页数：45页文件大小：2.05 MB来源： 混凝土结构设计原理ppt课件
本课件讲解钢筋和混凝土两种材料的力学性能。钢筋部分涵盖类型与品种、应力-应变关系、强度与变形指标、冷加工与选用原则；混凝土部分涵盖强度等级、复合应力状态下的强度、变形模量、徐变与收缩，最后说明钢筋与混凝土的粘结机理与保证措施。
本章学习目标：
2.1.1 钢筋的类型和品种
1. 按化学成分：常用钢筋由碳素结构钢及普通低合金钢制造。碳素结构钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢——低碳钢含碳量对 HPB235 不大于 0.22%、对 HPB300 不大于 0.25%，高碳钢含碳量大于 0.6%，中碳钢含碳量介于二者之间。
2. 按生产工艺和力学性能分为普通热轧钢筋、细晶粒热轧钢筋、预应力钢筋和冷加工钢筋等。
热轧钢筋包括热轧光圆钢筋（hot rolled plain bars）和热轧带肋钢筋（hot rolled ribbed bars）两类。
2.1.2 钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变关系（stress-strain relationships for steel）：钢筋分为有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋两类（习惯上分别称为软钢和硬钢）。
图中给出有明显屈服点与无明显屈服点钢筋的典型拉伸应力-应变曲线。
注：源文件本页以曲线图为主，建议对照原课件图片核校曲线特征点。
2. 钢筋的强度和变形指标
2）钢筋的检验指标：屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是对有明显屈服点钢筋进行质量检验的四项主要指标，对无明显屈服点的钢筋则只测定后三项。
3. 钢筋的弹性模量：同一种钢筋的受拉弹性模量与受压弹性模量相同。
2.1.3 钢筋的冷加工：冷加工指在常温下对出厂钢材的再加工。为节约钢材，常用冷拉或冷拔等方法提高热轧钢筋的强度。
注：源文件本页对冷拔仅有标题，具体工艺与强度变化建议对照原课件图片补充。
*2.1.4 钢筋的其他性能
2.1.5 钢筋的选用
1. 混凝土结构对钢筋的要求
2. 钢筋的选用
1）普通钢筋选用原则
2）预应力钢筋：预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。
2.2 混凝土——2.2.1 概述：水灰比对混凝土的强度和变形有重要影响，混凝土性能还取决于搅拌程度、浇筑的密实性和对它的养护。
1. 混凝土的凝结硬化：在凝结硬化过程中，水泥和水形成的水泥胶块（包括水泥结晶体和水泥胶凝体）把骨料粘结在一起。
砼在硬化过程中：水泥 + 水 → 水泥胶块（水泥结晶体和水泥胶凝体）+ 砂石骨料。
注：源文件本页以硬化机理示意图为主，文字为图中标注，建议对照原课件图片核校。
2. 混凝土的内部微裂缝：由于水泥胶块的收缩、泌水、骨料下沉等造成。
3. 混凝土的强度随时间而增长：水泥胶凝体向水泥结晶体的转化是长期过程，28 天强度大致稳定，可作为早期强度的界限。
2.2.2 混凝土的强度（strength）——强度即极限应力。混凝土的抗压强度是最主要的强度指标，包括立方体抗压强度和轴心抗压强度。
1. 混凝土的抗压强度和强度等级：以边长为 150mm 的立方体作为标准试件，在（20±3）℃ 的温度和相对湿度 90% 以上的潮湿空气中养护 28d，按标准试验方法（试件表面不涂润滑剂、按规定加荷速度施加压力）测得的抗压强度作为立方体抗压强度，记为 fcu，单位为 N/mm²。
注：源文件此处「15Omm」「(20土3)0C」为字符识别误差，本页按标准值 150mm、(20±3)℃ 呈现。
混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值（符号 f cuk）确定：按标准方法制作养护的边长为 150mm 立方体试件，在 28d 或规定龄期用标准试验方法测得的具有 95% 保证率的抗压强度值。
| 组别 | 强度等级 | 说明 |
|---|---|---|
| 低强度段 | C15 | 最低等级 |
| 常用段 | C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50 | 工程最常用区间 |
| 高强度段 | C55、C60、C65、C70、C75、C80 | 最高等级 C80 |
混凝土的强度等级共分 14 级。
注：源文件等级列表中「Cl5、C2O、C3O、C4O、C5O、C6O、C7O」存在 1/l、0/O 识别混淆，本表已按标准强度等级 C15～C80 修正。
3）轴心抗压强度：用高宽比为 2~4 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，因此可将它作为以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度，称为轴心抗压强度或棱柱抗压强度，并用符号 fc 表示。
图中示意承压板与试块。
注：源文件本页以试验装置图示为主，建议对照原课件图片核校试件尺寸。
2. 混凝土的轴心抗拉强度
图中标注试件尺寸（100、100、150、150、500 等）。
注：源文件本页尺寸数字为图中标注，具体对应关系建议对照原课件图片核校。
2.2.3 复合应力状态下的混凝土强度
1. 平面应力状态：在平面内的两个方向作用有法向应力 σ1 和 σ2，与平面垂直方向的应力为零，其试验曲线如图。
注：源文件本页以试验曲线图为主，建议对照原课件图片核校曲线。
平面应力状态下混凝土强度的变化规律：
当混凝土受到剪应力和一个方向的正应力作用时，形成剪压或剪拉复合应力状态：
2. 三向压力作用：在三向压力作用下，混凝土强度会大大提高。圆柱体在四周液体压力约束下，其轴心抗压强度有如下关系：
fcc′ = fc′ + 4.1σ2，其中 σ1 = fcc′，σ2 = σ3 = fL；fL 为侧向约束压应力（加液压）。
注：源文件公式中的系数记为「4.l」，系 1/l 识别混淆，本页按规范常见取值 4.1 呈现，建议对照原课件图片核实。
2.2.4 混凝土的变形
1. 混凝土在一次短期加荷时的变形
注：本页源文件未提取到正文，仅有应力-应变全曲线图示，建议对照原课件图片补充曲线特征说明。
混凝土的极限压应变 εcu 包括弹性应变和塑性应变两部分。塑性应变部分越长，表明变形能力越大、延性越好。
混凝土试件受压时，纵向产生压缩应变 εcv 的同时横向产生膨胀应变 εch。横向变形系数 μc 表示横向膨胀应变与纵向压缩应变的比值；材料处于弹性阶段的横向变形系数即泊松比，近似取混凝土的泊松比为 0.2。
2. 混凝土的变形模量
4）混凝土受压时的弹性系数：混凝土割线模量与弹性模量的关系为 Ec′ = νEc，ν 称为混凝土受压时的弹性系数。
注：源文件公式排版不完整（如「Ec' =v’」），本页按教材常见写法整理，建议对照原课件图片核校。
3. 混凝土在重复荷载作用下的变形
注：源文件本页仅提取到条目标题与少量文字，三条情形的完整表述建议对照原课件图片补充。
4. 混凝土在荷载长期作用下的变形——徐变（creep of concrete）
注：源文件本页以徐变试验与应变增长示意为主，建议对照原课件图片补充曲线说明。
产生徐变的原因
线性徐变以第一个原因为主，因为粘性流动的增长比较稳定；非线性徐变以第二个原因为主，因为应力集中引起的微裂缝开展随应力的增加而急剧发展。
徐变对混凝土构件受力性能的影响
影响混凝土徐变的因素：除应力条件外，还有混凝土的组成成分和配合比，以及养护和使用条件下的温度和湿度。
5. 混凝土的收缩（shrinkage of concrete）：混凝土在空气中硬化时体积缩小的现象称为收缩，收缩值随时间而增长；蒸汽养护的收缩值低于常温养护。
引起收缩的主要原因
收缩是混凝土内水泥浆在凝固硬化过程中的物理和化学作用的结果。混凝土的自由收缩只引起体积缩小而不产生应力和裂缝；但当收缩受到外部（如支承条件）或内部（钢筋）约束时，将产生拉应力甚至开裂。
影响混凝土收缩的因素（除养护条件外）
可见，影响混凝土收缩的因素与影响混凝土徐变的因素基本相同。
2.2.5 混凝土强度等级的选用原则：从结构混凝土耐久性要求出发，对设计使用年限为 50 年的结构混凝土，最低强度等级分别为 C20（一类环境）、C25（二 a 类环境）、C30（二 b 类环境）、C35（三 a 类环境）、C40（三 b 类环境）。
| 适用情形 | 最低强度等级 | 说明 |
|---|---|---|
| 一类环境（50 年） | C20 | 室内干燥环境 |
| 二 a 类环境（50 年） | C25 | 室内潮湿、露天环境 |
| 二 b 类环境（50 年） | C30 | 干湿交替环境 |
| 三 a 类环境（50 年） | C35 | 近海或盐渍环境 |
| 三 b 类环境（50 年） | C40 | 严酷侵蚀环境 |
| 一类环境（100 年） | C30 | 设计使用年限 100 年 |
| 采用 400MPa 及以上钢筋 | C25 | 钢筋混凝土结构不应低于 C20 |
| 承受重复荷载的构件 | C30 | 钢筋混凝土构件 |
| 预应力混凝土结构 | 不宜低于 C40，不应低于 C30 | 预应力构件 |
注：源文件「C35三a类环境)」缺左括号，本页已按「C35（三 a 类环境）」补全。
2.3 钢筋与混凝土的粘结——2.3.1 粘结的作用及产生的原因
2.3.2 粘结力的测定：通常采用拔出试验方法。
图中标注：埋置长度 l、钢筋直径 d、最大粘结应力 τmax 与极限平均粘结强度 τu。
注：源文件本页以拔出试验图示为主，字符识别仅保留了 l、d、τmax、τu 等标注，建议对照原课件图片核校。
根据拔出试验可知
2.3.3 保证可靠粘结的措施
1. 影响因素
2. 保证措施
1）保证锚固粘结应力的可靠传递
2）保证局部粘结应力的可靠传递：局部粘结应力是指开裂构件裂缝两侧产生的粘结应力，其作用是使裂缝之间的混凝土参与受拉工作。为增加局部粘结作用、减小使用时的裂缝宽度，在同样钢筋面积情形下应选择直径较小的钢筋和带肋钢筋作受力钢筋。
3）钢筋周围的混凝土应有足够的厚度：一定厚度的混凝土保护层不仅保证粘结力传递，还保护钢筋免遭锈蚀并保证构件的耐火、耐腐蚀性能。
4）钢筋末端的弯钩：光圆钢筋粘结性能较差，除直径 12mm 以下的受压钢筋及焊接网或焊接骨架中的光圆钢筋外，其余光圆钢筋末端均应设置弯钩。
5）混凝土的浇筑：粘结强度与浇筑混凝土时钢筋的位置有关，对高度较大的梁应分层浇筑并采用二次振捣。
6）锚固区的侧向压力：存在侧向压力时，粘结强度将得到提高。
注：源文件「直径l2mm」为 1/l 识别混淆，本页按 12mm 呈现。
本章小结
本章内容讲授完毕。
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