钢筋和混凝土材料的力学性能

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1、Chapter2:Mechanical Properties of Reinforcement and Concrete钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋Questions:1. Reinforcement Types?2. What about the usage for different rebars types? 3. What mechanical properties should we know?4. How to determine the rebars strength for structural design? 2

2、.1 2.1 Reinforcement (or Rebar)(钢 筋 )第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋2.1 2.1 Steel Reinforcement一、一、Steel TypeHot-Rolled, Steel Wire, Steel Strand, Heat Treated, Cold- Forming第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋2.1 钢 筋2.1 钢 筋Steel Reinforcement一、钢筋的品种一、钢筋的品种(Type)热轧热轧(Hot-Rolled)钢筋、中高强钢筋、中高强钢丝钢丝(Steel Wire)和和钢绞线钢绞线 (Steel Stra

3、nd)、热处理热处理(Heat Treated)钢筋和钢筋和冷加工冷加工(Cold- Forming)钢筋钢筋第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBarYield strength屈服强度屈服强度 fykHPB235级： fyk= 235 N/mm2HRB335级： fyk= 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk

4、= 400 N/mm2热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋余热处理钢筋余热处理钢筋（标准值标准值=钢材废品限 值，保证率97.73%）第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋?HPB235 is mostly used as plain bars and generally used for reinforcement of cast in-place concrete slabs.?The strength of HRB335 and HRB400 is higher and mainly used as reinforcement of RC members.?The stre

5、ngth of RRB400 is too high to used for reinforcement in RC members. It is usually used as prestressed reinforcement.第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋?HPB235级(级)钢筋多为光面钢筋钢筋多为光面钢筋（Plain Bar）， 多作为， 多作为现浇(现浇(In-Situ) )楼板的受力钢筋和箍筋楼板的受力钢筋和箍筋?HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大 的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增强与混凝土 的粘结（钢筋强

6、度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大 的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增强与混凝土 的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变 形钢筋（），外形制作成月牙肋或等高肋的变 形钢筋（Deformed Bar）。）。?级钢筋级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中 的配筋，一般冷拉后作强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中 的配筋，一般冷拉后作预应力筋预应力筋(Prestressed Reinforcement)?延伸率(延伸率(Elongation Strain)：)： 5 5= =25、16、14、 10%，直径，直径840。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋Wire or

7、 tendon are all used in prestressed concrete structures. The strength is ranged from 800 to 1860MPa. Cold working can improve the strength of rebar and save steel.Heat treated rebar is much higher in strength than ordinary rebar and has a moderate elongation strain.第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋钢丝钢丝 Wire：中强钢丝

8、的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞 线，高强钢丝、钢绞 线(Strand or Tendon)的为的为 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%， d100=3.54%；钢丝的直径；钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋 三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径；外形有光面、刻痕和螺旋肋 三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋冷加工钢筋 Cold working rebar：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。

9、冷加工的目的是为了提高 钢筋的强度，节约钢材。是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高 钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。 近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋热处理钢筋 Heat treated rebar ：是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸 率降低不多。用于预应力混凝土结构。是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸 率降低不多。用于预应力混凝土结构

10、。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋二、二、Stress-Strain Relationship Rebar with yield pointaa-elastic limitade-strain hardening stagebcb-upper yield strength c- fy , lower yield strengthdcd-yield plateauefufye- fu, ultimate tensile strengthfa-proportional limit =Es第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋二、钢筋的应力-应变关系二、钢筋的应力-应变关系 Stress-

11、Strain Relationship 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield pointa为比例极限proportional limit =Esaa为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebcb为屈服上限upper yield strength c为屈服下限，即屈服强度 fy lower yield strengthdcd为屈服台阶yield plateauefufye为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthf第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋Index：yield s

12、trength：design basis of reinforcement strength.elongation strain：the strain while fracture occurs which reflects the plastic behavior of the reinforcement.00 10or 5lll =残余变形r弹性变形e第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋几个指标：几个指标： 屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服 后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形，因为钢筋屈服 后将很大的塑性变形，且卸

13、载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢 筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加 载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。，这会使钢 筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加 载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。 延 伸 率延 伸 率elongation strain：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性 性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性 性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好00 10or 5lll =屈 强 比屈 强 比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，

14、fy/fu=0.60.7。残余变形r弹性变形e第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋均匀延伸率均匀延伸率 gt对应最大应力时应变，包括了对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力，反映了钢筋真实的变形能力)(%)0sb gtELLL+=P.9第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系 一般可采用双线性的理想弹塑性关系理想弹塑性关系 Bilinear elasto-plastic relationyyys fE=fyy1Es钢筋的弹性模量(N/mm2) 种 类EsHPB235 级钢筋2.1105HRB335 级钢筋、H

15、RB400 级钢筋、RRB400 级钢筋、 热处理钢筋2.0105消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05105钢绞线1.95105第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋Rebar without yield pointa0.2%0.2fua：proportional limit，about 0.65fu;before a：the stress-strain relationship is linear elastic;after a： the stress-strain relationship is nonlinear and has some plastic behavior, an

16、d has no visible yield point;design basis of strength - conditional yield point第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 Rebar Without Yield Pointa0.2%0.2fua点：点：比例极限，约为比例极限，约为0.65fua点前：点前：应力应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：点后：应力应力-应变关系为非线性， 有一定塑性变形，且没有明显的屈 服点应变关系为非线性， 有一定塑性变形，且没有明显的屈 服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范取规范取 0