第1章 钢筋混凝土结构的材料

　　——基本概念

　　一、钢筋的品种

　　☆☆☆☆在我国，混凝土结构中所采用的钢筋有热轧钢筋、钢丝、钢绞丝、螺纹钢筋及钢棒等。

　　1.按化学成分划分☆☆

　　(1)碳素钢：碳素钢按碳的含量多少分为低碳钢、和高碳钢。含碳量增加，能使钢材强度提高，性质变硬，但也使钢材的塑性和韧性降低，焊接性能也会变差。

　　(2)普通低合金钢：普通低合金钢是在炼钢时对碳素钢加入少量合金元素而形成的。低合金钢钢筋具有强度高、塑性及可焊性好的特点，因而应用较为广泛。

　　3.热轧钢筋按外形状划分

　　(1)热轧光面钢筋：表面是光滑的，与混凝土的粘结性较差。

　　(2)热轧带肋钢筋：表面有纵向凸缘(纵肋)和许多等距离的斜向凸缘(横肋)。

　　二、钢筋的力学性能

　　1.软钢的力学性能☆☆

　　软钢(热轧钢筋)有明显的屈服点，破坏前有明显的预兆(较大的变形，即伸长率)，属塑性破坏。

　　2.硬钢的力学性能☆☆

　　硬钢(热处理钢筋及高强钢丝)强度高，但塑性差，脆性大。从加载到突然拉断，基本上不存在屈服阶段(流幅)。属脆性破坏。

　　3.钢筋的疲劳强度

　　三、混凝土结构对钢筋的要求☆

　　(1)建筑用钢筋要求具有一定的强度(屈服强度和抗拉强度)，应适当采用较高强度的钢筋，以获得较好的经济效益。

　　(2)要求钢筋有足够的塑性(伸长率和冷弯性能)，以使结构获取较好的破坏性质。

　　(3)应有良好的焊接性能，保证钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形。

　　(4)钢筋和混凝土之间应有足够的粘结力，保证两者共同工作。

　　四、混凝土的强度

　　1.混凝土的单轴强度☆☆☆

　　(1)立方体抗压强度fcu：不是结构计算的实用指标，它是衡量混凝土强度高低的基本指标，并以其标准值定义混凝土的强度等级。

　　(2)轴心抗压强度fc：比立方体抗压强度能更好地反映受压构件中混凝土的实际抗压强度，为一实用抗压强度指标。

　　(3)轴心抗拉强度ft：反映混凝土的抗拉能力。

　　2、混凝土的多轴强度☆

　　(1)双向受压的强度：双向受压的混凝土的强度比单向受压的强度为高。也就是说，一向强度随另一向压应力的增加而增加。

　　(2)双向受拉的强度：双向受拉的的混凝土强度与单向受拉强度基本一样。也就是说，混凝土一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。

　　(3)一向受拉一向受压的强度：一向受拉一向受压的混凝土抗压强度随另一向的拉应力的增加而降低。或者说，混凝土的抗拉强度随另一向的压应力的增加而降低。

　　(4)正应力及剪应力下的强度：在单轴正应力σ及剪应力τ共同作用下，当为压应力时，混凝土的抗剪强度有所提高，但当压应力过大时，混凝土的抗剪强度反有所降低。为拉应力时降低抗剪强度。

　　三向受力下的混凝土强度规律与双向受力时基本相同。

　　五、混凝土的变形

　　(一)混凝土的受力变形

　　1.混凝土的应力—应变曲线☆

　　随着混凝土强度的提高，峰值应力、应变有所增大。但下降段的坡度变陡，即应力下降相同幅度时变形越小，极限应变减小，塑性变差，破坏时脆性显著。加载速度较快时，强度提高，但极限应变将减小。

　　2.混凝土的徐变及对混凝土结构的影响☆☆☆

　　徐变是混凝土在荷载长期持续作用下，应力不变，随着时间而增长的变形。

　　产生徐变的原因有：

　　(1)混凝土受力后，在应力不大的情况下，徐变缘于水泥石中的凝胶体产生的粘性流动(颗粒间的相对滑动)要延续一个很长的时间。

　　(2)在应力较大的情况下，骨料和水泥石结合面裂缝的持续发展，导致徐变加大。

　　徐变对混凝土结构的不利影响：

　　(1)徐变作用会使结构的变形增大。

　　(2)在预应力混凝土结构中，它还会造成较大的预应力损失。

　　(3)徐变还会使构件中混凝土和钢筋之间发生应力重分布，导致混凝土应力减小，钢筋应力增大，使得理论计算产生误差。

　　一定要注意避免高应力下的非线性徐变。

　　3、混凝土的收缩及对混凝土结构的影响☆☆

　　混凝土在空气中结硬时，由于温度、湿度及本身化学变化的影响，体积随时间增长而减小的现象称为收缩。

　　收缩对混凝土结构的不利影响：

　　(1)收缩受到约束时会使混凝土产生拉应力，甚至使混凝土开裂。

　　(2)混凝土收缩还会使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土的收缩会带来危害，而膨胀变形一般是有利的，不予讨论。

　　六、钢筋与混凝土的粘结☆☆

　　1.钢筋与混凝土之间的粘结力

　　粘结力是在钢筋和混凝土接触面上阻止两者相对滑移的剪应力。粘结力主要由三部分组成：

　　(1)水泥凝胶体与钢筋表面之间的化学胶着力(胶结力);

　　(2)混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力(摩阻力);

　　(3)钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。

　　2.影响粘结强度的主要因素

　　(1)混凝土强度。粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，粘结强度基本上与混凝土的抗拉强度成正比例的关系。

　　(2)钢筋的表面状况。钢筋表面形状对粘结强度有影响，变形钢筋的粘结强度大于光圆钢筋。

　　(3)混凝土保护层厚度和钢筋的净间距。增大保护层厚度(相对保护层厚度c/d)，保持一定的钢筋间距(钢筋净距s与钢筋直径d的比值s/d)，可以提高外围混凝土的抗劈裂能力，有利于粘结强度的充分发挥。也能使粘结强度得到相应的提高。

　　七、钢筋的锚固与连接☆☆

　　1.钢筋的锚固

　　根据钢筋受拉应力达到屈服强度时，钢筋才被拔出的条件确定出基本锚固(埋入)长度la。

　　为了保证钢筋在混凝土中锚固可靠，避免粘结遭到破坏，而使钢筋被拔出发生锚固破坏，设计时应该使钢筋在混凝土中有足够的锚固(埋入)长度la。分析表明，钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则要求锚固长度越长。

　　2.钢筋的连接

　　钢筋连接方法主要有：

　　(1)绑扎连接;(2)机械连接;(3)焊接。

　　3.保证钢筋的锚固与连接的构造措施

　　(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度ll和锚固长度la;

　　(2)必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求;

　　(3)在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋;

　　(4)在钢筋端部采用设置弯钩等机械锚固措施。对光面钢筋一定要加弯钩。