碳热轧盘圆进行冷轧减径，表面轧出月牙纹。减径，表面轧出月牙纹。冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋钢筋经冷轧并经扭转而成。钢筋经冷轧并经扭转而成。第二节第二节 砼的物理力学性能砼的物理力学性能 一砼的强度一砼的强度（一）立方体抗压强度（一）立方体抗压强度fcuv砼结构主要利用其砼结构主要利用其抗压强度抗压强度，因此抗压强度是，因此抗压强度是最主要和最基本的指标。最主要和最基本的指标。v标准立方体强度：标准

10、立方体试件测得的抗压标准立方体强度：标准立方体试件测得的抗压强度，用强度，用fcu表示。表示。v砼强度等级：砼强度等级：边长边长150mm立方体，温度为立方体，温度为203、相对湿度不小于、相对湿度不小于95%的条件下养护的条件下养护2828天，用天，用标准试验方法标准试验方法测得的测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压强度标准值的立方体抗压强度标准值fcuk作为砼的强度等作为砼的强度等级，以符号级，以符号C表示，单位为表示，单位为N/mm2。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能v影响砼强度的因素影响砼强度的因素试验方法。试验方法。试件尺寸。试件尺寸。加载速度。加载速度。龄期

11、。龄期。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能试验录像试验录像水利水电工程用砼分水利水电工程用砼分1111个强度等级个强度等级，即，即C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60，级差为级差为5N/mm2。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能（二二）轴心轴心抗压强度抗压强度fcv150mm150mm300mm的棱柱体试件测定，的棱柱体试件测定，fc表示，较接近实际构件中砼的受压情况。表示，较接近实际构件中砼的受压情况。vfc (0.5 0.55)fc 时，最终徐变与应力不成正比，称为时，最终徐变与应力不成正比，称为非线性徐非线性徐

12、变变。当。当 c0.8fc 时，砼内部微裂缝的发展处于不稳定状态，徐变的时，砼内部微裂缝的发展处于不稳定状态，徐变的发展不收敛，导致砼的破坏。发展不收敛，导致砼的破坏。加载龄期：加载龄期：砼的龄期越短，凝胶体的粘性流动越大，徐变越大。砼的龄期越短，凝胶体的粘性流动越大，徐变越大。环境影响：环境影响：外界相对湿度越高，结构内部水分不易外逸，徐变越外界相对湿度越高，结构内部水分不易外逸，徐变越小。小。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能徐变对结构的作用徐变对结构的作用v徐变有利于结构构件产生内（应）徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，减小应力集中现象。力重分布，减小应力集中现象。v

13、减小大体积砼内的温度应力。减小大体积砼内的温度应力。v徐变会使结构（构件）的（挠度）徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大。变形增大。v引起预应力损失。引起预应力损失。v在长期高应力作用下，会导致破坏。在长期高应力作用下，会导致破坏。松弛当结构受外界约束而无法变形，结构的应力会随时间的当结构受外界约束而无法变形，结构的应力会随时间的增长而降低，这种现象称为松弛。增长而降低，这种现象称为松弛。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能（六）砼的温度变形和干湿变形（六）砼的温度变形和干湿变形v砼因砼因温度和湿度变化温度和湿度变化引起的体积变化称为引起的体积变化称为温度变温度变形和干湿变形形和

14、干湿变形。v大体积大体积砼砼结构结构温度变形十分重要，当变形受到约温度变形十分重要，当变形受到约束，温度变化引起的应力可能引起开裂。束，温度变化引起的应力可能引起开裂。v计算温度变形或应力时，砼温度线膨胀系数取为计算温度变形或应力时，砼温度线膨胀系数取为1.01.01010-5-5 。v大体积大体积砼砼结构结构中，用钢筋来防止温度裂缝或干缩中，用钢筋来防止温度裂缝或干缩裂缝是不可能的。裂缝是不可能的。v适当布置钢筋，可分散裂缝，减小裂缝宽度。适当布置钢筋，可分散裂缝，减小裂缝宽度。v为减小温度应力和干缩应力，可设置伸缩缝。为减小温度应力和干缩应力，可设置伸缩缝。第一章 钢筋砼结构的材料1.2

15、砼的物理力学性能v砼因砼因外界湿度变化产生外界湿度变化产生干缩与湿胀干缩与湿胀。v湿胀常产生有利的影响，设计中一般湿胀常产生有利的影响，设计中一般可可不考虑。不考虑。v干缩变形受到约束时，结构产生干缩裂缝。干缩变形受到约束时，结构产生干缩裂缝。v干缩变形干缩变形影响因素：影响因素：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大；水泥用量多、水灰比越大，收缩越大；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；干燥失水及高温环境，收缩大；干燥失水及高温环境，收缩大；小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能三砼的

16、其他性能三砼的其他性能（一）重力密度（或重度）（一）重力密度（或重度）设计一般钢筋砼结构时，其重力密度可近似设计一般钢筋砼结构时，其重力密度可近似地采用为地采用为25kN/m3。（二）砼的耐久性（二）砼的耐久性水工砼的耐久性，与其抗渗、抗冻、抗冲刷、水工砼的耐久性，与其抗渗、抗冻、抗冲刷、抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系。抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系。第一章 钢筋砼结构的材料1.2 砼的物理力学性能 第三节第三节 钢筋与砼的粘结钢筋与砼的粘结一一.钢筋与砼之间的粘结力钢筋与砼之间的粘结力v钢筋与砼间具有足够的粘结是保证两者共同受力钢筋与砼间具有足够的粘结是保证两者共同受力变形的基本前提。变形的

17、基本前提。v通过钢筋与砼界面的粘结应力，可以实现钢筋与通过钢筋与砼界面的粘结应力，可以实现钢筋与砼之间的砼之间的应力传递应力传递，从而使两种材料可以结合在，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。一起共同工作。v粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的剪应力。粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的剪应力。第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结拔出试验拔出试验 粘结应力粘结应力 sssbduAt41 第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结v光面钢筋光面钢筋b峰值随峰值随P增加，由加荷端移至自由端，增加，由加荷端移至自由端，b图形长度（有效埋长）达到自

18、由端。图形长度（有效埋长）达到自由端。v变形钢筋变形钢筋b峰值始终在加荷端附近，有效埋长增加峰值始终在加荷端附近，有效埋长增加 缓慢，粘结力大于光面钢筋。缓慢，粘结力大于光面钢筋。光面钢筋的粘结力由三部分组成：光面钢筋的粘结力由三部分组成：水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力；水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力；砼收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；砼收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；钢筋表面不平整与砼之间产生的机械咬合力。钢筋表面不平整与砼之间产生的机械咬合力。第一章 钢筋砼结构的材料变形钢筋的粘结力变形钢筋的粘结力除了胶着力与摩擦力除了胶着力与摩擦力等以外，更主要的是等以外，更主要的是钢筋表面

19、突出的横肋钢筋表面突出的横肋对砼的对砼的挤压力挤压力。1.3 钢筋与砼的粘结影响粘结力的主要因素影响粘结力的主要因素 砼强度砼强度：粘结强度随砼强度的提高而增加，粘结强度随砼强度的提高而增加，但并不与立方但并不与立方体强度体强度fcu成正比成正比，而与抗拉强度，而与抗拉强度 ft 成正比。成正比。保护层厚度保护层厚度：变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。相对保护层厚度相对保护层厚度c/d 越大，砼抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘越大，砼抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。结强度越高。受力情况受力情况：受压钢筋由于直径增大会增加对砼的挤压，从受压钢筋由于直

20、径增大会增加对砼的挤压，从而使摩擦作用增加。而使摩擦作用增加。钢筋表面和外形特征钢筋表面和外形特征：光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低。月牙肋和螺纹肋变形钢筋，机械咬合作用大，粘结强度高。月牙肋和螺纹肋变形钢筋，机械咬合作用大，粘结强度高。第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结二钢筋的锚固与接头二钢筋的锚固与接头v锚固长度根据钢筋的应力达到锚固长度根据钢筋的应力达到fy时，钢筋被时，钢筋被 拔动确定。拔动确定。第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结v钢筋强度越高，直径越粗，砼强度越低，钢筋强度越高，直径越粗，砼强度

21、越低，锚固长度越长。锚固长度越长。ulAfbasyt t bybsyadfuAflt tt t4 钢筋类型砼强度等级C15C20C25C30C40级钢筋40d30d25d20d20d月牙肋级钢筋50d40d35d30d25d级钢筋45d40d35d30d冷轧带肋钢筋40d35d30d25d二钢筋的锚固与接头二钢筋的锚固与接头在设计中，如截面上钢筋的强度被充分利用，则钢筋在设计中，如截面上钢筋的强度被充分利用，则钢筋从该截面起的从该截面起的锚固长度锚固长度不应小于下表中规定的数值：不应小于下表中规定的数值：受拉钢筋的受拉钢筋的最小锚固长度最小锚固长度la第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的

22、粘结v光面钢筋表面凹凸程度小，机械咬合作用不大光面钢筋表面凹凸程度小，机械咬合作用不大,与砼的粘结强度较低。与砼的粘结强度较低。v为保证光面钢筋的锚固，为保证光面钢筋的锚固，规范规定受力的光面规范规定受力的光面钢筋末端必须作成半圆弯钩。如图所示：钢筋末端必须作成半圆弯钩。如图所示：第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结v接长钢筋有三种办法：接长钢筋有三种办法：绑扎搭接；焊接；机械连绑扎搭接；焊接；机械连接。接。v绑扎搭接时，必须有足够的绑扎搭接时，必须有足够的搭接长度搭接长度ll:受拉钢筋的受拉钢筋的ll1.2la且且ll300mm；受压钢筋的受压钢筋的ll0.85la且且ll200m

23、m。第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结v钢筋不能在同一截面同时接长。钢筋不能在同一截面同时接长。v焊接接头焊接接头第一章 钢筋砼结构的材料v机械连接机械连接1.3 钢筋与砼的粘结套管套管钢筋冷挤压连接钢筋冷挤压连接第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结锥螺纹钢筋连接锥螺纹钢筋连接第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结挤压钢筋连接挤压钢筋连接第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结第一章 钢筋砼结构的材料1.3 钢筋与砼的粘结第一章 钢筋砼结构的材料本 章 要 点本章要点：本章要点：v软钢与硬钢的应力软钢与硬钢的应力

24、应变曲线不同。软钢以应变曲线不同。软钢以屈服强度屈服强度作为作为强度设计指标；硬钢以强度设计指标；硬钢以协定流限协定流限作为强度设计指标。作为强度设计指标。v砼立方体抗压强度是评定砼强度的基本标准。砼立方体抗压强度是评定砼强度的基本标准。区分区分砼立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心砼立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度抗拉强度及复合应力状态下砼强度的物理意义及复合应力状态下砼强度的物理意义及相互关系。及相互关系。v区分砼区分砼短期一次加载短期一次加载应力应力应变曲线应变曲线、重复、重复荷载荷载下的下的应力应力应变曲线及应变曲线及徐变徐变曲线。曲线。v粘结力粘结力是保证钢筋与砼共同工作的主要原因。是保证钢筋与砼共同工作的主要原因。