混凝土是由水泥、细集料、粗集料和水,必要时掺入外加剂,按一定比例拌和、成型,经一定时间凝结硬化而成的人工石材。混凝土组成材料的品种、质量、配合比以及搅拌、振捣、养护等因素都会影响混凝土的性能。
评价混凝土品质的主要指标是强度和耐久性。在设计和施工中常用的混凝土强度可分为立方体强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度等。为了使制作的混凝土有一个统一的评定标准,必须对混凝土的强度规定统一的级别,这就是混凝土的强度等级。
(1)混凝土强度等级《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)规定:混凝土强度等级应按照立方体抗压强度标准值来确定。立方体抗压强度标准值( f cu,k )是指按照标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期,采用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。
混凝土强度等级采用符号C和立方体抗压强度标准值表示,共划分为十四个强度等级,即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。如C20表示立方体抗压强度标准值为 f cu,k =20N/mm 2 的混凝土强度等级。
(2)混凝土强度等级的选用 素混凝土结构的强度等级不应低于C15;钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20;采用400MPa级钢筋时混凝土强度等级不应低于C25;采用500MPa级钢筋时混凝土强度等级不应低于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C25。
预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40,且不应低于C30。
当采用山砂混凝土及高炉矿渣混凝土时,尚应符合专门标准的规定。
混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值 f ck 、 f tk 应按表1-12的规定采用。
表1-12 混凝土强度标准值
混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度设计值 f c 、 f t 应按表1-13的规定采用。
表1-13 混凝土强度设计值
(1)混凝土受压或受拉的弹性模量 E c 应按表1-11的规定采用。
(2)混凝土轴心抗压、轴心抗拉疲劳强度设计值 、 应按表1-13的混凝土强度设计值乘以相应的疲劳强度修正系数 γ ρ 确定。修正系数 γ ρ 应根据不同的疲劳应力比值 按表1-14、表1-15的规定采用。
表1-14 混凝土受压疲劳强度修正系数 γ ρ
表1-15 混凝土受拉疲劳强度修正系数 γ ρ
注:直接承受疲劳荷载的混凝土构件,当采用蒸汽养护时,养护温度不宜高于60℃。
疲劳应力比值 应按下式计算:
式中 、 ——构件疲劳验算时,截面同一纤维上的混凝土最小应力、最大应力。
当采用蒸汽养护时,养护温度不宜超过60℃;如有超过,计算需要的混凝土强度设计值应提高20%。
(3)混凝土疲劳变形模量 应按表1-16的规定采用。
表1-16 混凝土疲劳变形模量
(4)当温度在0~100℃范围内时,混凝土的线膨胀系数 α c 可采用1×10 -5 /℃。混凝土的泊松比 ν c 可采用0.2。
混凝土的剪变模量 G e 可按表1-11中混凝土弹性模量 E c 的0.4倍采用。
钢筋混凝土结构中所用钢筋,主要有热轧钢筋、热处理钢筋、钢丝、钢绞线等。
钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要有:强度高,具有良好的塑性和焊接性,与混凝土有较好的黏结锚固性能。
钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋,应按下列规定进行选用。
(1)普通纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋,也可采用HRB335、HRBF335、HPB300和RRB400钢筋。
(2)梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋。
(3)预应力筋宜采用钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋。
(4)普通箍筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋,也可采用HRB335、HRBF335、HPB300钢筋。
(1)钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。普通钢筋的屈服强度标准值 f yk 、极限强度标准值 f stk 应按表1-17采用;预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋的屈服强度标准值 f pyk 、极限强度标准值 f ptk 应按表1-18采用。
表1-17 普通钢筋强度标准值
注:1.热轧钢筋直径 d 系指公称直径。
2.当采用直径大于40mm的钢筋时,应有可靠的工程经验。
表1-18 预应力钢筋强度标准值
注:极限强度标准值为1960N/mm 2 ,钢绞线作后张预应力配筋时,应有可靠的工程经验。
各种直径钢筋、钢绞线和钢丝的公称截面面积、计算截面面积及理论质量应按表1-19~表1-21采用。
表1-19 钢筋的计算截面面积及理论质量
表1-20 钢绞线公称直径、公称截面面积及理论质量
表1-21 钢丝公称直径、公称截面面积及理论质量
(2)普通钢筋的抗拉强度设计值 f y 及抗压强度设计值 应按表1-22的规定采用。预应力钢筋的抗拉强度设计值 f py 及抗压强度设计值 应按表1-23的规定采用。
表1-22 普通钢筋强度设计值
表1-23 预应力钢筋强度设计值
注:当预应力钢绞线、钢丝的强度标准值不符合表1-18的规定时,其强度设计值应进行换算。
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 f yv 应按相应表中 f y 的数值采用;但用作受剪、受扭、受冲切承载力计算时,其数值大于360N/mm 2 时应取360N/mm 2 。
(1)钢筋弹性模量 E s 应按表1-24的规定采用。
表1-24 钢筋弹性模量
注:必要时可采用实测的弹性模量。
(2)普通钢筋和预应力钢筋疲劳应力增幅值 、 应由钢筋疲劳应力比值 、 分别按表1-25和表1-26的规定采用。
表1-25 普通钢筋疲劳应力幅限值
注:当纵向受拉钢筋采用闪光接触对焊接时,其接头处的钢筋疲劳应力幅限值应按表中数值乘以0.8取用。
表1-26 预应力钢筋疲劳应力幅限值
注:1.当 不小于0.9时,可不做预应力筋疲劳验算。
2.当有充分依据时,可对表中规定的疲劳应力幅限值作适当调整。
普通钢筋疲劳应力比值 应按下式计算:
式中 、 ——构件疲劳验算时,同一层钢筋的最小应力、最大应力。
预应力钢筋疲劳应力比值 应按下式计算:
式中 、 ——构件疲劳验算时,同一层预应力钢筋的最小应力、最大应力。
(3)当采用并筋(钢筋束)的形式配筋时,并筋的数量不应超过3根,其等效直径可按截面面积相等的原则换算确定。
(4)当因工程实际条件而必须作不同牌号或规格直径钢筋的代换时,应按钢筋承载力设计值相等的原则进行等强代换,还应满足配筋间距、保护层厚度、裂缝控制、挠度限值、锚固连接、构造要求以及抗震构造措施等的要求。
(1)构件中的钢筋可采用并筋的配置形式。直径28mm及以下钢筋并筋数量不应超过3根;直径32mm的钢筋并筋数量宜为2根;直径36mm及以上的钢筋不应采用并筋。并筋应按单根等效钢筋进行计算,等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。
(2)当进行钢筋代换时,除应符合设计要求的构建承载力、最大力下的总伸长率、裂缝宽度验算以及抗震规定以外,尚应满足最小配筋率、钢筋间距、保护层厚度、钢筋锚固长度、接头面积百分率及搭接长度等构造要求。