【文章內(nèi)容簡介】 性質(zhì)和尺寸，適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如空間薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等。 ⑶ 耐久性和耐火性較好，維護費用低：鋼筋有混凝 土的保護層，不易產(chǎn)生銹蝕，而混凝土的強度隨時間而增長；混凝土是不良熱導(dǎo)體， 30mm 厚混凝土保護層可耐火 2 小時，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度。 ⑷ 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，且通過合適的配筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu)；同時防振性和防輻射性能較好，適用于防護結(jié)構(gòu)。 ⑸ 剛度大、阻尼大，有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。 ⑹ 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年來，已有利用工業(yè)廢料來制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。 混凝土結(jié)構(gòu)的缺點： ⑴ 自重大：不適用于大跨、高層結(jié) 構(gòu)。（ 輕質(zhì)、高強和預(yù)應(yīng)力 ） ⑵ 抗裂性差：普通 RC 結(jié)構(gòu)，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環(huán)境較差 (露天、沿海、化學(xué)侵蝕 )時會影響耐久性；也限制了普通 RC 用于大跨結(jié)構(gòu)，高強鋼筋無法應(yīng)用。（ 預(yù)應(yīng)力混凝土 ） ⑶ 承載力有限：在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺寸太大，減小使用空間。（ 高強、鋼骨、鋼管混凝土 ） ⑷ 施工復(fù)雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護），工期長，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。（ 鋼模、飛模、滑模等 ， 泵送、早強、商品、高性能、免振自密實混凝土等 ） ⑸ 混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復(fù)、加固、補強比較困難。（ 混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)不斷得到發(fā)展，如最近研究開發(fā)的采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，快速簡便。 ） 167。 建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況 本節(jié)自學(xué) 思考題： 教材 P5 5 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 截面的基本受力形態(tài)有：正截面受力、斜截面受剪、扭曲截面受扭 問題不是單一的、解答是不唯一的 構(gòu)件和結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個綜合性問題 設(shè)計過程包括結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件選型、材料選擇、配筋構(gòu)造、施工方案等 還需要考慮安全適用和經(jīng)濟合理。 設(shè)計中許多數(shù)據(jù)可能有多種選擇方案，因此設(shè)計結(jié)果不是 唯一的。 最終設(shè)計結(jié)果應(yīng)經(jīng)過各種方案的比較，綜合考慮使用、材料、造價、施工等各項指標(biāo)的可行性，才能確定較為合適的一個設(shè)計結(jié)果。 工程項目的建設(shè)是國家的重要工作，必須依照國家頒布的法規(guī)進行 設(shè)計人員必須遵照各種結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計規(guī)范或規(guī)程進行設(shè)計。 各種設(shè)計規(guī)范或規(guī)程是具有約束性和立法性的文件，其目的是使工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計在符合國家經(jīng)濟政策的條件下，保 證設(shè)計的質(zhì)量和工程項目的安全可靠。 注意在學(xué)習(xí)中，有關(guān)基本理論的應(yīng)用最終都要落實到規(guī)范的具體規(guī)定。 由于工程結(jié)構(gòu)類型很多，不同的結(jié)構(gòu)類型有不同的設(shè)計規(guī)范或規(guī)程，但混 凝土結(jié)構(gòu)的基本理論是一致的，應(yīng)重點學(xué)好基本理論。 本學(xué)期以基本理論為主，并結(jié)合主要用于建筑結(jié)構(gòu)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB500010》學(xué)習(xí)。后續(xù)課程將結(jié)合各種結(jié)構(gòu)類型，介紹有關(guān)的設(shè)計方法和設(shè)計規(guī)范。 設(shè)計工作是一項創(chuàng)造性工作 一方面在設(shè)計工作中必須按照規(guī)范進行 另一方面只有深刻理解規(guī)范的理論依據(jù)，才能更好地應(yīng)用規(guī)范，充分發(fā)揮設(shè)計者的主動性和創(chuàng)造性。規(guī)范是給傻瓜設(shè)計師編寫的，注意學(xué)習(xí)中的創(chuàng)造性。 本學(xué)科還在不斷的發(fā)展和更新，因此 設(shè)計工作不應(yīng)被規(guī)范束縛 ，在經(jīng)過各方面的可靠性論證后，應(yīng)積極采用先進的理論和技術(shù) 。規(guī)范一般十年左右修訂一次，就是為了反映學(xué)科最新發(fā)展的成果。 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能（ 4 學(xué)時） 混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼筋和混凝土材料制作而成。為了合理地進行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要深入地了解混凝土和鋼筋的受力性能。對混凝土和鋼筋力學(xué)性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能并對其進行分析與設(shè)計的基礎(chǔ)。 167。 鋼筋的力學(xué)性能 一、 鋼筋的分類 化學(xué)成分： 碳素鋼筋（低、中、高）、合金鋼筋（低、中、高） 外形： 光圓鋼筋、帶肋鋼筋、刻痕鋼筋、鋼絞線（ 圖 2－ 1） 加工方法 熱軋鋼筋（ HPB23 HRB33 HRB400、 RRB400） 冷拉鋼筋、冷軋鋼筋、熱處理鋼筋 供貨形式 直條鋼筋、盤圓鋼筋 HPB235 級 (Ⅰ級 )鋼筋多為光面鋼筋（ Plain Bar），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋 HRB335 級 (Ⅱ級 )和 HRB400 級 (Ⅲ級 )鋼筋強度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用Ⅱ級鋼筋作箍筋的為增強與混凝土的粘結(jié)（ Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（ Deformed Bar）。 Ⅳ級鋼筋強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋 延伸 率（ Percentage of elongation）： d5=2 1 1 10%，直徑 8~40。 鋼絲 Wire：中強鋼絲的強度為 800~1200MPa，高強鋼絲、鋼絞線 (Strand or Tendon)的為 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%， d100=~4%；鋼絲的直徑 3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑 ~ mm。中高強鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 冷加工鋼筋 Cold working rebar： 是由熱軋鋼筋和 盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。 熱處理鋼筋 Heat treatment ：是將Ⅳ級鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 二、 鋼筋的強度和變形 結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，主要是指材料的強度和變形能力，以及材料的本構(gòu)關(guān)系（即б ε關(guān)系），了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用材料的力學(xué)性能，是掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能的基礎(chǔ)。 1． 鋼材的 力學(xué)性能 （ 1） 應(yīng)力 應(yīng)變曲線： ①有明顯屈服點的鋼筋的應(yīng)力 應(yīng)變曲線： 四個階段：彈性階段、屈服階段、強體階段、頸縮階段。 ②無明顯屈服點的鋼筋的應(yīng)力 應(yīng)變曲線： （ 2） 屈服強度σ s ——鋼筋強度設(shè)計計算的依據(jù) 對于有明顯屈服點的鋼材，由于鋼材的屈服將產(chǎn)生明顯的，不可恢復(fù)的塑性變形，從而導(dǎo)致構(gòu)件可能在鋼材尚未進入強化階段就發(fā)生破壞或產(chǎn)生過大的變形和裂縫，因此在正常使用情況下，構(gòu)件中的鋼材應(yīng)力小于其屈服強度。故屈服強度是鋼筋關(guān)鍵性的強度指標(biāo)。 （ 3） 伸長率和冷彎性能 ——鋼材的 塑性性能指標(biāo) 屈 強 比：反映鋼筋的強度儲備， fy/fu=~。 有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 一般可采用雙線性的理想彈塑性關(guān)系 （ 4） 混凝土對鋼筋性能的要求： ①強度高，適當(dāng)?shù)那鼜姳龋? ②塑性好； ③可焊性好； ④與混凝土有較好的粘結(jié)力。 167。 混凝土的力學(xué)性能 一、混凝土的強度 立方體抗壓強度 fcu,k( 《普通砼力學(xué)性能試驗方法》（ GBJ81—85） 以邊長為 150mm 的立方體在 20177。3?C 的溫度和相對濕度在 90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護 28 天 ，依照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有 95%保證率的抗壓強度（以 N/mm2 計）作為混凝土的強度等級，并用符號 軸心抗壓強度 fc,k 采用 150mmx150mmx300mm 棱柱體作為軸心抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)試件 軸心抗拉強度 ft,k 立方體抗壓強度 fcu,k 《普通砼力學(xué)性能試驗方法》（ GBJ81—85） 0010or 5 l ll ???yyysfE ??? ???? ?? ?? kcuck ff , ???普通鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值 （ N / m m 2 ） 種 類 符號 f yk H P B 23 5( Q 23 5) 235 H R B 33 5( 20 M n S i ) 335 熱軋鋼筋 H R B 40 0( 20 M n S i V 、 20 M n S i N b 、 20 M nT i ) R R B 40 0( 20 M n S i ) 400 標(biāo)準(zhǔn)試件：尺寸 150179。 150179。 150，溫度 20177。 3。 C，相對濕度 90%,28天齡期，保證率 95%，加荷速度每秒 —砼強度等級劃分： C1 C C2 C C3 C C4 C50、 C5 C60、 C6 C70、 C7 C80 14 個級 C50C80 高強砼 《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級應(yīng)大于 C15；當(dāng)采用 HRB335時，不宜低于 C20，預(yù)應(yīng)力混凝土不應(yīng)低于 C30，當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土等級不宜低于 C40。 套箍作用 軸心抗壓強度 fc,k 標(biāo)準(zhǔn)試件： H/b≥ 3 fc,k與 fcu,k的關(guān)系： fc,k= 1﹒α 2 fcu,k 國外采用圓柱體試件確定 軸心抗拉強度 ft,k(the direct tensile strength) 試驗方法：劈拉試驗 ft,k 與 fcu,k 關(guān)系 ft,k= fcu,( )α 2 混凝土的抗拉強度比抗壓強度低 得多，一般只有抗壓強度的 5%~10% 混凝土的雙向受力強度 混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下的復(fù)合強度 三向受壓時，混凝土的抗壓強度和極限變形都有較大提高 二、混凝土的變形 混凝土的變形分為兩類 ： 混凝土的受力變形 混凝土的非受力變形 混凝土在一次短期加荷 時的變形 1） 應(yīng)力 —應(yīng)變曲線（ 圖 2－ 9） 2）混凝土的橫向變形系數(shù) υ c＝ 3）混凝土的彈性模量、變形模量和剪變模量 ?????ckcucGmmNfE )/(/ 10 2,5 Gc＝ 混凝土在多次重復(fù)加荷時的變形 疲勞現(xiàn)象 強度值和彈性模量均有下降。 徐變： 在荷載保持不變的情況下隨時間而增長的變形 A、徐變的應(yīng)變與時間關(guān)系曲線 B、徐變的影響因素 1）水灰比、和水泥用量； 2）骨料的級配與剛度； 3）混凝土的密實性； 4）構(gòu)件養(yǎng)護溫度、濕度； 5）構(gòu)件使 用時的溫度、濕度； 6）構(gòu)件比表面積； 7）構(gòu)件加荷時的齡期； 8）持續(xù)應(yīng)力的大小。 收縮：不受應(yīng)力、體積減小。 A、影響收縮因素： 內(nèi)在因素、外部環(huán)境 B、減少收縮的措施： 混凝土的收縮與膨脹 混凝土在水中或處于飽和濕度情況下硬結(jié)時體積增大的現(xiàn)象稱為膨脹 混凝土在空氣中結(jié)硬時體積減小的現(xiàn)象稱為收縮 混凝土的選用原則 建筑工程中，鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于 C15 當(dāng)采用 HRB335 級鋼筋時，不宜低于 C20 當(dāng)采用 HRB400 和 RRB400 級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，不得低于 C20 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不應(yīng)低于 C30 采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，不宜低于 C40 167。 鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 一、粘結(jié)力組成： 粘結(jié)力的定義及組成 粘結(jié)力的定義 ——若鋼筋和混凝土有相對變形（滑移），就會在鋼筋和混凝土交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，這種力稱為鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 粘結(jié)力的組成 1 化學(xué)膠結(jié)力：混凝土凝結(jié)時，由于水泥的水化作用在鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的化學(xué)吸附作用力 2 摩擦力：混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的力 3 機械咬合力：鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn) 生的機械咬合作用而產(chǎn)生的力 4 鋼筋端部的錨固力：采取錨固措施后所造成的機械錨固力 二、影響粘結(jié)強度的因素 ①砼強度，②保護層厚度，③鋼筋凈距，④橫向配筋及側(cè)向壓應(yīng)力，⑤澆筑砼時鋼筋的位 置，⑥鋼筋表面形狀。 粘結(jié)強度 ： 鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度通常采用拔出試驗來測定。設(shè)拔出力為 F，則 以粘結(jié)破壞（鋼筋拔 出或混凝土劈裂）時鋼筋與混凝土截面上的最大平均粘結(jié)應(yīng)力作為粘結(jié)強度 dlTft ?? ft：平均剪應(yīng)力 T： 拉拔力的極限值 d：鋼筋直徑 l：鋼筋植入深度 進行拔出試驗時，受拉鋼筋達(dá)到屈服的同時發(fā)生粘結(jié)破壞，該臨界情況的錨固長度稱為基本錨固長度，用 la表示 保證可靠粘結(jié)的構(gòu)造措施 鋼筋的間距和混凝土的保護層不能太小 、 優(yōu)先采用小直徑的變形鋼筋，光面鋼筋末端應(yīng)設(shè)彎鉤 、 鋼筋伸入支座應(yīng)有足夠的錨固長度 、 鋼筋不宜在混凝土的拉區(qū)截斷 、 在大直徑鋼筋的搭接和錨固區(qū)域內(nèi)宜設(shè)置橫向鋼筋 本章小結(jié) 為了學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)造，必須對鋼筋和混凝土兩種材料的力學(xué)性能及其相互作用有較深入的了解。 ⑴ 混凝土的強度等級，系 指標(biāo)準(zhǔn)試件（邊長為 150mm）在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護 28