《混凝土和钢筋》课件

混凝土和钢筋基础知识欢迎参加混凝土和钢筋基础知识课程本课程将全面介绍混凝土和钢筋材料的基本特性、工程应用和设计原理混凝土是由水泥、砂、石子和水按一定比例配制而成的人工石材，具有良好的抗压性能钢筋是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，主要承受拉力混凝土的组成与分类水泥胶凝材料骨料系统水泥是混凝土中的胶凝材料，起粘结作用常用硅酸盐水泥、包括细骨料（砂）和粗骨料（石子）砂分为天然砂和人工普通硅酸盐水泥等，水泥强度等级有

32.

5、

42.

5、

52.5等不砂，石子按粒径分为不同级配，为混凝土提供骨架作用同规格拌合用水外加剂系统拌合用水参与水泥的水化反应，一般采用饮用水水灰比是影响混凝土强度和耐久性的关键因素之一钢筋的种类与性能热轧钢筋冷轧钢筋不锈钢筋热轧带肋钢筋是最常用的钢筋类型，表冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋通过冷加工工在腐蚀性环境中使用的特种钢筋，具有面有横肋，与混凝土粘结性能好按强艺制成，强度较高但塑性相对较差主优异的耐腐蚀性能虽然成本较高，但度分为HRB

335、HRB

400、HRB500等要用于预应力混凝土结构和对强度要求在海洋工程、化工设施等特殊环境下具级别热轧钢筋具有良好的塑性和可焊较高的工程冷轧钢筋的屈服强度明显有明显优势，能够显著提高结构的使用性，广泛应用于各类钢筋混凝土结构高于热轧钢筋寿命中混凝土的物理力学性能240030标准密度抗压强度普通混凝土密度约2400kg/m³C30混凝土28天抗压强度≥30MPa

3.010弹性模量抗拉强度C30混凝土弹性模量约

3.0×10⁴MPa混凝土抗拉强度仅为抗压强度的1/10混凝土的主要物理性能包括密度、吸水率、抗渗性等力学性能主要体现在抗压强度高而抗拉强度低的特点上混凝土的弹性模量反映其变形性能，体积稳定性关系到结构的长期安全性这些基本性能参数是混凝土结构设计的重要依据钢筋的力学性能屈服强度钢筋开始产生塑性变形时的应力值，是钢筋设计的控制指标HRB400钢筋的屈服强度不低于400MPa，体现了钢筋承受拉力的基本能力极限强度钢筋能够承受的最大拉应力，通常为屈服强度的

1.25-

1.60倍极限强度反映了钢筋的安全储备，确保结构在超载情况下仍有一定的承载能力延伸率钢筋断裂时的总伸长率，反映钢筋的塑性性能良好的延性使钢筋在结构超载时能够产生明显变形，为结构提供破坏预警粘结性能钢筋与混凝土之间的相互作用力，主要通过钢筋表面的横肋与混凝土产生机械咬合良好的粘结性能是钢筋混凝土协同工作的基础混凝土与钢筋的协同工作粘结机制钢筋表面横肋与混凝土机械咬合应力传递荷载通过粘结力在两材料间传递协同受力混凝土受压钢筋受拉形成力偶共同变形两种材料变形协调无相对滑移钢筋混凝土之所以能够协同工作，主要依靠钢筋与混凝土之间良好的粘结性能在荷载作用下，钢筋和混凝土能够协调变形，充分发挥各自的材料特性混凝土承担压应力，钢筋承担拉应力，两者形成有效的受力体系钢筋混凝土的优缺点主要优点主要缺点•受力性能优异，能够承受复杂荷载•自重较大，约为钢结构的

2.5倍•可塑性强，易于浇筑成各种形状•抗拉强度低，容易产生裂缝•耐火性能好，高温下强度下降缓慢•施工周期长，需要养护时间•原材料来源广泛，造价相对较低•耐久性受环境影响较大•施工工艺成熟，技术要求相对简单•钢筋锈蚀会导致结构破坏钢筋混凝土作为现代建筑的主要结构材料，在发挥巨大优势的同时也存在一些固有缺陷通过合理的设计和施工措施，可以最大程度地发挥其优点并控制其缺点带来的不利影响结构体系基本类型楼板结构梁结构柱结构承受竖向荷载并将其传承受楼板传来的荷载并主要承受轴向压力的竖递给梁的水平构件常传递给柱或墙的水平承向构件，是框架结构的见的有现浇板、预制板重构件根据支承条件主要承重构件柱的截等类型，是建筑结构中分为简支梁、连续梁等面形状有圆形、方形、的重要组成部分不同类型矩形等基础构件将上部结构荷载传递给地基的构件包括独立基础、条形基础、筏板基础等多种形式施工工艺及影响因素配料搅拌按设计配合比准确计量各种原材料，充分搅拌确保混凝土质量均匀搅拌时间和搅拌方式直接影响混凝土性能运输浇筑及时运输新拌混凝土到浇筑地点，控制运输时间防止离析浇筑过程中应连续进行，避免冷缝产生振捣密实使用振动器对新浇混凝土进行充分振捣，排除气泡确保密实振捣不足会影响混凝土强度和耐久性养护硬化保持适当的温湿度条件，确保混凝土充分水化早期养护对混凝土最终强度和耐久性具有决定性影响混凝土硬化与养护水化反应温度控制水泥与水发生化学反应生成水化硅酸钙保持15-25℃的适宜温度促进水化反应凝胶，形成混凝土的强度基础这个过温度过高会导致早期强度增长过快但后程需要适宜的温度和湿度条件期强度降低养护时间湿度保持一般养护不少于7天，重要结构需要14-保持混凝土表面湿润，防止水分过早蒸28天养护时间直接影响混凝土的最终发充足的水分是水化反应持续进行的强度和耐久性能必要条件钢筋布置与锚固受力钢筋承担主要拉力的钢筋分布钢筋分散荷载防止局部开裂构造钢筋满足构造要求的配筋锚固钢筋确保钢筋与混凝土协同工作钢筋在混凝土中的布置必须按照设计要求和规范规定进行锚固长度是保证钢筋与混凝土有效粘结的关键参数，不同强度等级的钢筋和混凝土对应不同的锚固长度要求合理的钢筋布置能够确保结构安全可靠常见结构受力特点受压构件受拉构件主要承受轴向压力主要承受轴向拉力•柱、墩、压杆等•拉杆、系杆等•混凝土承担主要压力•钢筋承担全部拉力•钢筋防止压屈破坏•混凝土开裂后退出工作受扭构件受弯构件承受扭矩作用承受弯矩作用•雨篷梁、楼梯梁等•梁、板等构件•需要配置抗扭钢筋•受压区混凝土受压•箍筋和纵筋共同抗扭•受拉区钢筋受拉钢筋混凝土梁的受力分析正截面计算基于平截面假定进行承载力计算裂缝控制限制钢筋应力控制裂缝宽度挠度验算确保使用阶段变形满足要求钢筋混凝土梁的正截面承载力计算是结构设计的基础计算时假定平截面保持平面，混凝土受拉不参与工作，钢筋与混凝土完全粘结梁的常见裂缝包括受力裂缝、收缩裂缝和温度裂缝等，需要通过合理配筋和构造措施进行控制设计时还需验算挠度以保证正常使用功能钢筋混凝土柱的受力与设计轴心受压柱承受纯轴向压力，混凝土和钢筋共同承受压力需要考虑长细比对承载力的影响，配置纵筋和箍筋防止压屈破坏偏心受压柱同时承受轴力和弯矩，分为大偏心和小偏心受压大偏心时受拉钢筋屈服，小偏心时受压区混凝土压碎剪切破坏在地震等水平力作用下，柱可能发生剪切破坏通过配置足够的箍筋可以提高柱的抗剪能力和延性板结构和基础构件1单向板设计长宽比大于2的板按单向板计算，主要沿短边方向配置受力钢筋荷载主要沿短边方向传递给支承梁2双向板设计长宽比不大于2的板，荷载沿两个方向传递需要在两个方向都配置受力钢筋，按弹性理论或塑性理论计算3基础设计要点基础承受上部结构传来的荷载并传递给地基设计时需要进行地基承载力验算和基础构件承载力计算4常见基础问题不均匀沉降、冻胀、软土地基处理等是基础工程的常见问题需要根据地质条件选择合适的基础形式受弯构件正截面受力原理荷载作用外荷载在梁跨中产生最大正弯矩应力分布截面上部混凝土受压下部钢筋受拉力的平衡压力合力与拉力合力大小相等方向相反力矩平衡内力矩等于外弯矩实现截面平衡受弯构件正截面受力遵循平截面假定，即截面保持平面在弯矩作用下，受压区混凝土承受压应力，受拉区钢筋承受拉应力，两者形成内力偶抵抗外弯矩配筋率是影响截面受力性能的关键参数，过少会发生受拉破坏，过多会发生受压破坏配筋设计与最小配筋率受拉构件设计基础纯拉构件在轴向拉力作用下，混凝土开裂后完全退出工作，全部拉力由钢筋承担设计时以钢筋屈服强度为控制条件锚固设计钢筋端部必须有足够的锚固长度，确保钢筋拉力能够有效传递给混凝土锚固长度不足会导致钢筋滑脱破坏裂缝控制受拉构件必然开裂，设计时需要控制裂缝宽度在允许范围内通过增加钢筋根数可以减小裂缝间距和宽度受压构件设计要素稳定性分析截面配筋长柱在轴向压力作用下可能发生纵向钢筋承担部分压力并防止混失稳破坏需要考虑长细比的影凝土压碎，箍筋约束核心混凝土响，计算稳定系数修正承载力提高延性最小配筋率和箍筋间细长比过大的柱需要增加截面尺距都有严格的规范要求寸或减小计算长度构造要求柱的截面尺寸、纵筋直径、箍筋间距等都需要满足构造要求在地震区还需要加强箍筋配置，提高柱的延性和抗震性能剪力墙与抗震结构墙体受力剪力墙主要承受水平地震力和风荷载，通过面内剪切变形抵抗侧向力墙体的抗侧刚度远大于框架结构抗震设计抗震等级决定了结构的抗震构造措施一级抗震的要求最严格，需要在关键部位加强配筋和提高材料强度配筋控制剪力墙需要配置分布钢筋和边缘构件，分布钢筋控制裂缝，边缘构件承担拉压力并提供延性规范与设计标准安全系数设计指标分项系数设计方法三水准设防目标•荷载分项系数•小震不坏设计规范质量控制•材料分项系数•中震可修GB50010-2010规范体系•重要性系数•大震不倒施工验收标准•材料强度标准值•原材料检验•承载力计算方法•施工工艺控制•构造设计要求•结构验收要求裂缝的成因和分类受力裂缝非受力裂缝由外荷载引起的裂缝，通常出现在受拉区域这类裂缝的走向与由材料收缩、温度变化、地基不均匀沉降等因素引起这类裂缝主拉应力方向垂直，宽度随荷载增大而增加受力裂缝是结构正与结构受力无关，但可能影响结构的耐久性和使用功能预防措常工作状态的表现，但需要控制在允许范围内施包括控制材料质量和改善施工工艺•弯曲裂缝•收缩裂缝•剪切裂缝•温度裂缝•扭转裂缝•沉降裂缝裂缝按产生时间可分为施工期裂缝和使用期裂缝施工期裂缝主要由施工工艺不当引起，使用期裂缝则与荷载、环境因素相关正确识别裂缝类型是采取相应处理措施的前提裂缝控制措施设计控制合理配筋和构造设计材料控制选用低收缩高性能混凝土施工控制规范施工工艺和养护制度使用维护定期检查和及时修补裂缝控制是一个系统工程，需要从设计、材料、施工、使用等各个环节综合考虑设计阶段通过合理配筋限制裂缝宽度，施工阶段通过优化工艺减少收缩裂缝，使用阶段通过定期维护保证结构安全预防措施比事后处理更加经济有效裂缝常见形态与案例分析横向裂缝通常由弯曲受拉引起，垂直于构件轴线；纵向裂缝多由收缩或温度应力造成，平行于构件轴线；对角裂缝表明存在剪切破坏，需要特别关注；龟裂型裂缝多为表面收缩所致，深度较浅但影响外观现场裂缝监测需要记录裂缝的位置、长度、宽度、深度等参数，为后续处理提供依据混凝土收缩与温度裂缝塑性收缩新浇混凝土表面水分快速蒸发导致干燥收缩硬化后混凝土内部水分持续散失温度收缩温度降低时混凝土体积收缩自收缩水泥水化过程中的化学收缩收缩和温度裂缝是混凝土结构最常见的裂缝类型塑性收缩发生在浇筑后几小时内，可通过及时覆盖和喷雾养护预防干燥收缩是长期过程，影响因素包括水灰比、骨料性质、环境湿度等温度裂缝在大体积混凝土中尤为突出，需要采取温控措施开裂监测与检测方法裂缝尺测量数码显微镜超声波检测最简单直接的裂缝宽度测可以放大观察裂缝细部特利用超声波在混凝土中的量工具，精度可达

0.05mm征，记录裂缝发展过程传播特性检测内部缺陷适用于表面可见裂缝的快具有测量和拍照功能，便可以发现表面不可见的内速检测，操作简便成本低于建立裂缝档案进行跟踪部裂缝，判断裂缝深度和廉监测走向电磁检测检测钢筋位置和锈蚀状态，评估裂缝对钢筋的影响特别适用于判断裂缝是否已影响到受力钢筋的粘结性能混凝土耐久性分析冻融循环碳化作用寒冷地区混凝土孔隙中的水反复冻融，产氯离子侵蚀大气中二氧化碳与混凝土中氢氧化钙反生膨胀压力导致混凝土疲劳破坏表现为海洋环境中氯离子渗透到钢筋表面引起电应，使混凝土pH值降低当碳化深度达到表面剥落、强度降低、渗透性增加化学腐蚀氯离子浓度达到临界值时钢筋钢筋表面时，钢筋失去钝化保护开始锈开始锈蚀，锈蚀产物体积膨胀导致混凝土蚀开裂剥落钢筋锈蚀与防护措施锈蚀机理损伤发展钢筋表面钝化膜被破坏后，铁与氧气和膨胀压力超过混凝土抗拉强度时产生裂水分发生电化学反应生成铁锈锈蚀产缝，裂缝为有害介质提供通道，加速锈物体积比原钢筋增大2-4倍，产生膨胀压蚀进程形成恶性循环力混凝土保护防护涂层提高混凝土密实性、增加保护层厚度、环氧涂层钢筋、镀锌钢筋等表面防护技掺加阻锈剂等措施可以减缓有害介质向术可以隔离钢筋与腐蚀介质的接触，有钢筋的渗透速度效延缓锈蚀过程使用性能设计安全性要求适用性要求耐久性要求结构在设计使用期内应具有足够的承结构应满足正常使用的功能要求，包结构在设计使用期内应保持必要的承载能力，不发生影响安全的破坏包括变形、裂缝宽度、振动等限值过载能力和适用性，抵抗环境作用的影括强度、稳定性和疲劳性能等方面的大的变形会影响使用功能，过宽的裂响需要考虑材料老化、钢筋锈蚀、要求，确保结构不会因荷载作用而失缝会影响美观和耐久性混凝土劣化等长期效应效现代结构设计采用多重设防的理念，不仅要求结构在各种荷载组合下保持安全，还要满足正常使用和长期耐久的要求三项性能指标相互关联，共同确保结构的全寿命性能钢筋混凝土结构的加固与修复增大截面法外包钢加固纤维复合材料在原构件外包混凝土并增配钢筋，提高截在构件外表面包裹钢板或型钢，通过粘结碳纤维布、玻璃纤维布等具有高强度、耐面承载力适用于梁、柱等构件的加固，或螺栓连接形成组合截面加固效果显腐蚀、轻质等优点粘贴施工简便，不增施工简单可靠但会增加结构自重和尺寸著，对结构尺寸影响小，但需要防腐处加结构自重，特别适用于受拉加固理现代高性能混凝土技术高强混凝土自密实混凝土超早强混凝土抗压强度超过C60的混凝土，通过优化配依靠自重流动并充满模板，无需振捣的1天强度可达设计强度60%以上的快硬混合比和掺加矿物掺合料实现具有高强特种混凝土流动性好、抗离析性强，凝土通过掺加早强剂和调整水泥品种度、低渗透性的特点，适用于高层建能够确保复杂截面和密集配筋区域的浇实现，可以缩短施工周期，提高施工效筑、大跨桥梁等重要工程在超高层建筑质量特别适用于预制构件和装配式率在抢修工程和预制构件生产中应用筑中可以减小柱截面尺寸建筑广泛绿色环保混凝土材料再生骨料工业废料利用废弃混凝土生产粉煤灰、矿渣等掺合料•减少天然骨料开采•提高混凝土性能•降低建筑垃圾排放•减少水泥用量•节约自然资源•废料资源化利用低碳技术生态混凝土减少碳排放的新工艺透水、生态修复功能4•替代水泥材料•改善城市水循环•碳捕捉固化•减少热岛效应•绿色生产工艺•促进生态平衡预应力混凝土基础1先张法工艺先张拉预应力筋，后浇筑混凝土，混凝土硬化后放张预应力筋预应力通过粘结传递给混凝土，适用于预制构件生产2后张法工艺先浇筑混凝土并预留孔道，混凝土达到强度后穿入预应力筋并张拉通过锚具将预应力传递给混凝土，适用于现浇结构性能提升预应力可以提高构件的抗裂性能、刚度和承载力在跨度较大的梁、板中应用可以减小截面尺寸，节约材料用量现代桥梁中的混凝土与钢筋斜拉桥技术主塔采用高强混凝土，主梁多为预应力混凝土悬索桥应用2锚碇采用大体积混凝土，加劲梁为钢混组合结构施工新技术节段拼装、转体施工等先进工艺现代大跨度桥梁广泛采用高性能混凝土和预应力技术斜拉桥主塔需要承受巨大的压力和拉力，要求混凝土具有高强度和良好的耐久性悬索桥的锚碇承受主缆的巨大拉力，需要大体积高强混凝土施工技术的创新为复杂桥梁结构的实现提供了可能超高层建筑混凝土结构12深基础系统核心筒结构超高层建筑需要深入岩层的桩电梯井、楼梯间形成的钢筋混基础或地下连续墙，承担巨大凝土筒体是主要的抗侧力构的竖向和水平荷载基础混凝件墙体厚度随高度递减，底土强度等级通常在C40以上，部可达1米以上，采用高强混配筋密集凝土和密集配筋3巨型框架由巨柱和转换梁组成的大框架承担主要荷载构件截面巨大，混凝土强度等级高，施工技术复杂，是超高层建筑的关键技术上海中心大厦采用C60-C80高强混凝土，香港国际金融中心运用了先进的泵送和浇筑技术这些工程代表了混凝土技术在超高层建筑中的最高水平地下结构施工与防水地下空间特点地下结构面临地下水压力、土压力等复杂荷载条件，对防水和耐久性要求极高防水混凝土通过调整配合比和掺加防水剂，提高混凝土的抗渗性能，形成结构自防水体系施工质量控制严格控制施工缝、变形缝的处理，确保防水层的连续性和可靠性长期维护建立完善的排水系统和监测体系，及时发现和处理渗漏问题地铁、地下商场等地下工程的防水失效会造成严重后果防水混凝土技术结合外防水系统，形成多道防线确保地下结构的安全可靠施工过程中的质量控制和后期维护同样重要。