关于钢筋混凝土的认识

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1 基本概念

1.1 何谓钢筋混凝土结构

由钢筋和混凝土材料浇筑而成的用来抵御自然界各种作用的空间骨架称为钢筋混凝土结构。

1.2 钢筋与混凝土怎样共同工作

1.2.1 钢筋与混凝接触面上存在有粘结强度，能够传递两者之间的相互作用力，共同受力；

1.2.2 两者温度线膨胀系数很接近；

1.2.3 混凝土可作为钢筋的保护层，防止钢筋的锈蚀，保证构件的耐久性。

2 混凝土结构材料的力学性能

2.1 钢筋

2.1.1 钢筋分类

（1）按化学成份

①碳素结构钢：碳素结构钢中碳含量及定义，低碳钢≤0.25%、中碳钢0.25%～0.6%、高碳钢0.6%～1.4%。

②普通低合金钢：加入少量的合金元素，以改善材料性能。

（2）按生产加工工艺钢筋分为

①热轧钢筋；②冷拉钢筋；③热处理钢筋；④钢丝。

（3）按外形钢筋分为

①光面钢筋。

②变形钢筋：有螺纹，人字形、月牙形纹。

（4）按物理性能钢筋分为：有、无明显物理屈服点两种。

2.1.2 钢筋力学性能

钢筋强度和变形指标

①对钢筋质量检验的四项指标

屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能是有明显物理屈服点钢筋进行检验的四项主要指标；对无明显物理屈服点的钢筋只测定后三项。

②钢筋的设计强度

钢筋的屈服强度是钢筋强度的设计依据，原因是构件可能在尚未进入强化阶段之前就已破坏或产生过大的变形和裂缝。

③屈强比

屈服强度与极限强度的比值称为屈强比。它表示结构可靠性的潜力。

④伸长率

反映钢筋塑性性能及变形能力的物理量。

⑤冷弯性能

在常温下将钢筋绕一定直径的辊轴进行弯曲，而不出现裂纹或断裂的现象，称为冷弯性能符合条件。

2.1.3 钢筋的冷加工

（1）冷拉

①在常温下将普通热轧钢筋进行强力拉伸至超过屈服点而进入强化阶段，迫使钢筋内部晶体组织发生改变，从而提高钢筋屈服强度的钢筋。

②冷拉强化与冷拉时效：冷拉强化卸荷后，重新加载，则其屈服强度有所提高，即为冷拉强化；若过一段时间再加载，则屈服强度教冷拉强化的屈服强度还高。

③冷拉控制应力、冷拉率：应控制在一定的范围之内，不能过大，也不能过小。

（2）冷拔

将热轧钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模，使其产生塑性变形，拔成较细的钢丝。

（3）冷拉与冷拔的区别

冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，不能提高其抗压强度；冷拔既能提高钢筋的抗拉强度，又能提高钢筋的抗压强度。它们的塑性都降低。

（4）冷轧

以普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘为母材，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。

2.2 混凝土

2.2.1 混凝土的强度

（1）立方体抗压强度

①砼立方体抗压强度标准值 的测试、表示方法及强度等级的划分

a.采用边长为150mm的立方体试块，在温度为17～23℃，相对湿度在90%以上的空气中养护28天，按标准的试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压极限强度值，用 表示，并以此作为划分混凝土强度的依据。

b.混凝土可分为12个强度等级，用CX来表示，X为混凝土立方体抗压强度值,单位为N/mm2。C7.5,C10…C50,C55,C60等。

②立方体抗压强度的定量关系

（2）棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）

①试块尺寸：棱柱体常用边长为150或100的试块。

②强度及其表示方式： ，其强度低于立方体抗压强度。考虑结构构件与试件制作及养护条件的不同，尺寸效应及加荷速度等因素的影响，《规范》规定取 。

③破坏情况：中间1/3区段处于单向均匀受力状态，由于产生竖向裂缝而产生压酥破坏。

④ 与 差异区别：抗压强度的大小取决于横向变形的约束条件。因此，在混凝土构件计算时，应根据不同的受力状态采用不同的抗压强度值，如受弯、偏压。

（3）抗拉强度

①试验方法：a:直接测试法。

b:劈拉试验。

②试块：100×100×500，钢筋深入150mm。

③强度：只有抗压强度的5%～10%； ，（考虑一些不利因素，原系数是0.26）。

④破坏：试件中部产生横向裂缝，或劈成两块。

2.2.2 混凝土的变形

（1）混凝土一次短期荷载下的变形

水泥浆与骨料之间的接触面上存在有微裂缝，它是混凝土中最薄弱的环节;称为结合裂缝。

混凝土破坏的三阶段：

a.当混凝土中σ≤ 时，结合裂缝没有明显发展,应力应变成线性关系；

b.随σ，产生新的微裂缝，这种新的微裂缝的形成和发展，使应变增长较快，应力应变曲线变化，应力不，裂缝不再继续扩大延伸，裂缝发展处于稳定状态；

c.当σ= 时，微裂缝与结合裂缝已连成通缝，此时裂缝发展处于非稳定状态，即使荷载不再增大，裂缝也要持续开展，形成宏观裂缝，最后形成小柱体压酥破坏。

（2）混凝土横向变形系数 ：横向应变与纵向应变之比。

（3）约束混凝土的变形：套箍限制作用。

（4）混凝土在长期荷载作用下的变形――徐变

①徐变的概念：混凝土在长期荷载作用下，即使应力维持不变，其应变也会随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变。

②产生原因：

a.尚未转化为结晶体的水泥凝胶体的塑性变形；

b.混凝土内部微裂缝在长期荷载下的持续发展。

③徐变过程。

加载瞬间产生了弹性变形 ，随后伴随有收缩变形 和徐变 ，徐变前快后慢。卸荷后，可立即恢复的变形为 ，经一段时间可逐渐恢复的为 称为弹性后效，剩余的为残余变形

④影响徐变的因素：

a.内在因素：骨料组成配比，水灰比等。骨料弹性模量越大、骨料体积比越大、水灰比越小，徐变越小；

b.环境因素：养护及使用条件。温度、湿度越高（养护），水泥水化作用越充分，徐变越小；在高温干燥环境中徐变越大；

c.应力条件：初应力及加载时的龄期。加载时的龄期越长，混凝土内部结晶体越多，徐变越小；当初应力σ＜0.5 时，徐变与初应力呈正比，徐变系数 为常数；当σ=（0.5～0.8） 时，徐变增长较应力快，非线性徐变但收敛；当σ＞0.8 时，徐变为非收敛的，故以次为混凝土的长期抗压强度。

（5）混凝土收缩和膨胀

①概念：混凝土在空气中结硬时体积减少的现象称为收缩。

②收缩的原因：

a.凝缩：水泥水化形成水泥晶体，体积较小；

b.干缩：混凝土内自由水分的蒸发。

c.其他原因：高标号水泥、水泥用量、水灰比越大、骨料弹性模量越小、构件体表比越小等都会引起较大的收缩。

③收缩的危害：使构件产生初应力；开裂较早；预应力的损失。

④预防措施：早期养护条件改善，减少水灰比，提高水泥标号减少水泥用量，加强振捣，高温高湿养护，改善骨料级配。

2.3 钢筋与混凝土之间的粘结力

2.3.1 粘结应力的概念及其分类（锚固粘结力与局部粘结力）。

在钢筋与混凝土接触面上产生的抵抗钢筋与混凝土相对位移的这种剪应力称为粘结应力。

按其作用性质可分为：锚固粘结应力和局部粘结应力。

2.3.2 粘结力产生的原因及其组成。

（1）化学胶合力：混凝土颗粒化学作用产生的混凝土与钢筋间的胶合力；

（2）摩擦力：混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；

（3）机械咬合力――最大：由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机 械咬合力。

2.3.3 影响粘结强度的因素

（1）混凝土强度：粘接强度随砼强度提高而提高，与劈拉强度呈正比；

（2）保护层厚度：增加保护层，提高砼劈裂抗力；

（3）横向配筋：约束微裂缝发展，粘结强度得到提高；

（4）横向压力：约束微裂缝发展，使钢筋与砼摩擦力增大；

（5）浇筑位置：浇筑深度，顶部筋由于水分、气泡逸出，混凝土泌水下沉影响。

2.3.4 保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施

（1）保证锚固粘结应力和局部粘结应力的可靠传递

①锚固长度 要求。

②采用直径较小的钢筋和变形钢筋：增加接触面积等。

（2）钢筋周围的混凝土应有足够的厚度。

（3）钢筋末端设置弯钩。

（4）混凝土的浇筑：与钢筋位置有关、振捣等。

（5）锚固区的侧向压力。

作者简介：

王随军，本科毕业，工程师技术职称，主攻工程质量管理与监督

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