1樓：匿名使用者
鋼筋混凝土結構的特點
1．混凝土結構的定義：混凝土結構是以混凝土為主要材料製成的結構，包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構等。素混凝土結構是指由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土製成的結構；鋼筋混凝土結構是指由配置受力鋼筋的混凝土製成的結構；預應力混凝土結構是指由配置受力的預應力鋼筋通過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土製成的結構。
其中，鋼筋混凝土結構在工程中應用最為廣泛。
2．鋼筋混凝土結構的特點：鋼筋混凝土結構是以混凝土承受壓力、鋼筋承受拉力，能比較充分合理地利用混凝土（高抗壓效能）和鋼筋（高抗拉效能）這兩種材料的力學特性。與素混凝土結構相比，鋼筋混凝土結構承載力大大提高，破壞也呈延性特徵，有明顯的裂縫和變形發展過程。
對於一般工程結構，經濟指標優於鋼結構。技術經濟效益顯著。
鋼筋有時也可以用來協助混凝土受壓，改善混凝土的受壓破壞脆性效能和減少截面尺寸。
3．鋼筋和混凝土能夠共同工作的主要原因：
（1）鋼筋與混凝土之間存在有良好的粘結力，能牢固地形成整體，保證在荷載作用下，鋼筋和外圍混凝土能夠協調變形，相互傳力，共同受力。
（2）鋼筋和混凝土兩種材料的溫度線膨脹係數接近（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.
5)×10-5），當溫度變化時，兩者間不會產生很大的相對變形而破壞它們之間的結合，而能夠共同工作。
鋼筋混凝土結構的優點
（1）合理用材。能充分合理的利用鋼筋（高抗拉效能）和混凝土（高抗壓效能）兩種材料的受力效能。
（2）耐久性好。在一般環境下，鋼筋受到混凝土保護而不易生鏽，而混凝土的強度隨著時間的增長還有所提高，所以其耐久性較好。
（3）耐火性好。混凝土是不良導熱體，遭火災時，鋼筋因有混凝土包裹而不致於很快升溫到失去承載力的程度。
（4）可模性好。混凝土可根據設計需要支模澆築成各種形狀和尺寸的結構。
（5）整體性好。整體澆築的鋼筋混凝土結構整體性好，再通過合適的配筋，可獲得較好的延性，有利於抗震、防爆和防輻射，適用於防護結構。
（6）易於就地取材。混凝土所用的原材料中佔很大比例的石子和砂子，產地普遍，便於就地取材。
鋼筋混凝土結構的缺點
（1）自重偏大。相對於鋼結構來說，混凝土結構自重偏大，這對於建造大跨度結構和高層建築是不利的。
（2）抗裂性差。由於混凝土的抗拉強度較低，在正常使用時，鋼筋混凝土結構往往帶裂縫工作，裂縫存在會影響結構物的正常使用性和耐久性。
（3） 施工比較複雜，工序多。施工受季節、天氣的影響也較大。
（4）新老混凝土不易形成整體。混凝土結構一旦破壞，修補和加固比較困難。
鋼筋的品種
1．按化學成分劃分
（1）碳素鋼：碳素鋼按碳的含量多少分為低碳鋼、和高碳鋼。含碳量增加，能使鋼材強度提高，性質變硬，但也使鋼材的塑性和韌性降低，焊接效能也會變差。
（2）普通低合金鋼：普通低合金鋼是在鍊鋼時對碳素鋼加入少量合金元素而形成的。低合金鋼鋼筋具有強度高、塑性及可焊性好的特點，因而應用較為廣泛。
2．按加工工藝劃分
我國生產的建築用鋼筋按加工工藝有熱軋鋼筋、冷加工鋼筋、熱處理鋼筋及高強鋼絲和鋼絞線等。
3．按表面形狀劃分
（1）光面鋼筋：表面是光滑的，與混凝土的粘結性較差。
（2）帶肋鋼筋：表面有縱向凸緣（縱肋）和許多等距離的斜向凸緣（橫肋）。其中，由兩條縱肋和縱肋兩側多道等距離、等高度及斜向相同的橫肋形成的螺旋紋表面。
若橫肋斜向不同則形成了人字紋表面。這兩種表面形狀的鋼筋習慣稱為螺紋鋼筋，現在稱為等高肋鋼筋，國內已基本上不再生產。
斜向凸緣和縱向凸緣不相交，甚無縱肋，剖面幾何形狀呈月牙形的鋼筋，稱為月牙肋鋼筋，與同樣公稱直徑的等高肋鋼筋相比，凸緣處應力集中得到改善，但與混凝土之間的粘結強度略低於等高肋鋼筋。
鋼筋的力學效能
1．軟鋼的力學效能
軟鋼（熱軋鋼筋）有明顯的屈服點，破壞前有明顯的預兆（較大的變形，即伸長率），屬塑性破壞。
2．硬鋼的力學效能
硬鋼（熱處理鋼筋及高強鋼絲）強度高，但塑性差，脆性大。從載入到突然拉斷，基本上不存在屈服階段（流幅）。屬脆性破壞。
材料的塑性好壞直接影響到結構構件的破壞性質。所以，應選擇塑性好的鋼筋。
3．冷拉鋼筋的力學效能
冷拉是將鋼筋拉伸超過屈服強度並達到強化階段中的某一應力值，然後放鬆。若立即重新加荷，此時屈服點將提高。表明鋼筋經冷拉後，屈服強度提高，但伸長率減小，塑性效能降低，也就是鋼材性質變硬變脆了。
此稱冷拉硬化。
如果卸荷後，經過一段時間再重新加荷，則屈服點還會進一步提高，稱冷拉時效。
鋼筋冷拉後，只提高抗拉強度，其抗壓強度並沒有提高。因此，不要把冷拉鋼筋用作受壓鋼筋。
鋼筋的選用
1．選用原則
（1）建築用鋼筋要求具有一定的強度（屈服強度和抗拉強度），應適當採用較高強度的鋼筋，以獲得較好的經濟效益。
（2）要求鋼筋有足夠的塑性（伸長率和冷彎效能），以使結構獲取較好的破壞性質。
（3）應有良好的焊接效能，保證鋼筋焊接後不產生裂紋及過大的變形。
（4）鋼筋和混凝土之間應有足夠的粘結力，保證兩者共同工作。
2．鋼筋混凝土結構中主要採用的鋼筋
ⅰ級鋼筋（相當於hpb235）：ⅰ級鋼筋（q235鋼）是熱軋光圓低碳鋼筋，質量穩定，塑性及焊接效能較好，但強度稍低，而且與混凝土的粘結稍差。因此，ⅰ級鋼筋主要應用在厚度不大的板中或作為樑、柱的箍筋。
ⅱ級鋼筋（相當於hrb335）：ⅱ級鋼筋（20mnsi）是熱軋月牙肋低合金鋼筋，強度、塑性及可焊性都比較好。ⅱ級鋼筋在工程中應用較為廣泛。
ⅲ 級鋼筋（相當於hrb400和rrb400）：ⅲ 級鋼筋（20mnsiv等）是熱軋月牙肋低合金鋼筋。其中餘熱處理ⅲ 級（k20mnsi）是鋼筋熱軋後立即穿水，進行表面冷卻，然後利用芯部餘熱自身完成回火處理而形成。
它的塑性及可焊性也比較好, 強度更高。ⅲ級鋼筋在工程中應用越來越廣泛。
混凝土的強度
1．混凝土的單軸強度
（1）立方體抗壓強度fcu：不是結構計算的實用指標，它是衡量混凝土強度高低的基本指標，並以其標準值定義混凝土的強度等級。
（2）軸心抗壓強度fc：比立方體抗壓強度能更好地反映受壓構件中混凝土的實際抗壓強度，為一實用抗壓強度指標。
（3）軸心抗拉強度ft：反映混凝土的抗拉能力。
（二）混凝土的多軸強度
上面所講混凝土強度，均是指單向受力條件下所得到的強度。但實際上，結構物很少處於單向受力狀態。工程上經常遇到的都是一些雙向或三向受力的複合應力狀態。
用單軸應力狀態的強度表示實際結構中混凝土的破壞條件（強度準則）不合理的，特別是對非杆件結構進行數值分析時，其強度準則的選取直接影響計算結果的精確度和正確性。所以研究複合應力狀態下的混凝土強度條件，對進行合理設計是極為重要的。但由於測試技術的複雜性和試驗結果的離散性，目前還未能建立起完整的強度理論。
根據現有的試驗結果，可以得出以下幾點結論：
（1）雙向受壓的強度：雙向受壓的混凝土的強度比單向受壓的強度為高。也就是說，
一向強度隨另一向壓應力的增加而增加。
（2）雙向受拉的強度：雙向受拉的的混凝土強度與單向受拉強度基本一樣。也就是說，混凝土一向抗拉強度基本上與另一向拉應力的大小無關。
（3）一向受拉一向受壓的強度：一向受拉一向受壓的混凝土抗壓強度隨另一向的拉應力的增加而降低。或者說，混凝土的抗拉強度隨另一向的壓應力的增加而降低。
（4）正應力及剪應力下的強度：在單軸正應力σ及剪應力τ共同作用下，當為壓應力時，混凝土的抗剪強度有所提高，但當壓應力過大時，混凝土的抗剪強度反有所降低。為拉應力時降低抗剪強度。
三向受力下的混凝土強度規律與雙向受力時基本相同。
混凝土的變形
（一）混凝土的受力變形
1．混凝土的應力—應變曲線
試驗表明, 混凝土不論是受壓或是受拉，破壞的過程本質上是由連續材料逐步變成不連續材料的過程，即混凝土的破壞是微裂縫的發展導致橫向變形引起的。對橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發展，從而可提高混凝土的強度。約束混凝土可以提高混凝土的強度，也可以提高混凝土的變形能力。
複合應力狀態對混凝土強度的影響就在於此原因。「約束混凝土」可以提高混凝土的強度，但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力，配箍筋混凝土就起此效果。
隨著混凝土強度的提高，峰值應力、應變有所增大。但下降段的坡度變陡，即應力下降相同幅度時變形越小，極限應變減小，塑性變差，破壞時脆性顯著。載入速度較快時，強度提高，但極限應變將減小。
混凝土的徐變及對混凝土結構的影響
徐變是混凝土在荷載長期持續作用下，應力不變，隨著時間而增長的變形。
產生徐變的原因有：
（1）混凝土受力後，在應力不大的情況下，徐變緣於水泥石中的凝膠體產生的粘性流動（顆粒間的相對滑動）要延續一個很長的時間。
（2）在應力較大的情況下，骨料和水泥石結合面裂縫的持續發展，導致徐變加大。
徐變對混凝土結構的不利影響：
（1）徐變作用會使結構的變形增大。
（2）在預應力混凝土結構中，它還會造成較大的預應力損失。
（3）徐變還會使構件中混凝土和鋼筋之間發生應力重分佈，導致混凝土應力減小，鋼筋應力增大，使得理論計算產生誤差。
一定要注意避免高應力下的非線性徐變。
（二）混凝土的收縮及對混凝土結構的影響
混凝土在空氣中結硬時，由於溫、溼度及本身化學變化的影響，體積隨時間增長而減小的現象稱為收縮。
收縮對混凝土結構的不利影響：
（1）收縮受到約束時會使混凝土產生拉應力，甚至使混凝土開裂。
（2）混凝土收縮還會使預應力混凝土構件產生預應力損失。
混凝土的收縮會帶來危害，而膨脹變形一般是有利的，不予討論。
鋼筋與混凝土的粘結
1．鋼筋與混凝土之間的粘結力
粘結力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對滑移的剪應力。粘結力主要由三部分組成：
（1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學膠著力（膠結力）；
（2）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產生的摩擦力（摩阻力）;
（3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合力。
光面鋼筋在粘結應力達到粘結強度破壞時，其表面有明顯的縱向摩擦痕跡。變形鋼筋，接近破壞時，首先由於橫肋擠壓混凝土引起的環向或斜向拉應力而使鋼筋周圍混凝土開裂，最終因肋間混凝土剪下強度不夠，將被擠碎帶出，發生沿肋外徑圓柱面的剪下破壞。其粘結強度比光面鋼筋要大得多。
影響粘結強度的主要因素
（1）混凝土強度。粘結強度都隨混凝土強度等級的提高而提高，粘結強度基本上與混凝土的抗拉強度成正比例的關係。
（2）鋼筋的表面狀況。鋼筋表面形狀對粘結強度有影響，變形鋼筋的粘結強度大於光圓鋼筋。
（3）混凝土保護層厚度和鋼筋的淨間距。增大保護層厚度（相對保護層厚度c/d），保持一定的鋼筋間距（鋼筋淨距s與鋼筋直徑d的比值s/d），可以提高外圍混凝土的抗劈裂能力，有利於粘結強度的充分發揮。也能使粘結強度得到相應的提高。
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