(2.7.1)--第二章钢筋与混凝凝土材料的基本性能知识点.pdf

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1、第二章钢筋与混凝土材料的力学性能第二章钢筋与混凝土材料的力学性能 知识点知识点1、建筑常用钢筋品种答：（1）软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋)，包括低碳钢、低合金钢（锰、硅、钒、钛铬）、细晶粒钢。用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中的普通钢筋。（2）硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、钢绞线、热处理钢筋)，包括预应力钢丝、钢绞线、预应力螺纹钢，用于预应力混凝土结构。2、热轧钢筋的分类答：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，热轧钢筋根据其含碳量不同分为 HPB300、HRB335、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500级，其中 H

2、PB300 级为低碳钢，外形为光面圆形，称为光圆钢筋；HRB335 级，HRB400 级和 HRB500 级为普通低合金钢筋，HRBF400 级和 HRBF500 级为细晶粒钢筋，均在表面轧有月牙肋，成为变形钢筋。RRB400 级钢筋为余热处理月牙纹变形钢筋，是在生产过程中，钢筋热轧后经淬火提高其强度，再利用芯部余热回火处理而保留一定延性的钢筋。3、软钢应力应变曲线软钢的应力应变曲线是根据钢筋的拉伸试验测得的，共分四个阶段:第一阶段 0a 段是弹性段，应力应变满足胡克定律；第二阶段 ab 段为屈服阶段，钢筋产生明显的屈服台阶，应力有所波动，一般认为应力不变，应变持续增长，b 点的应力比较稳定，

3、为钢筋的屈服强度；第三阶段 bc 段为强化阶段，钢筋应变增长比应力增长速度快，c 点钢筋应力达到最大值，为钢筋的极限抗拉强度；第四阶段 cd 为颈缩阶段，钢筋截面开始变细，直至被拉断。4、钢筋的强度指标有哪些？答：屈服强度和极限强度。5、用于设计依据的钢筋强度答：（1）对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy作为强度设计依据。（2）对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据。抗震设计要求：抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值 fpu/fy1.256、钢筋的变形指标有哪些？答：延伸率和冷弯性能，这两个指标反映了钢筋的塑形指标和变形性能。7、钢筋的屈服强度概念答：屈服强度又称为屈

4、服极限，是材料屈服的临界应力值。抗震要求规定：钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于 1.3。（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变曲线的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为 0.2%的永久变形）时的应力。8、钢筋的极限强度答：钢筋在外力作用下发生破坏时出现的最大应力。9、延伸率概念答：钢筋的延伸率是指钢筋试件上标距为 10d 或 5d（d 为钢筋试件直径）范围内的极限伸长率，记为10或5。钢筋的延伸率越大，钢筋的变形性能越好。钢筋的延伸率只能反映钢筋拉断时的残余变形能力，并且包含了颈缩区局部変形，不同测量标距

5、有误差。10、均匀延伸率gt均匀伸长率：钢筋达到最大应力下总伸长率，反应钢筋弹性变形和塑性变形两部分，又称总延伸率。抗震设计要求：钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于 9%11、钢筋的冷弯性能答：钢筋的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时抵抗塑性变形能力的一项指标。钢材的冷弯性是在常温下将钢筋绕某个直径 D（D 规定为 1d，2d，3d）等的钢辊弯曲一定的角度（90或 180），弯曲后的钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。钢材的冷弯性能不但是检验钢材适应冷加工能力和显示钢材内部缺陷（如分层、非金属夹渣等）状况的一项指标；而且是由于冷弯时试件中部受弯部位受到冲击挤压以及弯曲和剪切的复杂作

6、用，因此也是考察钢材在复杂应力状态下发展塑性变形能力的一项标志。12、软钢答：低碳钢中的一类，含碳量较低，硬度稍小，有明显流幅的钢筋，变形性能较好。13、硬钢答：含碳量较高，硬度较大但较脆，无明显流幅的钢筋，塑性变形能力不如热轧钢筋。14、热轧钢筋答：热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，由低碳钢和普通合金钢在高温状态下压制而成，主要用于钢筋混凝土和预应力混凝土结构的配筋，是土木工程中使用量最大的钢材品种之一。15、光圆钢筋答：经热轧成型并自然冷却，横截面通常为圆形且表面光滑的钢筋。16、变形钢筋答：是指表面带肋的钢筋，通常带有 2 道纵肋和沿长度方向均匀分布的橫肋，橫肋的外形为螺旋形，人

7、字形，月牙形 3 种，表面变形主要为了增加钢筋与混凝土之间的粘结力。17、钢筋的疲劳强度钢筋的疲劳破坏强度是指在某一规定应力变化幅度范围内，经受一定次数循环荷载后，才发生破坏的最大应力值。18、钢筋的可焊性钢筋在施工过程中具有良好的焊接性能，在焊接后不能产生裂纹和过大的变形，以保证焊接接头性能良好。19、钢筋的耐久性钢筋在可能引起性能劣化的各种环境作用下，能够长期维持其应有强度和变形性能的能力。20、钢筋的冷拉以节约钢材，提高钢筋屈服强度为目的，以超过屈服强度而又小于极限强度的拉应力拉伸钢筋，使其其抗拉强度提高的做法叫钢筋的冷拉，但是钢筋塑性变形能力降低，而且不能提高钢筋的抗压强度，因此冷拉钢

8、筋不用做受压钢筋。21、钢筋的冷拔冷拔是使直径 68mm 的 HPB300 钢筋强力通过特制的钨合金拔丝模具，是钢筋产生塑性变形，以提纲钢筋的抗拉和抗压强度。22、屈服台阶屈服台阶：在软钢的拉伸曲线上超过比例极限后，应力基本不变，应变持续增长，形成水平线段或曲折线段，称屈服台阶和流幅。23、钢筋的屈服强度标准值钢筋具有不小于 95%保证率的屈服强度，一般以钢筋出厂的废品率限值（97.75%）来确定。24、钢筋的屈强比屈强比：钢材的屈服强度与极限抗拉强度的比值，屈强比代表了钢筋的强度储备，越低强度储备越大，但材料强度利用率低，高则表示材料的强度储备小，所以钢筋应具有适当的屈强比。25、混凝土强度

9、的影响因素（1）混凝土强度的物性影响因素：1.水泥强度与水灰比，强度越高，水灰比越低，混凝土强度越高。2.骨料的影响 3.外加剂和参合剂 4.养护温度和湿度，温度高湿度大利于强度的增长。5.龄期：在正常养护条件下，混凝土随龄期增长而增长。（2）受力角度：1.加荷速度，加荷速度越快，混凝土的强度越高；2.侧向约束条件，侧向约束压力越大，混凝土强度越高。26、混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度是指标用标准制作方式制成的 150150mm 的立方体试块，在 28天龄期，用标准试验方法测得具有 95保证率的抗压强度，但要注意，由于环箍效应影响，立方体抗压强度不能反映混凝土的真实受压情况，它是衡量

10、混凝土强度的标准，是混凝土各种力学指标的代表值。27、混凝土轴心抗压强度消除端部约束的影响，采用 h/b2 的棱柱体作为标准试件，用标准试验方法测得具有95保证率的抗压强度。28、混凝土的破坏机理混凝土的破坏是由于内部开裂的裂缝逐渐发展的结果。混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。29、约束混凝土利用外部侧向约束改善自身原有的力学特性特性，提高混凝土抗压强度及变形性能的混凝土，例如局部受压混凝土、钢管混凝土、螺旋箍筋柱等。30、混凝土三向受压强度变化规律三向

11、受压，混凝土强度提高。侧向压力增大时，轴心抗压强度也相应增大，三向受压混凝土不仅强调提高，变形性能也有显著改善，这一点在工程上应用广泛。31、混凝土双向受压强度变化规律双向受压，混凝土强度提高。因为一个方向的压应力会对另一方向压应力引起的侧向变形起到了一定程度的约束作用，限制了试件内混凝土微裂缝的扩展。32、混凝土双向受拉强度变化规律双向受拉，抗拉强度基本不变。33、混凝土一向受压，一向受拉强度变化规律一向受压，一向受拉，抗压强度显著降低。34、正应力和剪应力作用下的复合强度变化规律随着抗拉强度绝对值的增加，混凝土的抗剪强度降低，随着抗压强度绝对值的增加，混凝土的抗剪强度先增大，后减小。35、

12、混凝土的强度等级确定方法混凝土结构设计规范规定，混凝土的强度等级根据立方体抗压强度标准值确定，用标准制作方式制成的 150150mm 的立方体试块，在 28 天龄期，用标准试验方法测得，具有 95保证率的抗压强度。36、混凝土的收缩概念：混凝土在空气中结硬过程中体积减小的现象称为收缩。性质：收缩有自由收缩和约束收缩之分，不受支座和内部钢筋约束的为自由收缩，反之为约束收缩，约束分为来自于支座的外部约束和来自于内部钢筋的约束。影响收缩的因素：混凝土的组成、配比、干燥失水都会影响收缩的大小，水灰比越大，水泥用量越多、外界温度越高，水分散失越多，收缩就越大。收缩对结构的影响：自由收缩一般不会引起拉应力

13、，混凝土不会开裂，约束收缩使结构产生收缩应力甚至开裂、使裂缝过大，对预应力混凝土会造成预应力损失。37、混凝土的徐变概念：混凝土在不变荷载作用下，变形随时间而不断增长的现象，称为徐变，徐变属于荷载作用下的变形，这种性能对结构构件的变形、承载能力以及预应力钢筋中的应力将产生重要影响。徐变性质：初应力c小于等于 0.5fc时，徐变增长与初应力增长呈正比，称为线性徐变，初应力c在 0.5fc到 0.8fc之间时，徐变与初应力呈正比徐变的增长大于初应力的增长，但徐变是收敛的，初应力c大于 0.8fc时，徐变是非收敛的，会导致结构变形持续增加最终导致构件破坏。影响徐变的因素：a 混凝土材料组成，混凝土的

14、组成成分中，水灰比越大，徐变越大，骨料越坚硬，徐变越小。b 使用环境的温湿度，外界温度越高，徐变越大，湿度越大，徐变越小。c 初应力大小，初应力越大，徐变越大。徐变对结构的影响：徐变对结构的影响有两方面：不利的影响包括使构件的变形增加；在截面中引起应力重分布；在预应力混凝土结构中引起预应力损失。有利的影响包括：受拉徐变可以延缓裂缝出现；超静定结构中的徐变可以减少结构中的内力。38、混凝土的膨胀混凝土在水中结硬时体积会膨胀。39、轴心受压构件应力重分布徐变是混凝土在荷载长期作用下的重要变形性能。徐变会使钢筋与混凝土间产生应力重分布，使混凝土应力减小，钢筋应力增大。40、混凝土在单调短期荷载作用下

15、的变形性能（1）混凝土轴心受压时的应力应变曲线混凝土轴心受压测得的应力应变曲线分为四个阶段，开始加荷时，混凝土处于弹性段，应力应变满足胡克定律，在 0.3fc时，混凝土内部为裂缝开始扩展，但仍处于裂缝稳定发展阶段，应力应变关系开始偏离值线,此时停止加荷，裂缝不会继续发展，在 0.8fc时，应变增长明显变快，此时混凝土处于裂缝不稳定发展阶段，即使不继续加载，裂缝也会持续发展而导致构件破坏。达到最大应力 fc后，裂缝逐渐发展形成破坏面，发展到构件表面，混凝土处于破坏阶段，最终由于骨料之间的咬合力，破坏时还有一定的残余应力。（2）混凝土轴心受拉时的应力应变曲线混凝土受拉时的应力应变关系跟受压时类似，

16、当拉应力小于等于 0.5ft时，应力应变关系接近于直线，0.8tf当时，明显偏离直线。41、混凝土的原点弹性模量概念及确定方法概念：混凝土应力-应变曲线在原点处切线的斜率作为混凝土的初始弹性模量，简称弹性模量，即el0ctgE)N/nm(7.342.2102kcu,5cfE（中国建筑科学研究院所得经验公式）。确定方法：由于混凝土在一次加载下的初始弹性模量不易准确测定，通常借助多次重复加载卸载后的应力-应变曲线的斜率来确定cE。我国有关规范规定用下述方法测定混凝土弹性模量cE：将棱柱体试件加载到=0.4fc，重复加载卸载各 5 次后，应力-应变曲线基本上趋于直线，将应力应变曲线上 0.4fc 与

17、 0.5N/mm2的应力差t与相应的应变差t的比值作为弹性模量，即ttEc42、混凝土的变形模量采用原点与应力应变上任意点连线（即割线）的斜率作为混凝土的变形模量，即割线模量，记为cE，即cctgE1c43、弹性系数割线模量随混凝土应力增大而减小，是一种平均意义上的模量。若设=ce（e为弹性应变），由图可得ccecEE，则cE=cceE=cE，式中为弹性系数，它随应力增大而减小。当=0.5cf（上标 s）时，得平均值为 0.85；当=0.8cf（上标 s）时，值约为 0.40.7。混凝土强度越高，值越大，弹性特征较为明显。44、混凝土的切线模量当应力较大时，混凝土进入弹塑性阶段，弹性模量已不能

18、正确反映此阶段的变形性能。比较精确的方法是采用切线模量，即在应力-应变曲线上某点处作切线，切线与横坐标轴夹角的斜率即为该点的切线模量，记为tE，其表达式为ddtgEt45、混凝土的强度标准值混凝土各种强度标准值为具有 95%保证率的强度值。46、粘结概念：粘结是钢筋与外围混凝土之间的一种复杂的相互作用，借助这种作用来传递两者间的应力，协调变形，保证共同工作。47、粘结力的组成：（1）混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力。（2）钢筋与混凝土接触面间的摩擦力。（3）钢筋表面粗糙不平的机械咬合力。48、粘结应力粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间沿钢筋纵向的剪应力。粘结应力是保证钢筋与混凝土共同变

19、形的基本前提，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递。49、粘结强度粘结强度是指粘结破坏，即钢筋拔出或混凝土劈裂时，钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力。50、粘结机理（1）光圆钢筋光圆钢筋的粘结强度，在钢筋产生滑移前主要取决于化学胶着力，发生滑移后，机械咬合力较小，主要由摩擦力提供，所以锈蚀的钢筋测得的粘结强度要高于无锈钢筋。（2）变形钢筋变形钢筋的外形决定了机械咬合力的大小，对粘结强度的影响很大。混凝土保护层厚度和钢筋直径较小时，将发生纵向劈裂粘结破坏，保护层厚度和钢筋间距较大时，则发生钢筋被拔出的刮犁式破坏，这时测的是粘结强度的上限。51、锚固长度（1）基本锚固长度当锚固长度增加达到一定值，

20、钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时恰好未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度 lab，公式为dffltyab，其中为钢筋的外形系数，可以查混凝土结构设计规范GB5010-2010。（2）最小锚固长度基本锚固长度根据具体构件的具体情况，再进行相应的修正，就是钢筋的最小锚固长度，公式为abaall，a为修正系数。52、粘结破坏类别粘结破坏分为劈裂式破坏和剪切破坏（刮犁式破坏），当混凝土保护层较薄，没有侧向约束钢筋或钢筋净距较小时，发生劈裂破坏，刮犁式破坏是粘结强度的上限。53、影响粘结强度的因素（1）混凝土强度粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，与抗拉强度 ft成正比。（2）保护层厚

21、度和钢筋净间距 相对保护层厚度 c/d 越大，粘结强度越高。钢筋净距 s与钢筋直径 d 的比值 s/d 越大，粘结强度也越高。（3）横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。（4）钢筋表面和外形特征：光面钢筋粘结强度低月牙肋和螺纹肋变形钢筋粘结强度高此外，当钢筋表面为防止锈蚀涂环氧树脂时，钢筋表面较为光滑，粘结强度也将有所降低。（5）受力情况：在锚固范围内存在侧压力可提高粘结强度剪力产生的斜裂缝则会使锚固钢筋受到销栓作用而降低粘结强度受压钢筋由于直径增大会增加对混凝土的挤压，从而使摩擦作用增加受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎，导致咬合作用降低54、钢筋的锚

22、固长度修正abaall（1）当带肋钢筋的直径大于 25mm 时，修正系数为 1.1。（2）环氧树脂涂层带肋钢筋，修正系数为 1.25。（3）当混凝土保护层厚度大于等于钢筋直径 3 倍时，其锚固长度可乘上修正系数 0.8。（4）当月牙肋钢筋末端采用图示机械锚固措施时，锚固长度可乘以机械锚固修正系数0.6。（5）受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的 0.7 倍。（6）当锚固钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时（如滑模施工），锚固长度应乘以施工扰动系数 1.1；（7）除构造需要的锚固长度外，当受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，锚固长度可乘以设计计算面积与实际配筋面积比值配筋余量修正系数，承受动力荷载和按抗震设计的结构，不考虑配筋余量修正系数。55、钢筋的搭接长度受拉钢筋绑扎搭接接头计算公式：ll=llal纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，在任何情况下不小于 300mm。56、钢筋的最小锚固长度当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时恰好未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为最小锚固长度 la。