2    钢筋和混凝土的力学性能

 

 

2.1    钢  筋

钢筋按外形可分为光圆钢筋、带肋钢筋、刻痕钢丝和钢绞线，如图2.1所示。其中带肋钢筋是指表面带凸纹，包括人字纹钢筋、螺纹钢筋和月牙纹钢筋等。刻痕钢丝是将表面刻出椭圆形的浅坑。钢绞线是由多股高强度光圆钢筋绞合而成。

用于混凝土结构的钢筋主要有热轧钢筋、中强度预应力钢丝、预应力螺纹钢筋、消除应力钢丝和钢绞线等几类。热轧钢筋主要用作钢筋混凝土结构的钢筋和预应力混凝土中的非预应力钢筋，即普通钢筋，本节主要讲述其力学性能。其余钢筋则主要用作预应力混凝土构件中施加预应力的钢筋，即预应力钢筋，其力学性能将在第7章讨论。

2.1.1  热轧钢筋的品种

热轧钢筋是由低碳钢或低合金钢直接热轧而成的，包括热轧光圆钢筋(即HPB系列钢筋)、普通热轧钢筋(即HRB系列钢筋)、细晶粒热轧钢筋(即HRBF系列钢筋)、余热处理钢筋(即RRB系列钢筋)。其强度等级分为300MPa、335MPa、400MPa、500MPa四级。

（1）HPB系列

HPB系列钢筋只有一种牌号，即HPB300。这种钢筋的延性、可焊性和机械连接性能较好，易加工成形，但强度低，与混凝土的粘结强度也较低。实际工程中只用作板、基础的受力主筋，箍筋以及构造钢筋。

（2）HRB、HRBF系列

HRB系列钢筋包括HRB335、HRB400、HRB500三种牌号。HRBF系列钢筋系在热轧过程中，经过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋，包括HRBF335、HRBF400、HRBF500三种牌号。这两种系列钢筋的延性、可焊性、机械连接性能和锚固性能均较好，其中HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋是混凝土结构的主导钢筋，实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋、箍筋等。

（3）RRB系列

RRB系列钢筋制服有一种牌号，即RRB400。这种钢筋系热轧后利用热处理原理进行表面控制冷却，并利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。强度高，但延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性均降低，一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件。

热轧钢筋的公称直径和符号见表2.1。

表2.1  普通钢筋的设计参数(N/mm2)

钢筋级别	符号	公称直径 d（mm）	强度标准值		强度设计值		弹性模量 Es
			屈服强度标准值f yk	极限强度标准值fstk	抗拉强度设计值fy	抗压强度 设计值
HPB300	A	6~22	300	420	270	270	2.1×105
HRB335 HRBF335	B BF	6~50	335	455	300	300	2.0×105
HRB400 HRBF400 RRB400	C CF CR	6~50	400	540	360	360
HRB500 HRBF500	D DF	6~50	500	630	435	3410

2.1.2  钢筋的设计参数

（1）钢筋的强度

在钢筋混凝土结构设计计算中，常取屈服强度作为钢筋强度的设计依据。这是因为钢筋应力达到屈服后产生较大的塑性变形，这将使构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝，以致无法使用。

热轧钢筋的强度和变形指标见表2.1，表中fyk表示钢筋的抗拉强度标准值。

材料强度的设计值等于材料强度标准值除以材料分项系数。考虑了材料强度的变异等不利影响，延性较好的热轧钢筋的材料分项系数取1.10，500MPa级钢筋取1.15，混凝土的材料分项系数取1.4。

当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。横向钢筋的抗拉强度设计值fyv应按表中fyv的数值采用；当用作受剪、受扭、受冲切承载力计算时，其数值大于360N/mm2时应取360N/mm2。

（2）钢筋的弹性模量

钢筋的弹性模量是指在比例极限范围内应力与应变的比值，用Es表示。各种钢筋的弹性模量见表2.1。

2.1.3  钢筋的选用

用于混凝土结构的钢筋，应具有较高的强度和良好的塑性，便于加工和焊接，并应与混凝土之间具有足够的粘结力。

《混凝土结构设计规范》规定：

（1）纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF 500钢筋；也可采用HPB300、HRB 335、HRB F335、RRB400钢筋；

（2）梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB 400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；

（3）箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。

选用强度较高的钢筋能节省钢筋用量，从而取得良好的经济效果，同时由于减少配筋而方便施工。

2.2  混凝土

2.2.1 混凝土的强度

混凝土是混凝土结构中的主要受力材料，对混凝土结构的性能有重大影响。常用的混凝土强度有立方抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度等。其中立方抗压强度是衡量混凝土强度大小的基本指标。

（1）立方体抗压强度fcu

按照标准制作方法制成边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度,相对湿度90%以上）下养护至28天龄期，按照标准试验方法测得的具有 95% 保证率的抗压强度，作为混凝土立方体抗压强度标准值，以fcu，k表示。

根据混凝土立方体抗压强度标准值的大小，将混凝土共划分为14个强度等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。其中C表示混凝土，C后面的数字表示混凝土立方体抗压强度标准值。如C30表示=30 MPa。混凝土强度等级C60以下的为普通混凝土，C60及C60以上的混凝土称为高强混凝土。

（2）轴心抗压强度fc

混凝土的强度等级是采用立方体试件来确定的，但在实际工程中，钢筋混凝土构件的型式极少是立方体，大部分是棱柱体或圆柱体型。为了能更好地反映混凝土的实际抗压能力，在计算钢筋混凝土受压构件承载力时，采用混凝土的轴心抗压强度fc作为构件承载力计算的强度指标。

我国采用150mm×150mm×450mm的棱柱体试件测得的抗压强度作为为混凝土的轴心抗压强度。

    （3）轴心抗拉强度ft                                                                                                             

    混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的5%~10%，且不与抗压强度成正比，即当混凝土强度等级提高时，抗拉强度的增加不及抗压强度提高得快。

测定混凝土抗拉强度的试验方法有直接轴心受拉试验和劈裂试验，由于直接轴心受拉试验时试件对中比较困难，因此目前我国常采用劈裂试验方法测定混凝土抗拉强度。

进行结构计算时，各个强度等级混凝土的强度取值，可以直接查表2.2。

表2.2  混凝土的设计参数（N/mm2）

设计指标		混凝土强度等级
		C15	C20	C25	C30	C35	C40	C45	C50	C55	C60	C65	C70	C75	C80
强度 标准值	fck	10.0	13.4	16.7	20.1	23.4	26.8	29.6	32.4	35.5	38.5	41.5	44.5	47.4	50.2
	ftk	1.27	1.54	1.78	2.01	2.20	2.39	2.51	2.64	2.74	2.85	2.93	2.99	3.05	3.11
强度 设计值	fc	7.2	9.6	11.9	14.3	16.7	19.1	21.1	23.1	25.3	27.5	29.7	31.8	33.8	35.9
	ft	0.91	1.10	1.27	1.43	1.57	1.71	1.80	1.89	1.96	2.04	2.09	2.14	2.18	2.22
弹性 模量	Ec	2.20 ×104	2.55 ×104	2.80 ×104	3.00 ×104	3.15 ×104	3.25 ×104	3.35 ×104	3.45 ×104	3.55 ×104	3.60 ×104	3.65 ×104	3.70 ×104	3.75 ×104	3.80 ×104

  注：1.计算现浇钢筋混凝土轴心受压及偏心受压构件时，如截面的长边或直径小于300mm，则表中混凝土的强度设计值应乘以系数0.8；当构件质量（如混凝土成形、截面和轴线尺寸等）确有保证时，可不受此限制。

2.离心混凝土的强度设计值应按有关专门标准取用。

2.2.2  混凝土的变形

 引起混凝土变形的因素很多，归纳起来可分为两大类：一类是由于荷载作用产生的变形，包括一次短期加荷时的变形和荷载长期作用下的变形等；另一类为非荷载作用下变形，包括混凝土的化学收缩、干湿变形、温度变形等。

    2.2.2.1 混凝土在荷载短期作用下的变形

（1）混凝土一次短期加荷时的应力应变曲线

混凝土是一个弹塑性体，在外力作用下，既产生可以恢复的弹性变形，又产生不可恢复的塑性变形。混凝土荷载短期作用下的变形性能，通常采用h/b=3-4的棱柱体试件来测定，一次短期加载的应力-应变曲线如图2.2所示。曲线可分为上升段oc和下降段ca′,在上升段曲线开始部分的oa段（＜0.3fc时为直线段，混凝土处于弹性阶段,应力与应变呈正比；在ab段（约＜0.8fc＝时，混凝土内部微裂缝发展，产生塑性变形,变形增长速率加快，表现出混凝土的塑性变形特征。此后，随荷载增加，裂缝发展加快，塑性变形急剧增大，很快达到峰值应力fc,此时对应的应变为。此后，由于变形急剧发展承载力下降，而出现下降段，当达到d′时，混凝土已压碎。此时混凝土的应变为极限压应变。但由于各碎块间的机械咬合力与摩擦力存在，仍能承担一定荷载。如继续加载，混凝土的变形继续发展。

（2） 混凝土的弹性模量和变形模量

混凝土应力与应变之间的关系不是直线而是曲线，而变形模量是反映应力与应变关系的物理量，因此混凝土的变形模量不是定值。混凝土的变形模量有三种表示方法，即初始弹性模量、割线变形模量和切线弹性模量。、、见图2.3。

在计算钢筋混凝土构件的变形、裂缝以及大体积混凝土的温度应力时，都需要知道混凝土的弹性模量。规范规定，采用的棱柱体试件，取测定点的应力等于试件轴心抗压强度的40%，经三次以上反复加荷和卸荷后，测得应力与应变的比值作为混凝土弹性模量Ec。

根据不同强度等级混凝土弹性模量试验值的统计分析，混凝土的强度等级越高其弹性模量也越高，两者存在一定的相关性。我国《混凝土结构设计规范》经统计分析得到的混凝土弹性模量Ec（N/mm2）的经验计算公式为：

                          （2.1）

按式2.1计算的各强度等级混凝土弹性模量Ec列于表2.2。

2.2.2.2 混凝土在荷载长期作用下的变形——徐变

混凝土在荷载的长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。早在20世纪初，人们第一次发现钢筋混凝土桥的挠度几年以后仍在继续增长，这提醒人们有必要研究混凝土在荷载长期作用下的变形。

混凝土的徐变曲线见图2.4。当混凝土开始加荷时产生瞬时应变，随着荷载持续作用时间的增长，就逐渐产生徐变变形。徐变变形初期增长较快，以后逐渐变慢，一般要延续2～3年才稳定下来。当变形稳定以后卸掉荷载，混凝土立即发生稍少于瞬时应变的恢复，称为瞬时恢复。在卸荷后的一段时间内，变形还会继续恢复，称为徐变恢复。最后残留下来的不能恢复的应变，称为残余应变。混凝土的徐变可达（3～15），即mm/m。

影响混凝土徐变的因素很多，混凝土所受初应力越大，加荷载时龄期越短，水灰比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的徐变增加；混凝土弹性模量大，混凝土养护时温度越高、湿度越大，水泥水化越充分，徐变值越小。

混凝土的徐变对钢筋混凝土构件来说，有不利的一面，也有有利的一面。徐变会使构件的变形增加；在预应力钢筋混凝土结构中，徐变将使钢筋的预加应力受到损失，从而降低结构的承载能力。但徐变能消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力较均匀地重新分布；对大体积混凝土，则能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。，

2.2.2.3  混凝土在非荷载作用下的变形

（1）化学收缩

一般水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积要小，会导致水化过程的体积收缩，这种收缩称为化学收缩。化学收缩随混凝土硬化龄期的延长而增加，在40d内收缩值增长较快，以后逐渐稳定。化学收缩是不能恢复的，它对结构物不会产生明显的破坏作用，但在混凝土中可产生微细裂缝。

（2）干湿变形

当混凝土在水中硬化时，体积产生微小膨胀；当混凝土在干燥空气中硬化时，体积将产生收缩。一般来说，混凝土的收缩值比膨胀值大得多，混凝土的线收缩率为（1.5～2.0）×10-4,即每米约收缩0.15～0.2mm。

混凝土的湿胀变形量很小，对结构一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩可能使混凝土表面出现拉应力而开裂，严重影响混凝土的耐久性。因此，应采取措施减少混凝土的收缩，可采用以下措施：①加强养护；在养护期内使混凝土保持潮湿环境。②减小水灰比；水灰比大，会使混凝土收缩量大大增加。③减小水泥用量；水泥含量减少，骨料含量相对增加，骨料的体积稳定性比砂浆好，减少混凝土的收缩。④加强振捣。混凝土捣固的愈密实，内部孔隙量愈少，收缩量也就愈小。

（3）温度变形

混凝土的热胀冷缩变形称为温度变形。混凝土温度线膨胀系数约为×10-5, 即温度升高（或降低）1℃,每米约膨胀（或收缩）mm。

对大体积混凝土工程，应设法降低混凝土的发热量，如使用低热水泥、减少水泥用量、采用人工降温以及对表层混凝土加强保温保湿措施等，以减少内外温差，防止裂缝的产生和发展。对纵向较长的混凝土及钢筋混凝土结构，应考虑混凝土温度变形所产生的危害，每隔一段长度应设置温度伸缩缝，以及在结构内配置温度钢筋。

2.2.3  混凝土的选用

《混凝土规范》规定，素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；混凝土的强度等级还应与钢筋品种相匹配，以保证相互间有良好的粘结力。采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。预应力混凝土结构强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。

建筑工程中，混凝土构件常用混凝土强度等级为：受弯构件C25～C40，受压构件C30～C50，高层建筑底层柱C50或以上。

2.2.4结构耐久性对混凝土的基本要求

混凝土结构应符合有关耐久性规定，以保证其在化学的、生物的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀的作用下，达到预期的耐久年限。

结构的使用环境是影响混凝土结构耐久性的最重要的因素，属于外因。使用环境类别是指混凝土暴露表面所处的环境条件，按表2.3划分。其中，非严寒和非寒冷地区与严寒和寒冷地区的区别主要在于有无冰冻及冻融循环现象。

表2.3  混凝土结构的环境类别

环境类别	条      件
一	室内干燥环境； 无侵蚀性静水浸没环境
二a	室内潮湿环境； 非严寒和非寒冷地区的露天环境； 非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境； 严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
二b	干湿交替环境； 水位频繁变动环境； 严寒和寒冷地区的露天环境； 严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
三a	严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境； 受除冰盐影响环境 海风环境
三b	盐渍土环境； 受除冰盐作用环境； 海岸环境
四	海水环境
五	受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境

影响混凝土结构耐久性的另一重要因素是混凝土材料的质量，属于内因。它主要包括混凝土的水胶比(即水与胶凝材料总量的比值)、强度等级、氯离子和碱含量等因素。

设计使用年限为50年的混凝土结构，其混凝土材料宜符合表2.4的规定。其他结构混凝土，其耐久性应符合有关标准的规定。

表2.4 结构混凝土材料的耐久性基本要求

环境等级	最大水胶比	最低强度等级	最大氯离子含量（%）	最大碱含量（kg/m3）
一	0.60	C20	0.30	不限制
二a	0.55	C25	0.20	3.0
二b	0.50 (0.55)	C30 (C25)	0.15
三a	0.45 (0.50)	C35 (C30)	0.15
三b	0.40	C40	0.10

注：1  有可靠工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级；

2  处于严寒和寒冷地区二b、三a类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数。

2.3   钢筋和混凝土的共同工作

2.3.1  钢筋混凝土的一般概念

混凝土是在建筑工程中应用极为广泛的一种建筑材料。混凝土的抗压强度较高，而抗拉强度却很低，因此素混凝土的应用范围有限，主要用于受压构件，如柱墩、基础等。

但如果在混凝土中配置抗拉强度较高的钢筋，让混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，这样两种材料就可以各自发挥其优势，成为具有良好工作性能的钢筋混凝土结构。下面以简支梁为例来说明钢筋混凝土的良好工作性能。

图2.5所示为两根截面尺寸（mm）、跨度（4m）、混凝土强度等级(C25)均相同的简支梁，图2.5（a）为素混凝土梁，图2.5（b）为在梁的受拉区配有适量钢筋的钢筋混凝土梁。由试验可知：两根梁的承载力和破坏形式有很大差别。素混凝土梁在相对较低的荷载下，由于受拉区混凝土断裂而突然破坏，梁的破坏荷载即为其开裂荷载=16kN，这时受压区混凝土的抗压强度远远没有被充分利用。在受拉区配置适量钢筋的钢筋混凝土梁，在荷载作用下，受拉区混凝土还会开裂，但钢筋可以代替开裂混凝土承受拉力，因而可以继续加载，直到钢筋达到屈服，受压区混凝土被压碎，梁才达到破坏荷载=70.5kN。由此看出，钢筋混凝土梁与素混凝土梁相比有以下两个显著的优点：（1）承载力高；（2）钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到了充分的利用。

2.3.2  钢筋与混凝土共同工作的原因

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的，钢筋与混凝土这两种力学性能不同的材料能够协调在一起共同工作的原因有：（1）钢筋与混凝土之间存在着粘结力，使两者在荷载作用下能够协调变形、共同受力；（2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数接近，钢筋为，混凝土为。当所处环境温度变化时，二者之间不会产生较大的相对变形使粘结力遭到破坏；（3）钢筋至构件边缘的混凝土保护层，能够有效地防止钢筋锈蚀，从而保证了结构的耐久性。

2.3.3  钢筋与混凝土之间的粘结

    钢筋与混凝土能够共同工作的基本前提是两者间具有足够的粘结强度，能够承受由于二者的相对变形（滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力，通常把这种剪应力称为粘结应力。

试验证明，钢筋与混凝土之间的粘结力，主要由以下三方面组成：（1）化学胶结力：混凝土在结硬过程中，水泥胶体与钢筋间产生吸附胶着作用。混凝土强度等级越高，胶结力也越高。（2）摩擦力：由于混凝土的收缩，使钢筋周围的混凝土握裹在钢筋上，当钢筋和混凝土之间出现相对滑动的趋势，则此接触面上将出现摩擦力。（3）机械咬合力：由于钢筋表面粗糙不平所产生的机械咬合作用。机械咬合力占总粘结力的一半以上，变形钢筋机械咬合力大大高于光面钢筋的机械咬合力。

2.3.4钢筋的锚固与连接

2.3.4.1 钢筋的锚固

受力钢筋依靠其表面与混凝土的粘结作用或端部构造的挤压作用而达到设计承受应力所需的长度，称为锚固长度。钢筋的锚固长度取决于钢筋强度及混凝土强度，并与钢筋外形有关。

(1)受拉锚固长度

当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，受拉普通钢筋的锚固长度按下式计算：                          （2.2）

                         （2.3）

式中  la——受拉普通钢筋的锚固长度，当la＜200mm时，取la=200mm；

lab——受拉普通钢筋的基本锚固长度；

——钢筋抗拉强度设计值（N/mm2），按表2.1采用；

——混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2），按表2.2采用；

——钢筋的公称直径（mm）；

     ——钢筋的外形系数，光面钢筋为0.16，带肋钢筋为0.14。

——锚固长度修正系数。当带肋钢筋的公称直径大于25mm时，取1.10；环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25；施工中易受扰动（如滑模施工）的钢筋取1.10。

在钢筋末端配置弯钩和机械锚固是减小锚固长度的有效方式，当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施(图32.6)时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度(投影长度)可取为按式(2.3)计算的基本锚固长度lab的60％。弯钩和机械锚固的形式(图2.6)和技术要求应符合表2.5的规定。

 

图2.6 钢筋弯钩和机械锚固的形式和技术要求

表2.5  钢筋弯钩和机械锚固的形式和技术要求

锚固形式	技术要求
90°弯钩	末端90°弯钩，弯钩内径4d，弯后直段长度12d
135°弯钩	末端135°弯钩，弯钩内径4d，弯后直段长度5d
—侧贴焊锚筋	末端—侧贴焊长5d同直径钢筋
两侧贴焊锚筋	末端两侧贴焊长3d同直径钢筋
焊端锚板	与厚度d的锚板穿孔塞焊
螺栓锚头	末端旋入螺栓锚头

注：1.焊缝和螺纹长度应满足承载力要求；

2.螺栓锚头和焊接锚板的承压净面积不应小于锚固钢筋截面积的4倍；

3.螺栓锚头的规格应符合相关标准的要求；

4.螺栓锚头和焊接锚板的钢筋净间距不宜小于4d，否则应考虑群锚效应的不利影响

5.截面角部的弯钩和一侧贴焊锚筋的布筋方向宜向截面内侧偏置。

(2)受压锚固长度

混凝土结构中的纵向受压钢筋，当计算中充分利用其抗压强度时，锚固长度不应小于相应受拉锚固长度的70％。

受压钢筋不应采用末端弯钩和一侧贴焊锚筋的锚固措施。

(3) 锚固长度范围内横向构造钢筋

为防止保护层混凝土劈裂时钢筋突然失锚，《混凝土结构设计规范》规定：当锚固钢筋的保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横向构造钢筋，其直径不应小于最大锚固钢筋直径的1/4；其间距，梁、柱、斜撑等构件不应大于最小锚固钢筋直径的5倍，板、墙等平面构件不应大于最小锚固钢筋直径的10倍，且均不应大于100mm。

2.3.4.2钢筋的连接

钢筋接头的基本原则是：应设置在受力较小处；同一根钢筋上应尽量少设接头；在结构的重要构件和关键传力部位（如柱端、梁端的箍筋加密区），纵向受力钢筋不宜设置连接接头。无论采用何种接头形式，接头位置都宜相互错开。

钢筋连接可采用绑扎搭接、焊接和机械连接，宜优先采用机械连接接头或焊接接头。

(1) 绑扎搭接

绑扎搭接受力性能差，浪费钢材，而且会影响混凝土的浇灌。绑扎搭接接头不得用于轴心受拉及小偏心受拉杆件(如桁架和拱的拉杆)的纵向受力钢筋，也不宜用于其他构件中直径大于25mm的受拉钢筋及直径大于28mm的受压钢筋。

绑扎搭接接头必须保证足够的搭接长度，而且光圆钢筋的端部还需做弯钩（图2.7）。

纵向受力钢筋绑扎搭接接头的搭接长度ll应按下式计算，且不应小于300mm；纵向受压钢筋的受压搭接长度不应小于0.7且不应小于200mm。 

                       （2.4）

式中——纵向受拉钢筋的搭接长度（mm）；

——纵向受拉钢筋的锚固长度（mm），按式（2.4）确定；

——纵向受拉钢筋搭接长度修正系数。当位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率为≤、50%、100%时，分别取1.2、1.4、1.6。

钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该长度范围内的搭接接头均属同一连接区段(图2.8)。位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率，梁和板不宜大于25%。柱类构件不宜大于50%。

 

图2.8  同一连接区段内的纵向受拉钢筋绑扎搭接接头

并筋采用绑扎搭接连接时，应按每根单筋错开搭接的方式连接。接头面积百分率应按同一连接区段内所有的单根钢筋计算。并筋中钢筋的搭接长度应按单筋分别计算。

在梁、柱类构件的纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋等横向构造钢筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的1/4。横向构造钢筋的间距，对梁、柱类构件不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。当受压钢筋直径大于25mm时，还应在搭接接头两个端面外lOOmm范围内各设置2个箍筋，以防止产生局部挤压裂缝。

 (2) 焊接接头

钢筋焊接接头可分为电阻点焊、闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊、埋弧压力焊等。

焊接能保证接头质量，并节省钢材，但焊接操作时有明火，且焊接时局部受热会影响焊口处钢筋的性能。细晶粒热轧带肋钢筋以及直径大于28mm的带肋钢筋，其焊接应经试验确定；余热处理钢筋不宜焊接。

纵向受力钢筋的焊接接头宜相互错开。钢筋焊接接头连接区段的长度为连接钢筋较小直径的35倍，且不小于500mm。位于同一连接区段内纵向受拉钢筋的焊接接头面积百分率不宜大于50%，纵向受压钢筋可不受限制。

 (3) 机械连接接头

常用的机械连接方法是带肋钢筋套筒径向挤压接头和钢筋锥螺纹接头。

机械连接接头性能可靠，节省钢材，操作简单，连接时无明火，并可用于不同材质钢筋的连接。

纵向受力钢筋的机械连接接头宜互相错开。钢筋机械连接接头连接区段的长度为连接钢筋较小直径的35倍。位于同一连接区段内纵向受拉钢筋机械连接接头面积百分率不宜大于50％，纵向受压钢筋可不受限制；在直接承受动力荷载的结构构件中不应大于50％。

 

 

 

本 章 小 结

1  钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性能不同的材料组成的，它们能够共同工作的原因是：①钢筋与混凝土之间存在着粘结力；②钢筋与混凝土的温度线膨胀系数接近；③钢筋至构件边缘的混凝土保护层，能有效地保护钢筋。

2  用于混凝土结构的钢筋主要有热轧钢筋、中强度预应力钢丝、预应力螺纹钢筋、消除应力钢丝和钢绞线等几类。热轧钢筋包括热轧光圆钢筋(即HPB系列钢筋)、普通热轧钢筋(即HRB系列钢筋)、细晶粒热轧钢筋(即HRBF系列钢筋)、余热处理钢筋(即RRB系列钢筋)。其强度等级分为300MPa、335MPa、400MPa、500MPa四级。梁、柱纵向受力普通钢筋应采用400级、500级钢筋，选用强度较高的钢筋能节省钢筋用量，从而取得良好的经济效果。

3  混凝土强度等级是按照混凝土立方体抗压强度标准值来划分的，共分为C15～C80十四个强度等级。在计算钢筋混凝土受压构件承载力时，采用混凝土的轴心抗压强度fc作为构件承载力计算的强度指标。建筑工程中，混凝土构件常用混凝土强度等级为：受弯构件C25～C40，受压构件C30～C50，高层建筑底层柱C50或以上。

4  混凝土的变形分为荷载作用下的变形和非荷载作用下变形。荷载作用下的变形包括一次短期加荷时的变形、荷载长期作用下的变形等；非荷载作用下的变形包括混凝土的化学收缩、干湿变形、温度变形等。混凝土在荷载的长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。混凝土所受初应力越大，加荷载时龄期越短，水灰比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的徐变增加。

5  混凝土结构应符合有关耐久性规定。结构的使用环境、混凝土材料的质量是影响混凝土结构耐久性的重要因素。钢筋混凝土梁与素混凝土梁相比：（1）承载力高；（2）钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到了充分的利用。钢筋与混凝土能够共同工作的基本前提是两者间具有足够的粘结强度。钢筋与混凝土之间的粘结力，主要由以下三方面组成：（1）化学胶结力，（2）摩擦力，（3）机械咬合力。

6钢筋的锚固长度取决于钢筋强度及混凝土强度，并与钢筋外形有关。在钢筋末端配置弯钩和机械锚固是减小锚固长度的有效方式。

7  钢筋连接可采用绑扎搭接、焊接和机械连接，宜优先采用机械连接接头或焊接接头。无采用何种接头形式，接头位置都宜相互错开。

 

 

 

技  能  训  练

一、填空题

1．         强度是有明显屈服点钢筋的主要强度指标。

2．钢筋的伸长率是反映其         性能的指标。

3．钢筋的塑性性能主要通过                     指标衡量。

4．钢筋与混凝土能够共同工作的原因是               、                、              。

5．钢筋与混凝土之间的粘结力包括             、               、              。

二、判断题

1．混凝土立方体试块的尺寸越大，强度越高。（   ）

2．混凝土抗拉强度随着混凝土强度等级的提高而增大。（   ）

3．混凝土收缩、徐变与时间有关，且互相影响。（   ）

4．混凝土立方体试块的尺寸越大，强度越高。（   ）

5．混凝土强度等级越高，胶结力越大。（   ）

三、选择题

1．常用的混凝土强度等级是（   ）

A. C1～C10          B. C15～C50       C. C70～C100      D. C150～C500

2．对于钢筋与混凝土的共同工作原理，下列说法中不正确的是（   ）

A. 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近      B. 钢筋表面应光滑，与混凝土粘结较牢

C. 钢筋和混凝土之间产生吸附作用          D. 混凝土保护钢筋免于锈蚀，增加了结构的耐久性

3．衡量钢筋塑性性能的指标有（   ）

A. 冷拉、冷拔和冷弯              B. 屈服强度和伸长率

C. 屈服强度和极限抗拉强度        D. 伸长率和冷弯性能

4．衡量钢筋塑性性能的指标有（   ）

A. 冷拉、冷拔和冷弯          B. 屈服强度和伸长率

C. 屈服强度和极限抗拉强度    D. 伸长率和冷弯性能

5．同一强度等级的混凝土，其强度标准值从大到小的排序为（   ）

A.  fcu,k，fck，ftk       B.  fcu,k，ftk，fck       C.  ftk，fcu,k，fck      D.  fck，ftk、fcu,k

6．减小混凝土徐变的措施有（   ）

A. 加大水泥用量，提高养护时的温度和湿度

B. 加大骨料的用量，提高养护时的温度，降低养护时的湿度

C. 延迟加载时的龄期，降低养护时的温度和湿度

D. 减少水泥用量，提高养护时的温度和湿度

四、简答题

1．钢筋混凝土梁与素混凝土梁相比较，有哪些显著不同之处？

2．钢筋与混凝土能够共同工作的原因是什么？

3．钢筋混凝土结构对钢筋有哪些要求？

4．热轧钢筋分为几个级别？分别用什么符号表示？

5．衡量钢筋塑性的指标有哪些？如何衡量？

6．热轧钢筋随级别增加，性能有何变化？

7．混凝土的强度指标有哪些？混凝土的强度等级是如何划分的？

8．钢筋混凝土结构对混凝土强度等级有什么要求？

9．什么是混凝土的徐变？可采取哪些措施减小混凝土的徐变？

10．什么是混凝土的收缩？可采取哪些措施减小混凝土的收缩？

11．混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？

12．钢筋与混凝土之间的粘结力由哪几方面组成？

13．保证钢筋与混凝土之间粘结力的措施有哪些？