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1、1,单元二 钢筋和混凝土材料的力学性能,2,2.1 钢筋,2.1.1 钢筋分类,按化学成分,碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）,低碳钢（含碳量0.25%）,中碳钢（含碳量0.250.6%）,高碳钢（含碳量0.61.4%）,普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）,3,按加工方法,钢筋,热轧钢筋,冷拉钢筋,热处理钢筋,钢丝,碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,冷拔低碳钢丝,按外形,光圆钢筋,变形钢筋,冷拔钢筋,冷轧钢筋,2.1 钢筋,4,HPB235,屈服强度,钢筋：bar,表面形状：plain,生产工艺： hot rolled,HRB335,RRB400,热轧带肋屈服强度335Mpa,余热处理带肋
2、屈服强度400Mpa,20MnSiV,2.1 钢筋,1、热轧钢筋,是用低碳钢或低合金钢在高温下热轧制而成的。,6,2.1 钢筋,冷拔：,将HPB235级热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具。,经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压强度均大大提高，但塑性降低。,7,1、钢筋的强度和变形,有明显流幅的钢筋,无明显流幅的钢筋,（软钢）,（硬钢）,上屈服点不稳定,下屈服点,出现颈缩,BC段为屈服平台 CD段为强化段,拉断,2.1 钢筋,2.1.2 钢筋的主要力学性能,8,强度指标,* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复
3、的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用,* 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度,2.1 钢筋,9,变形指标,* 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值,* 冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂,2.1 钢筋,延伸率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。,弯心直径越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，钢筋的塑性性能越好。,10,3、混凝土结构对钢筋的要求,强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比,塑性要求：伸长率和冷弯要求,可焊性,与混凝土的粘结性,4、钢筋的应用范围,非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，
4、RRB400,预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋,2.1 钢筋,11,2.2.1 混凝土的强度,2.2 混凝土,混凝土的强度指标,立方体抗压强度,轴心抗压强度,轴心抗拉强度,12,1、混凝土立方体抗压强度fcu,2.2 混凝土,混凝土立方体抗压强度的测定： 边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，按照标准试验方法（两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度，作为混凝土的立方体抗压强度。,用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，称为混凝土的强度等级。,混凝土的强度等级一般可划分为： C15 C20 C25 C3
5、0 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80，共14个等级。,13,压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力,另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等,2.2 混凝土,试验方法,我国规范的方法：不涂润滑剂,14,2、轴心抗压强度（棱柱体抗压强度fc ）,标准试块：150150 300,非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05,考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果),对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150
6、, h=300），有fc=0.79fcu,圆柱体抗压强度,2.2 混凝土,15,3、轴心抗拉强度ft,2.2 混凝土,1）直接测试法 2）劈裂试验,混凝土抗拉强度的测定方法：,16,复合应力状态包括： （1）双向受力（双向受拉，双向受压，一拉一压） （2）三向受压（对混凝土的横向变形加以约束）,混凝土三向受压时，强度提高，变形能力增加,工程实例：螺旋箍筋柱，钢管混凝土柱,4、复合应力状态下混凝土的强度,2.2 混凝土,17,2、混凝土的变形,混凝土的变形,受力变形：一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变形、长期荷载作用下的变形,体积变形：收缩、膨胀、温度变形,混凝土受压应力-应变曲线,2.2
7、 混凝土,18,混凝土的泊松比和剪切模量,混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2,混凝土的剪切模量为,2.2 混凝土,19,长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变,原因之一，胶凝体的粘性流动,原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展,定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间继续增长的现象。,产生的原因：,2.2 混凝土,徐变对结构的影响：,使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布； 使受弯构件和偏压构件的变形加大 ； 使预应力混凝土构件产生预应力损失 。,20,影响徐变的因素,持续应力：应力大、徐变大 c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定,加荷时混凝土的
8、龄期，越早，徐变越大,水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大,骨料越硬，徐变越小,混凝土的密实性好，徐变小,构件养护时的温度高、湿度高，徐变小；使用时相反,构件单位体积的表面积小，徐变小,2.2 混凝土,21,混凝土的收缩,2.2 混凝土,混凝土的组成成分 （水泥用量、水灰比、骨料性质） 振捣、养护条件及环境温湿度,影响收缩的因素：,定义：混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩；混凝土在水中结硬时体积会膨胀。通常收缩值比膨胀值大很多。,22,混凝土收缩的工程意义：,如果混凝土构件处于完全自由的状态时，它产生的收缩只会引起构件的缩短而不会产生裂缝。 收缩是混凝土在不受外力的情况下
9、因体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。 混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,实际工程中一般采用设置施工缝来减小收缩应力。,2.2 混凝土,23,2.2 混凝土,3、混凝土结构的环境类别,24,2.3 钢筋与混凝土共同工作,2.3.1 共同工作的原因,* 混凝土和钢筋之间有良好的粘结作用，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形 。,* 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋： 1.2 10-5,* 混凝土包裹在钢筋的外部，
10、可使钢筋免于腐蚀或高温软化 。,25,2.3.2 钢筋与混凝土的粘结作用,钢筋与混凝土表面的化学胶着力； 钢筋与混凝土接触面的摩擦力 ； 钢筋与混凝土表面凹凸不平的机械咬合力 。,1 钢筋与混凝土产生粘结强度的主要原因,粘结作用由胶合作用、摩擦作用和咬合作用组成。,2.3 钢筋与混凝土共同工作,26,光圆钢筋,胶合力,摩擦力,机械咬合力（钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力）,有滑移时胶合力即消失,钢筋受力较大时粘结力主要由此二部分组成,粘结机理,2.3 钢筋与混凝土共同工作,27,变形钢筋,粘附力,摩擦力,机械咬合力,主要作用,粘结机理,2.3 钢筋与混凝土共同工作,28,2.3 钢筋与混凝
11、土共同工作,钢筋的外形； 混凝土的强度； 混凝土的保护层厚度及钢筋间距； 横向配筋的数量； 锚固区的横向压力 ； 受力状态。,2 影响粘结强度的因素,3 保证粘结力的措施,保证锚固长度和搭接长度； 保证混凝土有足够的保护层厚度及钢筋间距； 光圆钢筋在端部做弯钩,29,2.3 钢筋与混凝土共同工作,2.3.3 钢筋的锚固与连接,1 钢筋的锚固,受拉钢筋锚固长度：,锚固：,通过钢筋埋置段或机械措施将钢筋所受的力传给混凝土。,锚固长度的修正： 直径大于25mm的带肋钢筋，取 。 钢筋表面有环氧树脂涂层，取 。 锚固区混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3 倍，且配有箍筋时取 。 施工中易受扰动的钢筋（滑模
12、施工），取 。,30,2.3 钢筋与混凝土共同工作,依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用机械锚固措施。,机械锚固的形式,受压钢筋的锚固：,其锚固长度不小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍。,31,2.3 钢筋与混凝土共同工作,2 钢筋的连接,钢筋的连接方式,绑扎连接,焊接连接,机械连接,绑扎接头要有足够的搭接长度 同一构件中相邻钢筋的绑扎结构宜相互错开 在纵向受力钢筋搭接长度范围内箍筋应加密,电弧焊 ：单面焊：焊接长度不小于10d； 双面焊：焊接长度不小于5d； 电渣压力焊,32,33,34,？,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,？,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,
