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》(GB 50010一2010)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M 2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500 MPa级或400 MPa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》(GB 500lo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。