钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的结构材料 钢筋是一
种抗拉和抗压能力都很强的材料 混凝土是一种抗压能力强而抗拉能力却相对较弱的脆性材
料 如果单纯地由混凝土去受拉是很容易开裂的 因此 单纯的混凝土(也称素混凝土)结构
其应用范围将受到很大的限制 例如 有两根简支梁 作用于集中荷载 它们的截面尺寸
跨度 混凝土强度都相同 但一根是素混凝图 1-1-1 素混凝土梁与钢筋混
凝土破坏情况对比土梁 而另一根在混凝土中配有钢筋 即钢筋混凝土梁 如图 1-1-1
所示 在荷载作用下 梁的中和轴以下产生拉应力 其中 素混凝土梁因混凝土抗拉强度较
低而很快断裂 其破坏荷载很低 而在钢筋混凝土梁中当受拉区混凝土开裂以后 其拉力传
递给钢筋 梁还可以继续承担荷载 直至受拉钢筋其拉力达到钢筋的屈服强度以后梁才破坏
破坏时梁承受的荷载大约是素混凝土梁的几倍 由此可见 在混凝土构件中配置一定量的钢
筋可大大提高构件的承载力 一般来说 在钢筋混凝土结构中 混凝土主要承受压力 钢筋
主要承受拉力(必要时也可承受压力)
钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起而共同工作的原因是
其一 混凝土硬化后紧紧抱裹住钢筋而产生很强的粘结力 在外力的作用下两者能协调变形
共同工作 其二 钢筋与混凝土两种材料的线膨胀系数颇为接近 钢筋为 12 10-5 混
凝土为(1 0 1 5) 10-5 当温度变化时 两者材料之间不会因为相对变形过大而使
粘结力破坏 其三 钢筋表面的混凝土保护层起到了防止钢筋锈蚀的作用 提高结构的耐久
性
钢筋混凝土结构除了合理利用钢筋和混凝土材料的性能外 还具有许多优点
强度较高 与砖 木结构相比 其强度较高
钢材用量少 在钢筋混凝土结构中 钢筋的用量只占百分之几
耐久性好 在一般环境中 钢筋在混凝土保护下不易锈蚀 几乎不需要经常维修和保
养
耐火性好 混凝土是不良导热体 遇火灾时 钢筋有混凝土的保护而不至于很快升温
而失去承载力
第一编 混凝土结构设计
可模性好 混凝土可根据设计需要浇筑成各种形状和尺寸的结构构件 适用于形状复
杂的结构
整体性好 整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性好 有利于结构抵抗各种变形与地基沉
降 也有利于结构抗震
材料来源广泛 便于就地取材 在混凝土所用的原材料中 砂 石占有绝大部分 而
这些材料易于就地取得
由于钢筋混凝土结构具有上述一系列优点 所以在国内外的工程建设中均得到广泛应用
但是 钢筋混凝土结构也存在着一些缺点 如自重大 抗裂性差等 这对于建造大跨结
构和高层抗震结构不利 可以通过发展轻质高强混凝土 采用预应力混凝土结构等措施 在
一定程度上得到了改进 又如钢筋混凝土施工复杂 工序多 施工周期长 受气候影响大等
问题 也可通过推广预制装配式钢筋混凝土结构加以克服
第二节钢筋的主要力学性能 一 钢筋的强度和变形
建筑结构用的钢筋 一般可分为两类 有明显流幅的钢筋(也称为软钢)和没有明显流幅
的钢筋(也称为硬钢) 这两类钢筋拉伸试验的典型应力-应变曲线如图1-1-2及图1-1-3所示
图 1-1-2 有明显流幅钢筋
的应力-应变曲线 图 1-1-3 没有明显流幅
钢筋的应力-应变曲线
在有明显流幅钢筋的典型拉伸应力-应变曲线中可以看出 应力值在 a 点以前 应力与应
变按比例增加 其关系符合虎克定律 a 点对应的应力称为比例极限 过 a 点以后 应变增
长速度比应力快 到达 b 点后钢筋开始塑流 进入屈服阶段 b 点称屈服上限点 它与加载
速度 断面形式 试件表面光洁度等因素有关 故显不稳定状态 过了 b 点后 应力与应变
曲线出现上下波动 即应力不再增加 而应变迅速发展 形成一个明显的屈服台阶 整个屈
服台阶的下限 c 点所对应的应力称为 屈服强度 当钢筋屈服塑流到一定程度 即到达 c
点以后 应力-应变曲线又开始上升 说明经过流幅后 其内部结构重新排列 抗拉能力有所
提高 随着曲线上升到最高点 d 相应的应力称为钢筋的极限强度 cd 段称为钢筋的强化阶
段 过了 d 点以后 钢筋在薄弱处的断面将显著缩小 发生局部颈缩现象 变形迅速增加
应力随之下降 直到过 e 点时试件被拉断
对这类钢筋有两个强度指标 一是屈服台阶的下限点所对应的应力称为钢筋屈服强度
它被作为钢筋混凝土构件计算时钢筋的强度限值 即钢筋强度设计指标 这是因为钢筋屈服
后所出现的屈服台阶(流幅)是一个不可恢复的塑性变形 会使构件变形和裂缝大大增加以致
无法使用 另一个强度指标是 d 点的钢筋极限强度 这是钢筋所能达到的最大强度 而极限
强度与屈服强度之比作为钢筋强度的安全储备
除强度指标外 钢筋还应具有一定的塑性变形能力 反映钢筋塑性性能的基本指标是伸
长率和冷弯性能
钢筋拉断后的伸长值与原长的比率称为伸长率
l1-l l 100%(1-1)
式中 伸长率( ) l 试件受力前的标距长度(一般有 l 10d 或 l 5d 两种标距的试件 d 为试件直径)
l1 试件拉断后的标距长度
延伸率越大的钢筋塑性越好 即拉伸前有足够的伸长 使构件的破坏有预兆 反之构件
的破坏具有突发性而呈现脆性
第一编 混凝土结构设计
为了使钢筋在加工成型时不发生断裂 要求钢筋具有一定的冷弯性能 冷弯是将直径为 d
的钢筋绕某一规定直径为 D 的钢辊进行弯曲 在达到规定的冷弯角度(180 )时钢筋不发生裂
纹 鳞落或断裂 就表示合格
混凝土结构规范设计 (GB 50010 2002)(以下简称规范)要求各种钢筋所必须达到的
伸长率的最小值以及相应的冷弯试验 见表 1-1-1
表 1-1-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求
钢筋种类 HPB 235 级 HRB 335 级 HRB 400 级伸长率(%) 5 25 16 14 冷弯要求 冷弯角
度 180 180 180
图1-1-3 为高强度碳素钢丝的应力-应变曲线 由图可见这类钢筋没有明显的屈服台阶(流 幅) 其强度很高 但伸长率小 塑性较差 破坏时呈脆性 对该类钢筋通常取相应于残余应
变为 0.2%的应力 0.85 b 作为假想屈服点(或称条件屈服点) 0.85 b 表示 其值约为 0.85
倍抗拉强度值
二 钢筋的成分 级别 品种
钢筋的化学成分 生产工艺和加工方法不同 其基本力学性能就不相同
钢筋的化学成分主要是铁元素 还有少量的碳 锰 硅 钒 钛等合金元素以及一些有
害元素如磷 硫等 含碳量的多少对钢材的强度影响很大 含碳量高 钢材强度就高 但塑
性性图 1-1-4 各级钢筋的应力-应变曲线
能及可焊性将降低 锰 硅 钒 钛等少量合金元素可使钢材的强度 塑性等综合性能
提高 有害元素磷 硫等超过一定量后会使钢材变脆 塑性显著降低 不利于焊接
目前 用于建筑上的钢筋可分

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