混凝土结构.docx

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混凝土结构

1绪论

1.以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和各种其他形式的加筋混凝土结构等。

2.钢筋和混凝土是两种物理力学性能很不相同的材料，它们能够有效地结合在一起共同工作，其主要原因有：

（1）棍凝土硬化后，钢筋和混凝土之间存在粘结力，使两者之间能传递力和变形。

粘结力是使这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。

（2）钢筋和混凝土两种材料的线膨胀系数接近。

钢筋的线膨胀系数为1．2×10☆／C，混凝土的线膨胀系数为（1．o—1．5）×10☆／℃，因此当温度变化时钢筋和混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形而破坏。

（3）混凝土保护钢筋防锈。

3.

（1）材料利用合理

钢筋和混凝土两种材料的强度均可得到充分发挥，对于对于一般工程结构，钢筋混凝土结构的经济指标优于钢结构。

（2）耐久性好

在一般环境条件下，钢筋可以受到混凝土的保护不发生锈蚀，而且混凝土的强度随着时间的增长还会有所增长，并能减少维护费用。

（3）耐火性好

混凝土是不良导热体，当发生火灾时，由于有混凝土作为保护层，混凝土内的钢筋不会像钢结构那样很快升温达到软化而丧失承载能力，在常温至300℃范围内，混凝土强度基本不降低。

（4）可模性好

钢筋混凝土可以根据需要挠筑成各种形状和尺寸的结构，如空间结构、箱形结构等。

采用高性能温凝土可挠筑清水混凝土，具有很好的建筑效果。

（5）整体性好

现浇式或装配整体式的钢筋混凝土结构整体性好

（6）易于就地取材

在混凝土结构中，钢筋和水泥这两种工业产品所占的比例较小，砂、石等材料所占比例虽然较大，但属于地方材料，可就地供应。

近年来利用建筑垃圾、工业废渣制造再生骨料，利用粉煤灰作为水泥或混凝土的外加成分，这些做法既可变废为宝，又有利于保护环境。

4.但是钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要是结构自重较大，抗裂性较差，一旦损坏修复比较困难，施工受季节环境影响较大等，这就使得钢筋混凝土结构的应用范围受到一定限制。

随着科学技术的发展，上述缺点已在一定程度上得到了克服和改善。

如采用轻质混凝土可以减轻结构自重，采用预应力混凝土可以提高纬构或构件的抗裂性能，采用植筋或粘钢等技术可以较好地对发生局部损坏的混凝土结构或构件进行修复等。

2钢筋和混凝土材料

5.混凝土结构中使用的钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。

碳京钢除台有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。

根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳饲（含碳量小于o．25％）、中碳钢（含碳量为o．25％一o．6％）和高碳钢（含碳量为o．6％一1．4％），含碳量越高，钢筋的强度越高，但塑性和可焊性越低。

普通低合金钢除含有碳素钢已有的成分外，再加入一定量的硅、锰、钒、铁、铬等合金元素，这样既可以有效地提高钢筋的强度，又可以使钢筋保持较好的塑性。

6.热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温状态下轧制而成，有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大。

热轧钢筋根据其强度的高低分为HPB300级（符号4）、HRB335级（符号交）、HRBF335级（符号亚）、HRB400级（符号亚）、HRBF400级（符号炉）、RRB400级（符号炒）、HRB500级（符号勋和HRBF500级（符号妒）。

其中HPB300级为光面钢筋，HRB335级、HRB400级和HRB500级为普遍低合金热轧月牙纹变形钢筋，HRBF335级、HRBF400级和H配BF500级为细品粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400级为余热处理月牙纹变形钢筋。

亲热处理钢筋是由轧制的钢筋经高温淬水、余热回温处理后得到的，其强度提高，价格相对较低，但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差，可在对延性及加工性要求不高的构件中使用，如基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的楼板、墙体。

7.冷加工钢筋在混凝土结构中也有一定应用。

冷加工钢筋是将某些热轧光面钢筋（称为母材）经冷拉、冷拔或冷轧、冷扭等工艺进行冉加工而得到的直径较细的光面或变形钢筋，有冷拉钢筋、冷拔钢丝、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋等。

热轧钢筋经冷加工后强度提高，但钢筋的塑性（伸长率）明显降低，因此冷加工钢筋主要用于对延性要求不高的板类构件，或作为非受力构造钢筋。

由于冷加工钢筋的性能受母材和冷加工工艺影响较大，《混凝土结构设计规范》（GB50010一2010）中未列入冷加工钢筋，工程应用时可按相关的冷加工钢筋技术标准执行。

8.根据钢筋单调受拉时应力—应变关系特点的不同，可分为有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋两种，习惯上也分别称为软钢和梗钢。

一般热轧钢筋属于有明显屈服点的钢筋，而高强钢丝等多属于无明显屈服点的钢筋。

9.有明显屈服点钢筋有两个强度指标：

一个是对应于c点的屈服强度，它是混凝土构件计算的强度限值，因为当构件某一截面的钢筋应力达到屈服强度后，将在荷载基本不变的情况下产生持续的塑性变形，使构件的变形和裂缝宽度显著增大以致无法使用，出此一般结构计算中不考虑钢筋的强化段而取屈服强度作为设计强度的依据；另一个是对应于d点的极限抗拉强度，一般情况下用做材料的实际破坏强度，钢筋的强屈比（极限抗拉强度与屈服强度的比值）表示结构的可靠性潜力，在抗震结构中考虑到受拉钢筋可能进入强化阶段，要求强屈比不小于1．25。

10．无明显屈服点钢筋

无明显屈服点钢筋拉伸的典型应力—应变曲线如图2．3所示。

在应力未超过d点时，钢筋仍具有理想的弹性性质山点的应力称为比例极限，其值约为极限抗拉强度的o．65倍。

超过“点后应力—应变关系为非线性，没有明显的屈服点。

达到极限抗拉强度后钢筋很快被拉断，破坏时呈脆性。

对无明显屈服点的钢筋，在工程设计中一般取残余应变为o．2％时

所对应的应力M2作为强度设计指标，称为条件屈服强度。

《混凝土结

构设计规范》（邱50010一2010）规定对无明显屈服点的钢筋如预应力

钢丝、钢绞线等，条件屈服强皮取极限抗拉强度的o．85倍*

11.混超土结构对钢筋性能的要求

（1）钢筋的强度

钢筋的强度是指钢筋的屈服强度及极限抗拉强度，其中钢筋的屈服强度（对无明显流幅的钢筋取条件屈服强度）是设计计算时的主要依据。

采用高强度钢筋可以节约钢材，减少资源和能源的消耗，从而取箱良好的社会效益和经济效益。

在钢筋混凝土结构中推广应用500MPa级或400MPa级强度高、延性好印热轧钢筋，在预应力很凝土结构中推广应用高强预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋，限制并逐步淘勘强度较低、延性较差的钢筋，符合我国可持续发展的要求，是今后混凝土结构的发展方向。

（2）钢筋的塑性

钢筋有一定的塑性，可使其在断裂前有足够的变形，能给出构件将要破坏的预兆，因此要求钢筋的伸长率和冷弯性合格。

《混凝土结构设计规范》（GB500lo一3010）和相关的国家标推中对各种钢筋的伸长率和冷弯性能均有明确规定。

〔3）钢筋的可焊性

可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。

（4）钢筋与混凝土的粘结力

钢筋焊接后不产生裂纹及为了保证钢筋与混凝土共同工作，要求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。

钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。

12.混凝土的立方体抗压强度

混凝土的立方体抗压强度（简称立方体强度）是衡量混凝土强度的基本指标，用人u表示。

我国规范采用立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标推，规定按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，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（以N／mm2”计）作为混凝土的强度等级。

《混凝土结构设计规范》（GB50010一2010）规定的混凝土强度等级有14级，分别为Cl5、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。

符号“C”代表混凝土，后面的数字表示混凝土的立方体抗压强度的标准值（以N／mm2计），如c60表示混凝土立方体抗压强度标准值为60N／mm2。

13.混凝土的轴心抗压强度

实际工程中的构件一般不是立方体而是棱柱体，因此用棱柱体试件的抗压强度能更好地反映混凝土构件的实际受力情况。

用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为混凝土的轴心抗压强度，也称棱拄体抗压强度，用fc表示。

我国规范规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体作

14.混级土在复合应力作用下的强度

实际工程中的混凝土结构或构件通常受到轴力、弯矩、剪力及扭矩的不同组合作用，棍凝土很少处于单向受力状态，往往是处于双向或三向受力状态。

在复合应力状态下，混凝土

的强度和变形性能有明显的变化。

（1）混凝土的双向受力强度

在混凝土单元体两个互相垂直的平面上，作用有法向应力和，第三个平面上应力为零，混凝土在双向应力状态下

双向受压时一向的抗压强度随另一向压应力的增大而增大，最大抗压强度发生在两个应力比为o．4一o．7时，其强度比单向抗压强度增加约30％，而在两向压应力相等的情况下强度增加为15％一20％。

双向受拉时，一个方向的抗拉强度受另一方向拉应力的影响不明显，其抗拉强度接近于单向抗拉强度。

一向受拉另一向受压时，抗压强度随拉应力的增大而降低，同样抗拉强度也随压应力的增大而降低，其抗压或抗拉强度均不超过相应的单轴强度。

（2）混凝土在正应力和剪应力共同作用下的强度

混凝土在正应力和剪应力共同作用下的强度变化曲线，可以看出混凝土的抗剪强度随拉应力的增大而减小，当压应力小于（o．5一o．7）人时，抗剪强度随压应力的增大而增大；当压应力大于（o．5一o．7）元时，由于混凝土内裂缝的明显发展，抗剪强度反而随压应力的增大而减小。

出，由于剪应力的存在，其抗压强度和抗拉强度均低于相应的单轴强度。

（3）混凝土的三向受压强度

混凝土三向受压时，一向抗压强度随另两向压应力的增加而增大，并且混凝土受压的极限变形也大大增加。

图2．16所示为圆柱体混凝土试件三向受压时（侧向压应力均为卸）的试验结果，由于周围的压应力限制了混凝土内微裂缝的发展，这就大大提高了混凝土的纵向抗压强度和承受变形的能力。

15.混凝土的变形可分为两类一类是混凝土的受力变形，包括一次短期加荷的变形、荷载长期作用下的变形和多次重复荷载作用下的变形等；一类为混凝土由于收缩或由于温度变化产生的变形。

16.混凝土应力—应变曲线的形状和特征是混凝土内部结构变化的力学标志，影响应力—应变曲线的因素有混凝土的强度、加荷速度、横向约束以及纵向钢筋的配筋牢等。

17.混凝土受到横向约束时，其强度和变形能力均可明显提高，在实际工程中可采用密排螺旋筋或箍筋来约束混凝土，以改善混凝土的受力性能。

18.混凝土一次短期加荷时的应力—应变全曲线分为上升段和下降段两个部分。

混凝土的变形模圣有三种表示方法，即弹性模量（原点模量）Ec、切线模量和变形模量（割线模量）。

18.混凝土在荷载的长期作用下随时间而增长的变形称为徐变。

影响混凝土徐变的因素很多，总的来说可分为三类：

（1）内在因素

内在因素主要是指混凝土的组成与配合比。

（2）环境影响

环境影响主要是指混凝土的养护条件以及使用条件下的温度和湿度影响。

（3）应力条件

应力条件的影响包括加荷时施加的初应力水平和很凝土的龄期两个方面。

在同样的应力水平下，加荷龄期越早，混凝土硬化越不充分，徐变就越大；在同样的加荷龄期条件下，施加的韧应力水平越大，徐变就越大。

19.徐变对钢筋混凝土构件的受力性能有重要影响。

一方面，徐变将使构件的变形增加，如受长期荷载作用的受弯构件由于受压区泥凝土的徐变，可使挠度增大2—3倍或更多；长细比较大的偏心受压构件，由于徐变引起的附加偏心距增大，特使构件的承载力降低；徐变还将在钢筋混凝土截面引起应力重分布，在预应力混凝土构件中徐变将引起相当大的预应力损失。

另