中文名 | 鋼筋混凝土 | 外文名 | Reinforced Concrete |
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別????名 | 鋼筋砼 | 分????類 | 混合物 |
鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少,從占構(gòu)件截面面積的1%(多見(jiàn)于梁板)至 6%(多見(jiàn)于柱)不等。鋼筋的截面為圓型。在美國(guó)從0.25至1英尺,每級(jí)1/8英尺遞增;在歐洲從8至30毫米,每級(jí)2毫米遞增;在中國(guó)大陸從3至40毫米,共分為19等。在美國(guó),根據(jù)鋼筋中含碳量,分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高,且強(qiáng)度和剛度較高,但難于彎曲。在腐蝕環(huán)境中,電鍍、外涂環(huán)氧樹(shù)脂、和不銹鋼材質(zhì)的鋼筋亦有使用。
在潮濕與寒冷氣候條件下,鋼筋混凝土路面、橋梁、停車場(chǎng)等可能使用除冰鹽的結(jié)構(gòu)則應(yīng)使用環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋或者其他復(fù)合材料混凝土,環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋可以通過(guò)表面的淺綠色涂料輕松識(shí)別。
鋼筋混凝土的發(fā)明出現(xiàn)在近代,通常認(rèn)為法國(guó)園丁約瑟夫·莫尼爾(en:Joseph Monier(英文))于1849年發(fā)明鋼筋混凝土并于1867年取得包括鋼筋混凝土花盆以及緊隨其后應(yīng)用于公路護(hù)欄的鋼筋混凝土梁柱的專利。1872年,世界第一座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在美國(guó)紐約落成,人類建筑史上一個(gè)嶄新的紀(jì)元從此開(kāi)始,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在1900年之后在工程界方得到了大規(guī)模的使用。1928年,一種新型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土出現(xiàn),并于二次世界大戰(zhàn)后亦被廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)踐。鋼筋混凝土的發(fā)明以及19世紀(jì)中葉鋼材在建筑業(yè)中的應(yīng)用使高層建筑與大跨度橋梁的建造成為可能。
目前在中國(guó),鋼筋混凝土為應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式,占總數(shù)的絕大多數(shù),同時(shí)中國(guó)也是世界上使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最多的地區(qū)。其主要原材料水泥產(chǎn)量已于2010年達(dá)到18.82億噸,占世界總產(chǎn)量70%左右。
混凝土是水泥(通常硅酸鹽水泥)與骨料的混合物。當(dāng)加入一定量水分的時(shí)候,水泥水化形成微觀不透明晶格結(jié)構(gòu)從而包裹和結(jié)合骨料成為整體結(jié)構(gòu)。通?;炷两Y(jié)構(gòu)擁有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度(大約 3,000 磅/平方英寸, 35 MPa)。但是混凝土的抗拉強(qiáng)度較低,通常只有抗壓強(qiáng)度的十分之一左右,任何顯著的拉彎作用都會(huì)使其微觀晶格結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和分離從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。而絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部都有受拉應(yīng)力作用的需求,故未加鋼筋的混凝土極少被單獨(dú)使用于工程。
相較混凝土而言,鋼筋抗拉強(qiáng)度非常高,一般在200MPa以上,故通常人們?cè)诨炷林屑尤脘摻畹燃觿挪牧吓c之共同工作,由鋼筋承擔(dān)其中的拉力,混凝土承擔(dān)壓應(yīng)力部分。例如在圖2簡(jiǎn)支梁受彎構(gòu)件中,當(dāng)施加荷載P時(shí),梁截面上部受壓,下部受拉。此時(shí)配置在梁底部的鋼筋承擔(dān)拉力(4),而上部陰影區(qū)所示混凝土(2)承受壓力(3)。在一些小截面構(gòu)件里,除了承受拉力之外,鋼筋同樣可用于承受壓力,這通常發(fā)生在柱子之中。鋼筋混凝土構(gòu)件截面可以根據(jù)工程需要制成不同的形狀和大小。
同普通混凝土一樣,鋼筋混凝土在28天后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
纖維混凝土主要用于噴漿施工,但也可用于普通混凝土施工。鋼纖維和玻璃纖維是最常用的纖維,其費(fèi)用并不比人工綁扎鋼筋混凝土貴多少。
碳纖維亦非常適用于加固混凝土,但價(jià)格高昂,故一般用于失效鋼筋混凝土的加固補(bǔ)救措施。
鋼板混凝土
鋼板混凝土施工中,工人現(xiàn)場(chǎng)將鋼板構(gòu)件焊接,節(jié)省了綁扎鋼筋的時(shí)間。而且鋼板混凝土具有較大的剛度,因?yàn)殇摪灏诨炷林?,拉?yīng)力是最大的。故而多用于超高層建筑。
鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質(zhì)決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數(shù),不會(huì)由環(huán)境不同產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力,有時(shí)鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條(稱為變形鋼筋)來(lái)提高混凝土與鋼筋之間的機(jī)械咬合,當(dāng)此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時(shí),通常將鋼筋的端部彎起90度彎鉤。此外混凝土中的氫氧化鈣提供的堿性環(huán)境,在鋼筋表面形成了一層鈍化保護(hù)膜,使鋼筋相對(duì)于中性與酸性環(huán)境下更不易腐蝕。
鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)
鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)會(huì)對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)造成損傷。當(dāng)鋼筋銹蝕時(shí),銹跡擴(kuò)展,使混凝土開(kāi)裂并使鋼筋與混凝土之間的結(jié)合力喪失。當(dāng)水穿透混凝土表面進(jìn)入內(nèi)部時(shí),受凍凝結(jié)的水分體積膨脹,經(jīng)過(guò)反復(fù)的凍融循環(huán)作用,在微觀上使混凝土產(chǎn)生裂縫并且不斷加深,從而使混凝土壓碎并對(duì)混凝土造成永久性不可逆的損傷。
在潮濕與寒冷氣候條件下,對(duì)鋼筋混凝土路面、橋梁、停車場(chǎng)等可能使用除冰鹽的建筑結(jié)構(gòu)物,應(yīng)使用環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋或者熱浸電鍍、不銹鋼鋼筋等材料作為加強(qiáng)筋。環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋可以通過(guò)表面的淺綠色涂料輕松識(shí)別。更便宜的辦法是使用磷酸鋅作為鋼筋的防銹涂料,磷酸鋅與鈣離子與氫氧根離子反應(yīng)生成穩(wěn)定的羥磷灰石。防水材料也用來(lái)保護(hù)鋼筋混凝土,如夾層填入膨潤(rùn)土的無(wú)紡?fù)凉げ?。亞硝酸鈣Ca(NO2)2作為緩蝕劑,按照相對(duì)于水泥重量1-2%的比例添加,可以防護(hù)鋼筋的腐蝕。因?yàn)閬喯跛岣x子是一種溫和的氧化劑,與鋼筋表面的亞鐵離子(Fe)結(jié)合沉淀為不可溶的氫氧化鐵(Fe(OH)3).
碳化作用
正確地說(shuō)應(yīng)該是叫碳酸化作用,習(xí)慣通稱為碳化作用?;炷林械目紫端ǔJ菈A性的,根據(jù)Pourbaix圖,鋼筋在pH值大于11時(shí)是惰性的,不會(huì)發(fā)生銹蝕??諝庵械亩趸寂c水泥中的堿反應(yīng)使孔隙水變得更加酸性,從而使pH值降低。從構(gòu)件制成之時(shí)起,二氧化碳便會(huì)碳酸化構(gòu)件表面的混凝土,并且不斷加深。如果構(gòu)件發(fā)生開(kāi)裂,空氣中的二氧化碳將會(huì)更容易進(jìn)入混凝土的內(nèi)部。通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,會(huì)根據(jù)建筑規(guī)范確定最小鋼筋保護(hù)層厚度,如果混凝土的碳化削弱了這一數(shù)值,便可能會(huì)導(dǎo)致因鋼筋銹蝕造成的結(jié)構(gòu)破壞。
測(cè)試構(gòu)件表面的碳化程度的方法是在其表面鉆一個(gè)孔,并滴以酚酞,沒(méi)有碳化部分便會(huì)變成粉色,通過(guò)測(cè)定沒(méi)有變色的砼的深度,便可得知碳化層的深度。
氯化腐蝕
氯化物, 包括氯化鈉,會(huì)對(duì)混凝土中的鋼筋腐蝕。因此,拌合混凝土?xí)r只允許使用清水。同樣使用鹽來(lái)為混凝土路面除冰是被禁止的。
堿骨料反應(yīng)
堿骨料反應(yīng)或堿硅反應(yīng),(Alkali Aggregate Reaction,簡(jiǎn)稱AAR,或Alkali Silica Reaction,簡(jiǎn)稱ASR)是指當(dāng)水泥的堿性過(guò)強(qiáng)時(shí),骨料中的非結(jié)晶硅成分(SiO2)溶解并游離在高pH (12.5 - 13.5) 的水中,與水泥中的氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鹽,與水泥中的氫氧化鈣反應(yīng)生成水合硅酸鈣,引起混凝土的不均勻膨脹,導(dǎo)致開(kāi)裂破壞。它的發(fā)生條件為(1)骨料中含有相關(guān)活性成分——非結(jié)晶的二氧化硅;(2)環(huán)境中有足夠的氫氧根離子;(3混凝土中有足夠的濕度,相對(duì)濕度大于75%。這種反應(yīng)被稱為混凝土之癌,不論是否加強(qiáng)了鋼筋,混凝土中都會(huì)有此反應(yīng)。例如,混凝土的大壩。
高鋁水泥的晶體轉(zhuǎn)變
高鋁水泥對(duì)弱酸特別是硫酸鹽有抗性,同時(shí)早期強(qiáng)度增長(zhǎng)很快,具有很高強(qiáng)度和耐久性。在第二次世界大戰(zhàn)后被廣泛使用。但是由于內(nèi)部水化物晶體的轉(zhuǎn)型,其強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間推移而下降,在濕熱環(huán)境下更為嚴(yán)重。在英國(guó),隨著3起使用高鋁預(yù)應(yīng)力混凝土梁的屋頂?shù)牡顾@種水泥在當(dāng)?shù)赜?976年被禁止使用,雖然后來(lái)被證明有制造缺陷,但禁令仍然保留。
硫酸鹽腐蝕
地下水中的硫酸鹽會(huì)與硅酸鹽水泥反應(yīng)生成具有膨脹性的副產(chǎn)品例如礬石(ettringite)或碳硫硅鈣(thaumasitein)從而導(dǎo)致混凝土的早期失效。
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鋼筋混凝土 1. 梁內(nèi)箍筋有哪些作用? 箍筋一般沿梁縱向均勻布置,或分段均勻布置。其作用是: (1)箍筋和斜裂縫間混凝土塊體一起共同抵抗由荷載產(chǎn)生的剪力; (2)箍筋可以限制斜裂縫的開(kāi)展, 使斜裂縫上端有較多的剩余受壓混凝土截面, 來(lái)抵抗由荷載產(chǎn)生的在該截面上的壓力和剪力; (3)箍筋兜住縱向受拉鋼筋,加強(qiáng)了縱筋的銷栓作用; (4)箍筋能固定縱向受拉鋼筋和上邊緣架立鋼筋(構(gòu)造鋼筋)的位置,構(gòu)成鋼 筋骨架; (5)箍筋可以防止縱向受壓鋼筋的側(cè)向壓屈。 2. 計(jì)算梁斜截面受剪承載力時(shí)應(yīng)取哪些計(jì)算截面? (1)支座邊緣處截面,該截面承受的剪力值最大; (2)受拉區(qū)彎起鋼筋彎起點(diǎn)處的截面; (3)箍筋截面面積或間距改變處截面; (4)腹板寬度改變處截面。 3.影響斜截面受剪承載力的主要因素有那些? ①混凝土強(qiáng)度;②配箍率及箍筋強(qiáng)度;③剪跨比;④縱向鋼筋配筋率;⑤加載方 式;⑥截面形式。 三、簡(jiǎn)答題
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1 8 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形和裂縫寬度驗(yàn)算 一、選擇題 1.進(jìn)行變形和裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)( ) A.荷載用設(shè)計(jì)值,材料強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值 B. 荷載和標(biāo)準(zhǔn)值,材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 C. 荷載和材料強(qiáng)度均用設(shè)計(jì)值 D. 荷載和材料強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)值 2.鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的剛度隨受荷時(shí)間的延續(xù)而( ) A. 增大 B. 不變 C. 減小 D. 與具體情況有關(guān) 3.提高受彎構(gòu)件的剛度(減小撓度)最有效的措施是( ) A. 提高混凝土強(qiáng)度等級(jí) B. 增加受拉鋼筋截面面積 C. 加大截面的有效高度 D. 加大截面寬度 4.為防止鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫開(kāi)展寬度過(guò)大,可( ) A. 使用高強(qiáng)度鋼筋 B. 使用大直徑鋼筋 C. 增大鋼筋用量 D.
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指用配有鋼筋增強(qiáng)的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。承重的主要構(gòu)件是用鋼筋混凝土建造的。包括薄殼結(jié)構(gòu)、大模板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及使用滑模、升板等建造的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物。用鋼筋和混凝土制成的一種結(jié)構(gòu)。鋼筋承受拉力,混凝土承受壓力。具有堅(jiān)固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點(diǎn)?;炷恋氖湛s和徐變(蠕變)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有重要意義。由于鋼筋會(huì)阻礙混凝土硬化時(shí)的自由收縮,在混凝土中會(huì)引起拉應(yīng)力,在鋼筋中會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力?;炷恋男熳儠?huì)在受壓構(gòu)件中引起鋼筋與混凝土之間的應(yīng)力重分配,在受彎構(gòu)件中引起撓度增大,在超靜定結(jié)構(gòu)中引起內(nèi)力重分布等?;炷恋倪@些特性在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)須加以考慮。由于混凝土的極限拉應(yīng)變值較低(約為0.15毫米/米)和混凝土的收縮,導(dǎo)致在使用荷載條件下構(gòu)件的受拉區(qū)容易出現(xiàn)裂縫。為避免混凝土開(kāi)裂和減小裂縫寬度,可采用預(yù)加應(yīng)力的方法;對(duì)混凝土預(yù)先施加壓力(見(jiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu))。
實(shí)踐證明,在正常條件下,寬度在0.3毫米以內(nèi)的裂縫不會(huì)降低鋼筋混凝土的承載能力和耐久性。在從-40~60°C的溫度范圍內(nèi),混凝土和鋼筋的物理力學(xué)性能都不會(huì)有明顯的改變。因此,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以在各種氣候條件下應(yīng)用。當(dāng)溫度高于60°C時(shí),混凝土材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)遭到損壞,其強(qiáng)度會(huì)有明顯降低。當(dāng)溫度達(dá)到200°C時(shí),混凝土強(qiáng)度降低30~40%.因此,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不宜在溫度高于200°C的條件下應(yīng)用:當(dāng)溫度超過(guò)200°C時(shí),必須采用耐熱混凝土。
鋼筋混凝土橋制造,見(jiàn)混凝土橋制造。
鋼筋混凝土橋制造,見(jiàn)混凝土橋制造。 2100433B
鋼、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指承重的主要構(gòu)件是用鋼、鋼筋混凝土建造的。
簡(jiǎn)介2100433B