第一章钢筋的物理力学性能教材
混凝土结构设计原理-材料及性能教材
9
钢筋混凝土结构的优点 钢筋混凝土结构的缺点
10
§1-2 混凝土
混凝土的性质： 非匀质、各向异性、离散性、抗压强度高的 弹塑性材料。 其破坏是由于内部微裂缝引起的。
11
microcracks
hydrated cores
C-S-H
C-S-H
Capillary pore
=28d
F A
4000 300 200
A a) B
A－A
200 210
300
4000
B
316
b)
B－B
5
素砼梁 极限荷载 P=8kN 梁的开裂即等于破坏：
由砼抗拉强度控制，
Mu = Mcr
极限弯矩 开裂弯矩
破坏性质：脆性
6
钢筋混凝土梁的表现 开裂不等于破坏！受拉钢筋替代。极限荷载P=36kN
Mu >>13
混凝土强度等级：
常用等级：C15，C20， C25，C30， C35， C40，
C45，C55， C60，C65 ，C70， C75， C80
一般将C50以下称为普通砼，C50及以上称为高强砼
14
混凝土立方体抗压强度与试验方法有着密切的关系。
图1-3 立方体抗压强度试件
深刻理解混凝土在一次单调加载作用下受压应力-应变曲线。
了解普通热轧钢筋的强度和变形，掌握普通热轧钢筋的强度级别和品 种。
理解钢筋与混凝土之间的粘结性能及其机理。
3
1.1 钢筋混凝土结构的基本概念
4
例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截 面尺寸200×300mm，混凝土为C20。如图所示：
1 0.5 2
第1章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
第一篇钢筋混凝土结构第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。
混凝土（砼）是一种人造石料，其抗压能力很高，而抗拉能力很弱。
采用素混凝土制成的构件（指无筋或不配置受力钢筋的混凝土构件），例如素混凝土梁，当它承受竖向荷载作用时[图1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到弯矩作用，截面中和轴以上受压，以下受拉。
当荷载达到某一数值F c时，梁截面的受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，即出现竖向弯曲裂缝，这时，裂缝处截面的受拉区混凝土退出工作，该截面处受压高度减小，即使荷载不增加，竖向弯曲裂缝也会急速向上发展，导致梁骤然断裂[图1-1b）]。
这种破坏是很突然的。
也就是说，当荷载达到F c的瞬间，梁立即发生破坏。
F c为素混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为素混凝土梁的抗裂荷载，也是素混凝土梁的破坏荷载。
由此可见，素混凝土梁的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。
在制造混凝土梁时，倘若在梁的受拉区配置适量的纵向受力钢筋，就构成钢筋混凝土梁。
试验表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的钢筋混凝土梁承受竖向荷载作用时，荷载略大于F c时的受拉区混凝土仍会出现裂缝。
在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将可承担几乎全部的拉力。
这时，钢筋混凝土梁不会像素混凝土梁那样立即裂断，而能继续承受荷载作用[图1-1c）]，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。
因此，混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度都能得到充分的利用，钢筋混凝土梁的承载能力可较素混凝土梁提高很多。
图1－1 素混凝土梁和钢筋混凝土梁a)受竖向力作用的混凝土梁b)素混凝土梁的断裂c)钢筋混凝土梁的开裂混凝土的抗压强度高，常用于受压构件。
若在构件中配置钢筋来构成钢筋混凝土受压构件，试验表明，和素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善（图1-2）。
第一章钢筋和混凝土的力学性能
填空题1、 钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类： 有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为软钢和 硬钢。
2、钢筋按其外形可分为 光面钢筋和变形钢筋两大类。
3、 对没有明显屈服点的钢筋，通常取相应于残余应变为 0.2%时 的应力为名义屈服点，称为条件屈服强度。
4、 我国目前常用的钢筋用碳素结构钢及普通低合金钢制造。
碳素 结构钢可分为 低碳钢、中碳钢和高碳钢。
随着含碳量的增加，钢 筋的强度提高、塑性降低。
在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬 等合金元素，使之成为合金钢。
5、 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要在以下方面： 强度、塑 9、 用边长为100mm 和200mm 混凝土立方体试件所得到的抗压强 度值要分别乘以0.95和1.05才能换算为标准立方体抗压强度。
10、 当混凝土双向受压时其强度 增大，当一拉一压时其强度 减小 性、焊接性、耐火性和粘结性能C6、 对钢筋混凝土轴心受压构件,增大，混凝土的压应力 减小。
7、 对钢筋混凝土轴心受压构件,增大，混凝土的压应力 减小。
8 对钢筋混凝土轴心受拉构件,由于混凝土收缩，钢筋的压应力 由于混凝土徐变，钢筋的压应力 由于混凝土收缩，钢筋的拉应力11、有明显屈服点的钢筋的典型拉伸应力--应变曲线大致可分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段四个阶段二、判断题1、混凝土立方体试块的尺寸越大，强度越高。
（X）2、混凝土在三向压力作用下的强度可以提高。
（“）3、钢筋受压时的屈服强度与受拉时基本相同。
（“）4、钢筋经冷拉后，强度和塑性均可提高。
（X）5、冷拉钢筋不宜用作受压钢筋。
（“）6、C20 表示f C u=20N/mm2。
（X）7、混凝土抗拉强度随着混凝土强度等级提高而增大。
（“）8 混凝土受拉时的弹性模量与受压时相同。
（“）9、混凝土强度等级愈高，胶结力也愈大。
（“）10、混凝土收缩、徐变与时间有关，且互相影响。
（“）11、规范中混凝土各种强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。
《混凝土结构设计原理》课程复习要点
混凝土结构设计原理复习要点第一章钢筋与混凝土材料物理力学性能1 .钢筋的种类、级别及其主要的力学性能记识：(1)钢筋的种类、级别；(2)有明显屈服点钢筋的应力应变曲线；没有明显屈服点钢筋的应力应变曲线；(3)钢筋设计强度的取值依据，没有明显屈服点钢筋的条件屈服强度；(4)冷加工钢筋的性能；(5)混凝土结构对钢筋性能的要求；(6)有明显屈服点钢筋4=G M(I-2.05),没有明显屈服点钢筋九=b∕”"(1-2.()b),保证率为97.73%02 .混凝土的强度及变形记识：(1)混凝土立方体抗压强度的标准试验方法，混凝土强度等级，轴心抗压强度和轴心抗拉强度。
普通混凝土：∕cw-0.76f.Um，∕t7,,-0.88XO.76∕ru,,,=0.67f eum；《混凝土结构设计规范》：心二0.88印2人成，保证率为95虬0∙88是实际构件与实验室条件下试件的差异系数，匕=0.76是轴心抗压强度与立方体抗压强度的系数，的高强混凝土脆性折减系数。
普通混凝土：加=0∙395£鬻，(九二0.26,∕cm=0.88X0.26∕c^=0.23∕c^)o《混凝土结构设计规范》：力广0.88月X0∙395/裁5(「I.645b)0R保证率为95机(2)复合应力状态下混凝土强度产生变化的概念；(3)单轴受压时混凝土的应力应变曲线(右、英.)；(4)混凝土弹性模量的定义；(5)混凝土徐变和收缩的定义及其对结构的影响。
领会：(1)从钢筋与混凝土的力学性能来理解钢筋混凝土是一种非弹性、非匀质的结构材料；(2)对单轴受压时混凝土的应力应变关系曲线有一定的认识和理解。
3 .钢筋与混凝土的粘结识记：(1)粘结的定义，光圆钢筋与变形钢筋粘结力的组成；(2)保证可靠粘结的主要构造措施。
第二章混凝土结构设计方法1 .作用效应S与结构抗力R识记：(1)作用效应S与结构抗力A,作用效应与结构抗力的不确定性；（2）直接作用（又称荷载）、间接作用、偶然作用。
混凝土结构设计原理
绪论钢筋与混凝土能共同工作的原因：（1）钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；（2）钢筋与混凝土具有相近的温度线膨胀系数（钢材为 1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏；（3）混凝土对钢筋具有一定的保护作用。
第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能1.立方体抗压强度fcu,k>轴心抗压强度fck>轴心抗拉强度ftk2.双向应力状态或三向应力状态：（1）双向压应力作用下，一向的抗压强度随另一向压应力的增加而增加;双向拉应力作用下，混凝土一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。
即双向受拉的混凝土强度与单向受强度基本一样：一向受拉一向受压时，无论是抗拉强度还是抗压强度都要降低。
（2）在三向受压状态中，由于侧向压应力的存在，混凝土受压后的侧向变形受到了约束，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而极限抗压强度和极限压缩应变均有显著的提高，并显示了较大的塑性。
2.混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。
3.徐变的影响因素（1）内在因素是混凝土的组成和配比。
骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。
水灰比越小，徐变也越小。
构件尺寸越大，徐变越小。
（2）环境影响包括养护和使用条件。
受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。
采用蒸汽养护可使徐变减少（20~35）%。
受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。
4.收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。
5.钢筋按力学性能分为：一类是具有明显的物理屈服点的钢筋（软钢）另一种是无明显的物理屈服点的钢筋（硬钢）。
6.混凝土结构对钢筋性能的要求：○1强度：钢筋应具有可靠的屈服强度和极限强度，钢筋的强度越高，钢材的用量越少。
结构设计原理教材
结构设计原理第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1、钢筋混凝土结构的概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。
2、钢筋混凝土结构的优缺点①较好的耐久性，刚度大，变形小；②既可以整体现浇也可以预制装配，并且可根据需要浇制成各种形状与尺寸；③就地取材，降低建筑成本。
3、混凝土的强度⑴混凝土立方体抗压强度以每边边长为150mm的立方体标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MP a为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f cu表示。
⑵混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）以150mm×150mm×300mm的标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的棱柱体试件抗压强度值（以MP a为单位）作为混凝土的轴心抗压强度，用符号f c表示。
⑶混凝土抗拉强度通过劈裂试验得到，比抗压强度低得多，用符号f t表示。
4、一次单调加载试验测试的混凝土应力—应变曲线p13三个特征值：最大应力值f c及相应的应变值 co以及D点的应变值5、有明显流幅的钢筋应力—应变曲线p216、粘结机理①光圆钢筋与混凝土之间的粘结力主要由摩擦力和咬合力提供；②带肋钢筋与混凝土之间的粘结力主要由钢筋表面凸起的肋纹与混凝土的机械咬合作用。
第二章结构按极限状态法设计计算的原则1、结构的可靠度与可靠性结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。
（安全性、适用性、耐久性）结构可靠度是结构可靠性的度量，指在规定的时间内，在规定的条件下，完成预期功能要求的概率。
2、设计使用年限设计使用年限是设计规定的结构或结构构件不需要大修即可按预定目的使用的年限。
3、结构的极限状态⑴承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。
高等钢筋混凝土结构讲义-1.钢筋的物理力学性能
f0.2 =（0.8~0.9）fb
热轧钢筋有明显流幅称为软钢以屈服强度作为设计依据消除应力钢丝钢绞线精轧螺纹钢无明显流幅称为硬钢热处理钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋钢筋的分类hrb40020mnsiv20mnsinb20mnti级带肋kl400k20mnsi新iii级变形注钢筋名称前面的数字表示平均含碳量万分之数按钢材含碳量多少分为低碳钢含碳量25中碳钢2660高碳钢60土建结构用钢低中碳钢r235q235i级光圆hrb33520mnsi级iiiii热轧钢筋直径大于6mm000000000000热轧钢筋的符号说明生产工艺hotrolled表面形状plain钢筋barhpb235屈服强度hotrolledribbedbarhrb335桥梁工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数12种类r235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fsd195280330330fsd195280330330热轧钢筋r建筑工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数11种类hpb235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fyfy210300360360热轧钢筋210300360360r?钢筋的se曲线l0ppa00pas0lle钢筋的力学性能p点所对应的应力为比例极限而e点所对应的应力为弹性极限
固溶体
按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体 可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。
间隙固溶体
置换固溶体
固溶体的性能 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原 子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于 原纯金属。
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。 随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率 升高，导电性逐渐下降等。 这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固 溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时， 可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。
钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 3 硬钢的应力—应变曲线
石家庄铁路职业技术学院
d ——极限抗拉强度 e ——极限应变
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋
的强度限值，通常称为条件屈服强度。
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 4 钢筋的应力—应变简化模型
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的屈服强度
种类
钢绞线
1×3 1×7
消除应力钢丝 热处理钢筋
光面螺旋肋
刻痕 40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
石家庄铁路职业技术学院
符号
φS
φP φH φI
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570
fpy
f'py
1320
1220 390
1110
1320 390
1220
1250
1180 410
1110
1110 410
φHT
1470 1040 400
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 2 软钢的应力—应变曲线
石家强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
影响因素：
尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。
端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 立方体抗压强度
石家庄铁路职业技术学院
《结构设计原理》课程教学大纲
土木工程专业（交通土建方向）。 【教学目标】
通过本课程的教学，使学生掌握在桥梁及道路工程中常用的基本构件，例如钢筋混凝土， 预应力混凝土等构件设计的基本原理，为以后学习桥梁工程和其它道路构造物的设计计算奠 定理论基础。 【先修课程要求】
材料力学、土木工程材料。 【能力培养要求】
488
第六章 钢筋混凝土受弯构件持久状况正常使用极限状态设计与短暂状况构件的应力验算 【教学目的和要求】
了解混凝土裂缝出现的原因，掌握裂缝宽度计算和挠度计算，掌握应力验算。 【内容提要】
第一节 持久状况正常使用极限状态验算；第二节 短暂状况构件的应力验算 【教学重点与难点问题】
教学重点：最大裂缝宽度计算，构件等代刚度计算，应力验算。 教学难点：构件等代刚度。 【自主学习的任务与检查方式】 参考算例，自主完成裂缝宽度、挠度、应力计算。检查方式为课堂考核。
第一节 极限状态与极限状态方程；第二节 公路桥涵上的作用、作用标准值和作用效应； 第三节 承载能力极限状态设计原则；第四节 正常使用极限状态设计原则；第五节 混凝土 结构的耐久性设计。 【教学重点与难点问题】
教学重点：永久作用，可变作用，极限状态方程，作用效应组合。 教学难点：结构的可靠性、可靠度，极限状态方程。 【自主学习的任务与检查方式】 查阅有关公路桥涵规范和规程，对公路桥涵涉及的国家标准和规范有初步的了解和认 识。检查方式为对学生在课上提问。
第四章 钢筋混凝土受弯构件持久状况承载能力极限状态设计——正截面承载力计算 【教学目的和要求】
掌握钢筋混凝土梁的破坏形态，工作阶段，掌握单筋矩形截面正截面抗弯计算，熟悉双 筋矩形截面、T 型截面抗弯承载力计算。 【内容提要】
第一节 正截面承载力计算的基本原则；第二节 单筋矩形截面抗弯承载力计算；第三节 双筋矩形截面抗弯承载力计算；第四节 T 型截面抗弯承载力计算。 【教学重点与难点问题】
钢筋混凝土结构的基本概念及其的力学性能
50
2
0 5 10 15 20 25
1 (‰)
第二十五页，共74页。
工程应用——钢管混凝土、密配螺旋箍筋
• 工程(gōngchéng)应用——钢管砼、 密配螺旋箍筋
纵向(zònɡ xiànɡ)钢筋
螺旋(luóxuán)
箍筋
第二十六页，共74页。
二、混凝土的变形(biàn xíng) 1、混凝土变形(biàn xíng)性能的特点
2 2c1 1.5 fc
1 / fc
0.1 1.2 1.0
0.8 0.6 0.4 0.20 0.2
1
0.4
2 / fc
2
2
0.6 0.8
1
1.0
1.2
➢（第三象限） ➢1, 2 (拉－压) 混
凝土强度降低 ➢（第二、四象限） ➢1, 2 (拉－拉) 混
max1 1.27 fc 1 0.5 fc
• 影响因素——加载方式、荷载作用时间、温度、湿
度、试验的尺寸(chǐ cun)、形状、 混凝土强度载(hèzài)作用而产生的受力变形：长期荷载作用下的变形
重复荷载作用下的变形
体积变形：包括温度变形和收缩变形
第二十七页，共74页。
2. 混凝土在单调、短期加载作用下的变形(biàn xíng)性能
F
200
A
300
A 4000
a)
B
A－A
200
210
300
4000 B
b)
第六页，共74页。
316
B－B
试验(shìyàn)结果： a）图中，素砼梁极限荷载(hèzài) P=8kN，由砼抗拉 强度控制，破坏形态：脆性破坏
b）图中，钢筋砼梁极限荷载 P=36kN，由钢筋受拉、 砼受压而破坏(pòhuài)，破坏(pòhuài)形态：延性破坏 (pòhuài)（配筋适量）
钢筋的物理力学性能
4）钢筋保护层厚度
5）横向钢筋的作用
6）支座的影响，横向压力的作用
7）与浇注位置有关
精选课件
12
钢筋的锚固与搭接
1、保证粘结的措施：
❖ 最小搭接长度与锚固长度；
❖ 最小间距与保护层厚度；
❖ 搭接接头范围内箍筋要加密；
❖ 钢筋端部要加弯钩;
❖ 分层浇注。
2、基本锚固长度
机械锚固可以减少锚固长度（0.7)
1、钢筋的品种与级别
❖ 按化学成分分：碳素钢与普通低合金钢
碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢
普通低合金钢：锰系、硅钒系、硅钛系、
硅锰系、硅铬系
❖ 含碳量与钢材性能的关系、加合金元素的作用
❖ 热轧钢筋与消除应力钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋等
热轧钢筋：HPB235-(H)RRB400等，有明
显的屈服点。
消除应力钢丝等无明显的屈服点。
❖ 钢筋的冷加工：冷拉、冷拔
冷拉冷拔对钢材性能的改变及其作用
冷拉与冷拔的区别
❖ 劲性钢筋
精选课件
1
型钢混精凝选课土件骨架
2
变形钢 筋的各 种形式
商品钢筋 月牙钢筋截面
冷扎扭
精选课件
冷拔 螺旋
3
2、钢筋的强度与变形
精选课件
4
主要知识点：
流幅的概念、流幅与变形性能； 屈服强度与极限强度、钢筋的强化； 无明显屈服点、名义（条件）屈服点； 衡量钢筋力学性能的指标：强度与变形； 变形性能的指标：伸长率与冷弯性能
伸长率与冷弯性能3钢筋的应力应变关系二折线无明显屈服点理想模型有明显屈服点三折线有明显屈服点4钢筋的疲劳疲劳强度与影响因素5混凝土对钢筋性能的要求钢筋的强度钢筋的塑性钢筋的塑性钢筋的可焊性钢筋的耐火性钢筋与混凝土的粘结力混凝土与钢筋的粘结1粘结的意义粘结是混凝土与钢筋共同工作的基础
混凝土汇总
3.作为偶然事件发生时结构的安全储备；
4.结构构件破坏之前有明显预兆。
（三）延性的表达方式
以“力—变形关系”综合反映延性。 （1）单调荷载：力—变形曲线 （2）反复交变荷载：滞回环及其骨架曲线 1.延性系数
★ 混凝土的收缩
收缩是混凝土在不受力情况下，因体 积变化而产生的变形，与荷载无关。
混凝土收缩的种类：
1)化学减缩 2)塑性收缩 3)温度收缩 4)干燥收缩 5)自生收缩 6)碳化收缩
第三章 钢筋混凝土构件的承载力
★ 压弯构件正截面承载力计算 ★ 压弯构件斜截面抗剪承载力
一、压弯构件正截面承载力计算（一般理论） （一）基本假定
1. 原始微裂缝阶段：加载前，由于水泥浆硬化干 缩、水分蒸发等原因，在混凝土内部形成主要 分布于较大粗骨料与砂浆界面上的原始微裂缝 （粘结裂缝）。
2. 稳定裂缝产生阶段：单轴压应力不超过比例极 限，原始裂缝扩展并产生新的粘结裂缝，但裂 缝处于相对独立的发展阶段，应力—应变关系 基本为弹性。
3. 稳定裂缝扩展阶段：继续加载，但不超过临界 应力，粘结裂缝向砂浆内延伸，并在砂浆内产 生新裂缝，应力—应变关系明显非线性；若停 止加载，裂缝扩展停止。
结构可靠性：结构在设计使用年限内，在 正常的设计、施工、使用和维修条件下，完成 预定功能的能力。以结构可靠度来度量。
结构可靠度即结构安全可靠的概率。
2.比、位移延 性比
“屈服”： A.截面屈服：控制截面上的主筋达到屈服应变 B.构件屈服：
a）以力—变形曲线上出现明显拐点作为标志， 拐点即屈服点；
b）采用能量法确定构件屈服点。
C.结构屈服： a）以力—变形曲线上的拐点为屈服点； b）屈服位移取第一次屈服发生时的位移； c）假设结构为理想弹性体系； d）假设结构为理想弹塑性体系，其能量吸收与
一 钢筋的物理力学性能讲解
一钢筋的物理力学性能钢筋混凝土及预应力混凝土结构中，所用钢筋的物理力学性能主要是在静力、反复和重复荷载下的强度和弹塑性变形性能，弹塑性性能一般用延伸率和冷弯性能来表示。
目前的发展趋向是尽量采用高强度的钢筋，以减轻结构的重量。
如：美国钢筋混凝土规范允许采用屈f)为56kg／mm2作为钢筋混凝土结构中钢筋的设计强度。
预应力混凝土结构中，服强度(y采用热处理钢筋以及碳素钢丝，钢绞线的强度分别达到160kg／mm2和180kg／mrn2。
提高钢筋强度的同时，要注意钢筋的塑性性能，避免钢筋脆断。
预应力混凝土中的应力松弛、应力腐蚀等问题受广泛重视。
国内外学者对钢筋的延性、承受反复作用力和重复荷载下的疲劳性能也进行了研究。
此外，温度，特别是低温对钢筋的物理力学性能的影响，我国也进行了一定的研究。
1.1 钢筋的类型和应力应变曲线1 钢筋的类型混凝土及预应力混凝土结构中采用的钢筋有碳素钢和低合金钢。
碳素钢分为低碳钢(含碳量少于0.25%)和高碳钢(含碳量在0.6％～1.4％)。
含有锰、硅、钒、钛等合金元素的低合金钢(含有少量合金元素)。
加入少量合金元素能显著地提高钢筋的综合性能和强度。
锰系的合金元素如16Mn，25MnSi等，硅钒系的低合金钢如15SiV，35Si2V等，硅钛系的低合金钢如16SiTi，35Si2Ti等，另外还有锰硅钒系的如45MnSiV，65MnSiV等。
国外多采用硅-锰系低合金钢，欧洲、美国、日本常加铬、钒，苏联则加入铌、钛、锆。
混凝土结构设计规范(GB50010-2002)选用的钢筋，是按照现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB13013、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB13014和《预应力混凝土用钢丝》GB/T5223选用。
热轧钢筋根据强度等级分为I至Ⅳ级如表1-1所示。
除I级钢筋(3号钢)为光面外。
其余均为螺纹钢筋。
采用月牙形变形钢筋。
钢丝除碳素钢丝、刻痕钢丝外，还有用低碳钢(0号、2号、3号、4号不等)的钢筋经数道冷拔成的冷拔低碳钢丝。
混凝土结构设计原理1--3章教案
《混凝土结构基本原理》1~3章教案第一章绪论内容的分析和总结本章主要讲述了混凝土结构的一般涵义，结构中配置钢筋的作用和要求以及钢筋混凝土结构的优缺点。
另外介绍了混凝土结构的发展和应用前景。
使学习者对混凝土结构有一个总体概念，并且阐述了本课程的特点和学习本课程应注意的问题。
学习的目的和要求1.学习目的通过对本章的学习，主要理解钢筋混凝土中配筋的作用和对配筋的基本要求，了解钢筋混凝土结构的优缺点，理解钢筋和混凝土共同工作的机理，了解混凝土结构的发展状况和学习本课程应该注意的问题。
2.学习要求(1)理解配筋的主要作用及对配筋的基本要求。
(2)了解结构或构件脆性破坏类型和延性破坏类型。
(3)了解钢筋混凝土结构的主要优缺点及其发展简况。
(4)掌握本课程的主要内容、任务和学习方法。
§1-1 混凝土的一般概念和特点一、混凝土结构的一般概念（P2图1－1）混凝土：水泥、砂、碎石制作的人造石材，简写为砼。
1．混凝土结构concrete structure，以混凝土为主制成的结构，包括：·素混凝土结构plain concrete structure，由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制作的结构。
·钢筋混凝土结构reinforced concrete structure，由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制作的结构。
·预应力混凝土结构prestressed concrete structure由配置预应力钢筋，再通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构。
2．钢筋混凝土结构reinforced concrete structure，·钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土按照一定方式结合而成的结构。
·混凝土的抗压强度高，抗拉强度却很低（f t≈f c/10），受拉时极易开裂。
·钢材的抗拉、抗压强度都很高。
·配筋的作用：不仅可以提高结构承载力，而且可以改善结构受力性能。
1RC结构材料的物理力学性能
应该指出，世界各国规范中用以确定混凝土强度等级的 试件形状和尺寸不尽相同，有采用立方体试件，也有采用圆 柱体试件。采用立方体强度划分混凝土强度等级的国家除中 国外，尚有德国(200mm立方体)、俄罗斯 (150mm立方体)和 英国(150mm立方体)等；采用圆柱体强度的有美国、日本等， CEB-FIP制订的《国际标准规范》亦采用圆柱体强度，试件 的尺寸为直径6 in(约为150mm)，高度12in(约为300mm)，其 标准强度称为特征强度。根据我国的试验资料，圆柱体强度 与150mm立方体强度之比为0.83~1.04，平均值为0.94；但过 去我国习惯于按与200mm立方体强度之比为0.85进行换算。 考虑到新旧规范立方体强度试件尺寸和取值保证率的不同， 圆柱体强度与《桥规》（JTG D62-2004）规定的边长为 150mm立方体强度之比，可近似地按0.85换算。
µ fc = µ Ω 0 µ
s fc
= 0 . 88 αµ
s f 150
假定构件混凝土柱体抗压强度的变异系数与立方体 抗压强度的变异系数相同，则构件混凝土柱体抗压强度 标准值为:
f ck = µ fc (1 − 1 . 645 δ = 0 . 88 αµ
s f 150Байду номын сангаас
fc
)
f 150
(1 − 1 . 645 δ
混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系
轴心抗拉强度的平均值为 构件混凝土轴心抗拉强度的平均值为: 构件混凝土轴心抗拉强度的平均值为
µ ft = µ Ω 0 µ = 0.88 × 0.395( µ
s ft
s 0.55 f 150
)
构件混凝土轴心抗拉强度的标准值（保证率为 构件混凝土轴心抗拉强度的标准值（保证率为95%）为: 轴心抗拉强度的标准值 ）
钢筋的物理力学性能
1.2 钢筋的强度与变形 ◆ 有明显屈服点的钢筋
sfufy源自b aa’ c d
e
a´为比例极限
f oa为弹性阶段
b为屈服上限
c为屈服下限，即屈服强度 fy cd为屈服台阶 de为强化阶段
e e为极限抗拉强度 fu
ef为颈缩阶段
屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大 的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土 构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有 关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。
延伸率d5=25、16、14、10%，直径8~40。
钢丝，中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线 的为 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；钢丝的 直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、 三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。中高强钢丝和 钢绞线均用于预应力混凝土结构。
a点后：应力-应变关系为非线性， 有一定塑性变形，且没有明显的屈 服点
强度设计指标——条件屈服点
残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取s0.2 =0.85 fu
混凝土设计与施工
延 伸 率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性 性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。
d5
or
10
l
l0 l0
s
屈 强 比：反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。
弹性变形ee
e
残余变形er
◆无明显屈服点的钢筋
fu
s0.2
a
0.2%
a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性
第一章钢筋的物理力学性能
s=Ess
y
s fs,u fy
s=Ess
y
s,h s θ′
s,h s,u s
（3）双斜线模型
s fs,u
fy
θ′′
s=Ess
y
s,u
s
s Ess s y s fy (s y )tg tg fsu fy
环来表示，如图1-13，从原点0加载到A点的1/4循环 中，除产生弹性应变外，还产生塑性应变。则总应 变 为：
（1-14） 式中： ——塑性应变。
如果从A点卸载到C点，然后反向加载到B点， 之后卸载到D点，重新加拉伸载荷到A点，则形成 一个完整的滞后环。在一个循环中，应力变化为
，应变变化为 。 （1-15）
钢筋在屈服段经历了较大的塑性变形后，进入 强化段（H），应力再次稳步增大，直至极限强度 点B。此后，应变继续增大，而拉力明显减小，试
件的一处截面逐渐减小，出现颈缩现象。最终，试 件在颈缩段的中间拉断（F）。颈缩段应力—应变曲 线（BF）下降是按钢筋原截面积计算的结果，若将 拉力除以当时颈缩段的最小截面积，则得持续上升 段。拉断后试件的伸长变形除以试件原长称为极限 延伸率。
（1-6）
另一个修正公式（双曲线）为：
（1-7） 2、钢筋应力—应变曲线的数学描述 对于软钢，其应力—应变曲线有明显的屈服台 阶，通常其计算模型有以下几种： （1）理想弹塑性模型认为钢筋材料在屈服以前 为线弹性，一旦屈服则为理想塑性状态，应力不再 增加（图1-6），因此，其应力—应变关系为两个在 屈服点处相连的直线方程。一般结构破坏时钢筋的 应变尚未进入强化段，此模型适用。 （2）弹性—强化模型为二折线，屈服后的应力
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
—应变关系简化为很平缓的斜直线，可取 （图1-7），其优点是应力—应变关系在屈服后仍保
持唯一性。
（3）三折线（图1-8）或曲线的弹塑性强化模
型（图1-9）较为复杂些，但可以较准确地描述钢筋 的大变形性能。
简化曲线
钢筋应力―应变曲线的数学模型 （1）双直线模型（完全弹塑性 模型）
s Es s s fy s y y s sh
s=Ess
y
s,h
s,u s
钢筋应力―应变曲线的数学模型 （1）双直线模型（完全弹塑性 模型）
s Es s s fy s y y s sh
s fs,u fy θ′ fy s
s=Ess
y
s,h
s
（ 2）三折线模型（完全弹塑性 s y s Es s
y s sh 加硬化模型） s fy s f y ( s sh )tg
tg 0.01Es
sh s su
延伸率。
从工程应用的观点，将上、下屈服点合并为一
个屈服点，一般取为数值较稳定、且偏低的下屈服
点b（见图1-2的典型热轧钢筋拉伸曲线），相应的 应力值称为屈服强度。相应于破坏阶段d点的强度， 称为钢筋的抗拉强度，亦称钢筋的极限强度。
图1-2 典型热轧钢筋拉伸曲线
图1-3 晶粒变形弹塑性情况示意
钢筋的应力—应变现象可以用位错滑移理论得
高等钢筋混凝土 结构
周志祥 徐 岳 王有志 主编 主审 主讲
第一章
钢筋的物理力学性能
钢筋的分类和应力—应变曲线
钢筋的锈蚀
钢筋的疲劳
钢筋的其他性能
第一节 钢筋的分类和应力—应变曲线
一、钢筋的分类
钢筋混凝土及预应力混凝土构件中所用的钢筋 分为两类：普通钢筋和预应力钢筋。 普通钢筋系指钢筋混凝土构件中的钢筋和预应 力混凝土构件中的非预应力钢筋。它分为R235、
屈服点则相对稳定。
钢筋在屈服段经历了较大的塑性变形后，进入 强化段（H），应力再次稳步增大，直至极限强度 点B。此后，应变继续增大，而拉力明显减小，试
件的一处截面逐渐减小，出现颈缩现象。最终，试
件在颈缩段的中间拉断（F）。颈缩段应力—应变曲 线（BF）下降是按钢筋原截面积计算的结果，若将 拉力除以当时颈缩段的最小截面积，则得持续上升 段。拉断后试件的伸长变形除以试件原长称为极限
强度比软钢大得多，但延
伸率（伸长率）却小得多，
一般呈脆性破坏。
三、钢筋应力—应变曲线的数学描述 1、钢筋应力—应变曲线的绘制
是由该材料制成的标准拉伸试件经拉伸试验得
出的。 事实上，钢筋试件在拉伸过程中其截面是不断 变化的，在出现塑性变形以后，这种变化带来的影 响更为显著。为反映这一现象，应力的计算不能再
笼统地用力与钢筋初始截面积之比来获得，而必须
采用真实应力这一概念，如下式所示：
（1-1）
在试件出现塑性变形以后，真实应变的计算可 按如下公式进行。
用试件的瞬时长度 来表示应变，则每一瞬时
的应变增量为： （1-2） 从 开始变形所累积的应变该是：
（1-3）
利用体积不变的原理有： （1-4）
式中下标“0”表示试件的原始状态，公式（13） 可写成： （1-5） 目前常用的修正公式是由伯瑞吉曼提出的，他
力—应变曲线上有无明显的屈服台阶，将钢材分成
两大类，分别称为软钢和硬钢。属软钢的有R235、 HRB335、HRB400和KL400四种钢筋，属于硬钢有 钢丝、钢绞线及高强度精轧螺纹钢筋。 1、软钢的基本力学性能
见图1-1，钢筋开始受力后，应力与应变成比例
增长，至比例极限（P点）为止。之后，应变比应力 增长稍快，应力—应变关系线微曲。但在弹性极限 （E点）前，试件卸载后，应变仍沿加载线返回原
点，无残余变形，故PE段为非线性弹性变形区。
超过弹性极限后应变增长加快，曲线斜率稍 减。到 达上屈服点后，应力迅速跌落，出现一个小 尖峰；继续增大应变，应力经过下屈服点后有少量 回升。此后，曲线进入屈服段，应力虽有上下波
动，但渐趋稳定，形成明显的台阶。 上屈服点取决
于试件的形状和加载 速度而在一定范围内变动，下
假设颈缩处试件外形轮廓在最小截面处是一个圆，
如图1-5所示，修正公式为：
（1-6）
另一个修正公式（双曲线）为：
（1-7） 2、钢筋应力—应变曲线的数学描述 对于软钢，其应力—应变曲线有明显的屈服台 阶，通常其计算模型有以下几种： （1）理想弹塑性模型认为钢筋材料在屈服以前 为线弹性，一旦屈服则为理想塑性状态，应力不再 增加（图1-6），因此，其应力—应变关系为两个在 屈服点处相连的直线方程。一般结构破坏时钢筋的 应变尚未进入强化段，此模型适用。 （2）弹性—强化模型为二折线，屈服后的应力
HRB335、HRB400和KL400四种。前者为光圆钢
筋，后三者为带肋钢筋。预应力混凝土构件中的箍 筋应选用其中的带肋钢筋。
普通钢筋的抗拉强度标准值，抗拉强度设计值 和抗压强度设计值见表1-1。
预应力钢筋的公称直径、抗拉强度标准值、抗
拉强度设计值和抗压强度设计值等见表1-2。
二、钢筋的基本力学性能及微观分析 习惯上根据钢筋抗拉强度标准值的大小或应
钢筋外形与尺寸 变形钢筋的作用—增加与混凝土的摩 擦力。 要求： 表面变形距离不得超过名义直径0.7倍 ；高度不得小于名义直径0.04-0.05倍；变 形部分至少要环绕名义周长的75%、与钢 筋轴线不小于45º。 名义尺寸： 每延米相同重量的光面钢筋尺寸。
2、硬钢的基本力学性能
硬钢通常没有明显的屈服台阶，为了便于应用 通常取残余变形ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.1%处应力作为弹性极限强度， 取残余变形的0.2%处的应力作为钢筋的条件屈服强 度（图1-4）。硬钢的抗拉
到解释。 钢是一种微细晶体的结合，并按一定规律排 列。在比例极限以内时，弹性变形主要取决于晶体 阵上原子间的相互作用力。在弹性变形阶段，主要
是金属内部原子间距离改变，如图1-3a为弹性拉伸
金属原子间距离改变示意图。
塑性变形就是金属晶体顺某些结晶面发生滑移
的结果，也就是说顺晶体的某个结晶面所施加的剪 应力超过了晶体临界切应力而产生滑移，如图1-3b 所示。