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 四、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求 (1)强度:主要是指屈服强度和极限强度:钢筋的屈强比是衡量结构可靠性潜力的重要技 术指标,屈强比小标志结构的可靠性高,但当屈强比过小时,钢材强度的有效利用率太低,故宜 保持适当的屈强比为妥。 (2)塑性:要求钢材在断裂时有足够的变形,以防止结构构件的脆性破坏。其主要衡量指 标是:屈服强度、极限强度、伸长率(钢筋断裂后的伸长值与原长度的比率)和冷弯等。 (3)可焊性:在一定的工艺条件下,要求钢筋的焊附近不产生裂纹和过大的变形,且具有 良好的机械性能。钢筋的可焊性与其含碳量及合金元素的含量有关,碳、锰含量增加,则可焊 性降低;如含有适量的钛,则可改善焊接性能 (4)钢筋与混凝土的握裹力:为了保证钢筋与混凝土的协同变形和共同作,故钢筋的表 面形状有着重要的影响 在寒冷的地区,对钢筋的冷脆性能也应有一定的要求。 第四节钢筋与混凝土之间的粘结 钢筋与混凝土的粘结力 在钢筋混凝土结构中,钢筋与混凝土之间所以能共同工作的最主要条件,就是钢筋与混凝 土的粘结作用。两者之间的粘结力由下列三部分组成: (1)水泥浆凝结与钢筋表面的化学胶结力; (2)混凝土收缩将钢筋裹紧而产生摩阻力; (3)钢筋表面凹凸不平与混凝土之间 产生机械咬合力。 钢筋与混凝土之间的粘结力的测定, 通常采用钢筋拔出的试验方法。即将钢筋 的一端埋入混凝土内,在另-端施力将钢 筋拔出(见图1-13)。钢筋表面单位面积上 的粘结力称为粘结强度。试验表明,粘结 应力沿钢筋埋入长度按曲线分布,最大粘 结应力在离端头一定距离处,且随拔出力 的大小面变化(图1-13)。粘结强度取其平 均值,用符号rn(MPea)表示 (1-3) 图1-13钢筋拔出试验中粘结应力分布图 式中:N拔出力(N); S钢筋的周长(mm); —钢筋的埋入长度(mm)
←、N、绪构设计原理 据有关国外资料介绍,对于受拉的带肋钢筋,其粘结强度大约为2.5~6,OMPa,光圆钢筋 的*结强度约为1.5~3.5MPa 确保粘结强度的措施 为了保证钢筋与混凝土之间具有足够的粘结力,在选用材料和钢筋混凝土构造方面可釆 取如下一些措施 1)选用适宜的混凝土强度等级。试验指出,粘结强度大小跟混凝土强度密切相关,混凝 土强度等级低,钢筋与混凝土的粘结力也低。 (2)采用带肋钢筋。由于带肋钢筋的表面凹凸不平,钢筋与混凝土的机械咬合作用较大, 粘结力大为增加,抗滑动性能更好,即使钢筋端部不做弯钩,也能保证钢筋在混凝土内的镭固 作用。 (3)光圆受拉钢筋的端部应做成弯钩。出于光圆钢筋与混凝土的粘结力较差,为了增加钢 筋在混凝土內的抗滑移能力及钢筋端部的锚固作用,在绑扎钢筋骨架中的光圆受拉钢筋的端 部一定要做成半圆弯钩弯钩的形式见图1-11。 (4)绑扎钢筋的接头必须有足够的搭接长度。两根钢筋如采用绑扎接头的方法相连接,则 钢筋的内力是依靠钢筋和混凝土间的粘结力来传递的。因此,绑扎钢筋的接头必须保证它们 之间具有足够的搭接长度。钢筋搭接长度的要求见表1-6 (5)保证受力钢筋具有足够的镭固长度。为避免钢筋在混凝土中滑移,埋入混凝土内的受 力钢筋必须具有足够的镭固长度,使钢筋牢固地锚固在混凝土中 根据锚固力不小于钢筋所能承受的最大拉力的原则钢筋端部的错固长度应满足下式要求: la fold (14) 式中:l钢筋的固长度(mm); f钢筋的标准强度(MPa); d——钢筋的计算直径(mm); 钢筋的粘结强度 各种受力工作钢筋的最小错固长度见表19 钢筋最小锚固长度 项日 R235 HRB335 HRB00、KL4A00 (光圆) (带肋) (带肋) 受压钢筋 10d+半圆钩 25d 受拉枃件钢筋 30d+半圆钩 受弯构件及偏心 锚于受压区 10d+半圆钩 受压构件的拉力钢筋 锚于受拉区 20d+半圆钩 弯起钢筋 错于受压区 10d+半圆钩 25d 末端直线段 错于受拉区 20d+半圆钩 注:①d为钢筋直径; ②各类钢筋在混凝土内的锚固长度,均自该钢筋不受力处算起; ③如HRB35HRBA00K400钢筋末端弯成直钩,其铺固长度可从表列数值减5d取用
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 (6)钢筋周围的混凝土应有足够的厚度。钢筋外混凝土保护层较薄或钢筋间净距过小,随 钢筋应力的增大,将会使混凝土沿钢筋纵向产生劈裂裂缝,从而降低粘结强度,因此混凝土保 护层和钢筋间距对确保其粘结强度作用甚大。 试验表明,当保护层厚度c/d>5~6(c为混凝土保护层厚度,d为钢筋直径)时,带肋钢 筋将不会发生强度较低的劈裂粘结破坏。同样,保持一定的钢筋间距,可以提高钢筋周围混凝 土的抗劈裂能力,从而提高钢筋与混凝土之间的粘结强度。 (7)设置一定数量的横向钢筋。横向钢筋(如梁中的箍筋)可以延缓混凝土沿受力钢筋纵 向劈裂裂缝的发展和限制劈裂裂缝的宽度,从而可以提高粘结应力。因此,在较大直径钢筋的 锚固或搭接长度范围内,以及当一排并列的受力钢筋根数较多时,均应设置一定数量的附加箍 筋,以防止混凝土保护层的劈裂崩落。 当钢筋的错固区作用有侧向压应力时粘结强度将会提高。 思考题 1.什么是混凝土结构? 2.什么是素混凝土结构? 3.什么是钢筋混凝土结构? 4.在素混凝土结构中配置一定形式和数量的钢材以后,结构的性能将发生什么样的变化? 5.钢材的应力一应变关系曲线特征是什么 6何谓条件屈服强度? 7.简述混凝土的应力一应变关系曲线的特征和主要影响因素 混凝土的弹性模量和变形模量是如何定义的?关系如何? 9.公路桥涵工程中对钢筋和混凝土有何特殊的要求? 10.钢筋和混凝土之间的粘结力是怎样产生的? 1钢筋与混凝土为什么能共同工作?
结构设计原理 》第二章结构按极限状态法设计的原则 钢筋混凝土结构构件的“设计”是指在预定的荷毂及材料性能条件下,按功能要求确定构 件所需要的截面尺寸配筋和构造。它包括规划布置与设计计算。 最早的钢筋混凝土结构设计理论,是采用以弹性理论为基础的容许应力计箅法。这种方 法要求在规定的标准荷载作用下,按弹性理论计算得到的构件截面任一点的应力应不大于规 定的容许应力,而容许应力是由材料强度除以安全系数求得的安全系数则依据工程经验和主 观判断来确定。然而,由于钢筋混凝土并不是一种弹性匀质材料而是表现出明显的塑性性 能因此这种以弹性理论为基础的计算方法是不可能如实地反映构件截面的应力状态和正确 地计算出结构构件的承载能力的 20世纪30年代提出了考虑钢筋混凝土塑性性能的破坏阶段计算方法。它以充分考虑 材料塑性性能的结构构件承载能力为基础,要求按材料标准极限强度计算的承载能力必须大 于计算的最大荷载产生的内力。计算的最大荷载是由规定的标准荷载乘以单一的安全系数而 得出的。安全系数仍是依据工程经验和主观判断来确定。 随着对荷载和材料强度的变异性的进一步研究,20世纪50年代又提出了极限状态计算 法。极限状态计箅法是破坏阶段计算法的发展,它规定了结构的极限状态,并把单一安全系数 改为三个分项系数,即荷载系数、材料系数和工作条件系数,从而把不同的外荷载、不同的材料 以及不同构件的受力性质等都用不同的安全系数区别开来,使不同的构件具有比较一致的安 全度。而部分荷载系数和材料系数基本上是根据统计资料用概率方法确定的,这是设计方法 上的很大进步。我国原《桥规》(J022-85m023-85)中所采用的计算方法即是采用这种 半经验、半概率的“三系数极限状态设计法。现行的《桥规》(JTGD62-204)是以概率理论为 基础的极限状态设计方法。它引入了结构可靠性理论,把彩响结构可靠性的各种因素均视为 随机变量,以大量的实测资料和试验数据为基础运用统计数学的方法,寻求各随机变量的统 计规律,确定结构的失效概率(或可靠指标)来度量结构的可靠性。这样,在度量结构可靠性上 由经验方法转变为运用统计数学的方法,使结构设计更符合客观实际情况。 第一节作用(荷载)与作用(荷载)效应组合 、作用及作用分类 作用,一般指施加在结构上的集中力或分布力,如汽车、结构自重等或引起结构外形或约 束、变形的原因如地震、基础不均匀沉降、温度变化等。前者为直接作用,也可称为荷载;后者
第二章结构按极限状态法设计的原则◆ 为间接作用(不宜称为荷载)2 1.永久作用 在设计使用期内,其值不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。 2.可变作用 在结构使用期间,其量值随时间变化,且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。 3.偶然作用 在结构使用期间,出现的概率很小,一且出现,其值很大且持续时间很短的作用。 各类作用列于表2-1。 荷载分类衰 表2. 编号 作用分类 荷戟名称 结构重力(包括结构附加重力) -23 预加力 永久作用 上的重力及土侧压力 (恒载 混凝土收缩及徐变作用 基础变位作用 567 水的浮力 汽车荷载 汽车冲击力 汽车离心力 汽车引起的t侧压力 可变作用 3 汽车制动力 流水压力 冰压力 度(均匀温度和梯度温度)作用 支座摩阻力 地熊作用 偶然作用 船只或漂流物撞击作用 汽(车撞击作用 二、作用代表值、作用效应及作用效应设计值 (一)作用代表值 结构或结构构件设计时,针对不同设计目的所采用的各种作用规定值,它包括作用标准 值准永久值和频遇值等