论文部分内容阅读
[摘 要] 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性能不相同的材料组成的。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度却很低；而钢筋则具有较高的抗拉强度和抗压强度，我们把这两种材料组合在一起，将钢筋主要用于受拉，而混凝土主要用于受压，发挥材料各自的特长，成为目前应用最为广泛的钢筋混凝土结构。
[关键词] 钢筋 混凝土 结构特点 材料 力学性能
钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性能不相同的材料组成的。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度却很低；而钢筋则具有较高的抗拉强度和抗压强度，我们把这两种材料组合在一起，将钢筋主要用于受拉，而混凝土主要用于受压，发挥材料各自的特长，成为目前应用最为广泛的钢筋混凝土结构。
1．钢筋混凝土结构特点
1．1钢筋与混凝土能很好地结合在一起共同工作的主要原因
钢筋与混凝土之间存在着良好的粘结；钢筋与混凝土两者的温度线膨胀系数很接近。(钢筋约为1.2X10-5，混凝土约在1.0X10-5～1.5X10-5之间)；钢筋受到混凝土的保护而不易生锈，具有很好的耐久性。
1．2钢筋混凝土结构的主要优点
合理发挥了钢筋和混凝土两种材料的力学特性，成为承载能力较高的结构；钢筋混凝土结构具有很好的耐火性、整体性、可模性；钢筋混凝土结构中，混凝土对钢筋有很好的防护性，与钢结构相比可省去很大的经常性维修费用；便于就地取材，造价降低。
1．3钢筋混凝土的主要缺点
自重较大；抗裂性能较差；隔热和隔声的性能不够理想。上述主要缺点，正随着材料和结构的不断发展，在不断地得到改进(如轻骨料混凝土，高强混凝土和预应力混凝土的发展)。
2．混凝土强度
强度分为标准值和设计值。将强度标准值除以材料分项系数即为强度的设计值。
2．1立方体抗压强度标准值(记为·cu,k)
按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件时，混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
2．2轴心抗压强度标准值(记为·ck)
按标准方法制作养护的截面为150mmXl50mm，高度为h(h一般为150mm的3～4倍)的棱柱体，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。其设计值记为·c。
2．3轴心抗拉强度标准值(记为·tk)
它是采用棱柱体试件直接轴向拉伸试验或立方体试件的劈裂试验来测定的。混凝土的抗拉强度很低，远小于其抗压强度(一般只有其抗压强度的1/8～1/16)。其设计值记为·t。
3．混凝土变形
混凝土变形有两类，一类是受力变形；另一类为体积变形，它与受力无关，如混凝土在结硬过程中的收缩(或膨胀)等。
3．1混凝土的应力应变关系
混凝土在一次短期单轴加压时的应力应变关系是一曲线。所以其应力应变的比值是一个变量而不是常数，因此称E＝δ-ε为混凝土的变形模量。在计算设计时常用三种方式表示，即弹性模量EC，变形模量皂和切线模量E″C。混凝土的弹性模量EC定义为δ-ε正，曲线原点O所作切线的斜率。(EC=tana0)。变形模量E′C定义为δ-ε曲线上任一点户与原点连线的斜率，即E′C＝tana1。切线模量E″C为过曲线上任一点P的切线的斜率，即E″C＝tana。混凝土受拉时的应力应变关系曲线与混凝土受压时的应力应变关系曲线相似，只不过各特征值均要小得多。
3．2混凝土的徐变
混凝土在恒定荷期长期作用下，变形随时间而增长的现象称为徐变。影响徐变应变量(简称徐变)的因素有以下几方面：水灰比大，水泥用量多，徐变量就大；养护条件好，徐变量就小；骨料质量及级配好，徐变量小；构件体表比越大，徐变量越小；构件的应力与其受荷时强度的比值(即δ/·c)越大，则徐变量越大。
3．3徐变对结构受力的影响
徐变使结构的变形(包括挠度和裂缝)增大；徐变使结构内部应力重分布；徐变将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；受拉徐变，会延缓混凝土收缩裂缝的出现，及将减少由于支座不均匀沉降产生的应力等。
3．4混凝土的收缩(或膨胀)
混凝土在空气中结硬时体积缩小称为收缩，在水中结硬时体积膨胀称为膨胀；但收缩值要比膨胀值大得多。影响收缩值的因素有以下几方面：水灰比大，水泥用量多，收缩值就大；养护条件好，使环境的湿度较高，收缩值小；骨料质量及级配好，收缩值就小；构件体表比越大，收缩值越小；混凝土振捣密实，收缩值就小。收缩对结构受力的影响：会在钢筋混凝土结构中，使混凝土产生拉应力，加速裂缝的出现和发展，甚至在未受荷前，即出现初始的收缩裂缝；收缩将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；对跨度变化比较敏感的静不定结构将产生不利的内力。
4．钢筋
4．1混凝土结构中所用的钢筋主要可分为具有明显屈服点及屈服台阶的钢筋(或称软钢)和无明显屈服点及屈服台阶的钢筋(或称硬钢)两类。
4．2现行的《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)建议，在钢筋混凝土结构中的钢筋及预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜用普通钢筋(即HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级钢筋)，它们均属软钢。预应力钢筋宜采用钢绞线，钢丝和热处理钢筋，它们均属硬钢。规范对钢绞线，钢丝和热处理钢筋采用0.85δb(δb为钢筋国家标准的极限抗拉强度)作为条件屈服点。规范中对普通钢筋的受拉与受压强度设计值取相同；但在轴心受拉和小偏心受拉构件中，其抗拉强度设计值大于300N／mm2时，仍应按300N／mm2取用。对预应力钢筋其受拉强度设计值远大于其受压强度设计值。
4．3有时对软钢进行冷加工，提高钢筋的强度，以节约用钢。钢筋的冷加工有两种方式：即冷拉和冷拔。冷拉后钢筋的抗拉强度提高，但其抗压强度未变，同时其屈服台阶缩短，伸长率减少，塑性降低，仍属软钢。
4．4钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求
钢筋应有较高的强度。对钢筋强度的要求主要有两个指标，即屈服强度和极限强度。屈服强度是设计计算时的主要依据。极限强度与屈服强度之比称为强屈比，强屈比越大，结构的可靠性越大；钢筋应有较好的塑性性能。它主要是用钢筋的伸长率和其冷弯性能来反映的；钢筋应与混凝土具有良好的粘结；钢筋还应具有可焊性。
5．钢筋与混凝土的粘结
钢筋与混凝土之间的粘结力主要是由三部分组成：化学胶着力；摩擦力；机械咬合力。光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要来自摩擦力，变形钢筋与混凝土之间的粘结力则主要来自机械咬合力，规范规定：对光面钢筋，其作受拉筋时，末端应做180°弯钩，弯后平直段不应小于3d；但其作受压时可不做弯钩。
影响粘结力大小的因素有以下几方面：钢筋的表面形状；混凝土强度等级；浇筑混凝土时钢筋所处的位置；保护层厚度和钢筋间的净距；横向钢筋(即箍筋)情况；侧向压力的作用。
6．结束语
建筑材料是结构的物质基础。各种材料的强度和变形规律、构件受力时截面上的应力和应变分布、构件的性能等都与材料的力学性能以及不同材料的相互作用(例如钢筋混凝土结构中两种材料的粘结作用)密切相关。■
参 考 文 献
[1]王铁梅.建筑物的结构设计[M].上海：科学出版社，1995.
[2]中国建筑科学研究院.混凝土实用手册[M].北京：中国建工出版社.
[关键词] 钢筋 混凝土 结构特点 材料 力学性能
钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性能不相同的材料组成的。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度却很低；而钢筋则具有较高的抗拉强度和抗压强度，我们把这两种材料组合在一起，将钢筋主要用于受拉，而混凝土主要用于受压，发挥材料各自的特长，成为目前应用最为广泛的钢筋混凝土结构。
1．钢筋混凝土结构特点
1．1钢筋与混凝土能很好地结合在一起共同工作的主要原因
钢筋与混凝土之间存在着良好的粘结；钢筋与混凝土两者的温度线膨胀系数很接近。(钢筋约为1.2X10-5，混凝土约在1.0X10-5～1.5X10-5之间)；钢筋受到混凝土的保护而不易生锈，具有很好的耐久性。
1．2钢筋混凝土结构的主要优点
合理发挥了钢筋和混凝土两种材料的力学特性，成为承载能力较高的结构；钢筋混凝土结构具有很好的耐火性、整体性、可模性；钢筋混凝土结构中，混凝土对钢筋有很好的防护性，与钢结构相比可省去很大的经常性维修费用；便于就地取材，造价降低。
1．3钢筋混凝土的主要缺点
自重较大；抗裂性能较差；隔热和隔声的性能不够理想。上述主要缺点，正随着材料和结构的不断发展，在不断地得到改进(如轻骨料混凝土，高强混凝土和预应力混凝土的发展)。
2．混凝土强度
强度分为标准值和设计值。将强度标准值除以材料分项系数即为强度的设计值。
2．1立方体抗压强度标准值(记为·cu,k)
按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件时，混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
2．2轴心抗压强度标准值(记为·ck)
按标准方法制作养护的截面为150mmXl50mm，高度为h(h一般为150mm的3～4倍)的棱柱体，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。其设计值记为·c。
2．3轴心抗拉强度标准值(记为·tk)
它是采用棱柱体试件直接轴向拉伸试验或立方体试件的劈裂试验来测定的。混凝土的抗拉强度很低，远小于其抗压强度(一般只有其抗压强度的1/8～1/16)。其设计值记为·t。
3．混凝土变形
混凝土变形有两类，一类是受力变形；另一类为体积变形，它与受力无关，如混凝土在结硬过程中的收缩(或膨胀)等。
3．1混凝土的应力应变关系
混凝土在一次短期单轴加压时的应力应变关系是一曲线。所以其应力应变的比值是一个变量而不是常数，因此称E＝δ-ε为混凝土的变形模量。在计算设计时常用三种方式表示，即弹性模量EC，变形模量皂和切线模量E″C。混凝土的弹性模量EC定义为δ-ε正，曲线原点O所作切线的斜率。(EC=tana0)。变形模量E′C定义为δ-ε曲线上任一点户与原点连线的斜率，即E′C＝tana1。切线模量E″C为过曲线上任一点P的切线的斜率，即E″C＝tana。混凝土受拉时的应力应变关系曲线与混凝土受压时的应力应变关系曲线相似，只不过各特征值均要小得多。
3．2混凝土的徐变
混凝土在恒定荷期长期作用下，变形随时间而增长的现象称为徐变。影响徐变应变量(简称徐变)的因素有以下几方面：水灰比大，水泥用量多，徐变量就大；养护条件好，徐变量就小；骨料质量及级配好，徐变量小；构件体表比越大，徐变量越小；构件的应力与其受荷时强度的比值(即δ/·c)越大，则徐变量越大。
3．3徐变对结构受力的影响
徐变使结构的变形(包括挠度和裂缝)增大；徐变使结构内部应力重分布；徐变将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；受拉徐变，会延缓混凝土收缩裂缝的出现，及将减少由于支座不均匀沉降产生的应力等。
3．4混凝土的收缩(或膨胀)
混凝土在空气中结硬时体积缩小称为收缩，在水中结硬时体积膨胀称为膨胀；但收缩值要比膨胀值大得多。影响收缩值的因素有以下几方面：水灰比大，水泥用量多，收缩值就大；养护条件好，使环境的湿度较高，收缩值小；骨料质量及级配好，收缩值就小；构件体表比越大，收缩值越小；混凝土振捣密实，收缩值就小。收缩对结构受力的影响：会在钢筋混凝土结构中，使混凝土产生拉应力，加速裂缝的出现和发展，甚至在未受荷前，即出现初始的收缩裂缝；收缩将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；对跨度变化比较敏感的静不定结构将产生不利的内力。
4．钢筋
4．1混凝土结构中所用的钢筋主要可分为具有明显屈服点及屈服台阶的钢筋(或称软钢)和无明显屈服点及屈服台阶的钢筋(或称硬钢)两类。
4．2现行的《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)建议，在钢筋混凝土结构中的钢筋及预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜用普通钢筋(即HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级钢筋)，它们均属软钢。预应力钢筋宜采用钢绞线，钢丝和热处理钢筋，它们均属硬钢。规范对钢绞线，钢丝和热处理钢筋采用0.85δb(δb为钢筋国家标准的极限抗拉强度)作为条件屈服点。规范中对普通钢筋的受拉与受压强度设计值取相同；但在轴心受拉和小偏心受拉构件中，其抗拉强度设计值大于300N／mm2时，仍应按300N／mm2取用。对预应力钢筋其受拉强度设计值远大于其受压强度设计值。
4．3有时对软钢进行冷加工，提高钢筋的强度，以节约用钢。钢筋的冷加工有两种方式：即冷拉和冷拔。冷拉后钢筋的抗拉强度提高，但其抗压强度未变，同时其屈服台阶缩短，伸长率减少，塑性降低，仍属软钢。
4．4钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求
钢筋应有较高的强度。对钢筋强度的要求主要有两个指标，即屈服强度和极限强度。屈服强度是设计计算时的主要依据。极限强度与屈服强度之比称为强屈比，强屈比越大，结构的可靠性越大；钢筋应有较好的塑性性能。它主要是用钢筋的伸长率和其冷弯性能来反映的；钢筋应与混凝土具有良好的粘结；钢筋还应具有可焊性。
5．钢筋与混凝土的粘结
钢筋与混凝土之间的粘结力主要是由三部分组成：化学胶着力；摩擦力；机械咬合力。光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要来自摩擦力，变形钢筋与混凝土之间的粘结力则主要来自机械咬合力，规范规定：对光面钢筋，其作受拉筋时，末端应做180°弯钩，弯后平直段不应小于3d；但其作受压时可不做弯钩。
影响粘结力大小的因素有以下几方面：钢筋的表面形状；混凝土强度等级；浇筑混凝土时钢筋所处的位置；保护层厚度和钢筋间的净距；横向钢筋(即箍筋)情况；侧向压力的作用。
6．结束语
建筑材料是结构的物质基础。各种材料的强度和变形规律、构件受力时截面上的应力和应变分布、构件的性能等都与材料的力学性能以及不同材料的相互作用(例如钢筋混凝土结构中两种材料的粘结作用)密切相关。■
参 考 文 献
[1]王铁梅.建筑物的结构设计[M].上海：科学出版社，1995.
[2]中国建筑科学研究院.混凝土实用手册[M].北京：中国建工出版社.