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1、第1章 钢筋和混凝土材料的物理 力学性能及其相互作用主讲教师：朱美春单位：建筑工程学院材料的力学性能钢 筋混 凝 土两者间的粘结强 度变 形粘结破坏的 过程和机理钢筋种类：热轧钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝或钢绞线一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的级别和品种HPB235 （Hot Rolled Plain Steel Bar）热轧光面钢筋Q235HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 热轧带肋钢筋20MnSiHRB400 （ Hot Rolled Ribbed Steel Bar ）热轧带肋钢筋20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTiRRB40
2、0 （Remained heat treatment Ribbed Steel Bar ） 余热处理钢筋 常用热轧钢筋的分类主要成分为铁元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，力学性能主要与碳的含量有关：含碳量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性变差。若含碳量低于0.25，则称为低碳钢，钢筋混凝土结构中多应用的是低碳钢。20MnSi 前面的20指的是平均含碳量的万分数，其他化学元素的含量在1.5 以下。热轧钢筋的成分HPB235：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是目前主要应用的钢筋品种之
3、一；HRB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是今后主要应用的钢筋品种之一；RRB400：是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降低，余热处理后塑性有所改善。热轧钢筋的性能特点一、钢筋的强度和变形2. 钢筋的应力-应变曲线ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同一、钢筋的强度和变形2. 钢筋的应力-应变曲线ABBCDE0.2%0.2强度指标明显流幅的钢筋：屈服强度定义为屈服下限，它 是钢筋混凝土构
4、件计算的强度限值，这是因为钢 筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件 会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至 不能使用 强屈比为极限强度与屈服强度的比值，热轧钢筋 通常在 1.41.6之间。* 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 一、钢筋的强度和变形2. 钢筋的应力-应变曲线变形指标* 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 不同钢筋应力应变关系的比较一、钢筋的强度和变形3. 钢筋的冷加工和热处理冷拉BK ZZK 残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制特性：只
5、提高抗拉强度，不提高抗 压强度，强度提高，塑性下降一、钢筋的强度和变形3. 钢筋的冷加工和热处理冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点 和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗 压强度一、钢筋的强度和变形3. 钢筋的冷加工和热处理热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高 ，塑性降 低不降低强度的前提下，消除 由淬火产生的内力，改善塑 性和韧性一、钢筋的强度和变形4. 钢筋的徐变和松弛徐变应力不变，随时间的 增长应变继续增加松弛长度不变，随时间的 增长应力降低对结构，尤 其是预应力 结构，产生 不利的影响 ，需采取必 要的措施一、钢筋的强度和变形5. 钢筋的疲劳重复荷载作用下，钢筋的强度0.8f
6、c，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，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，徐变越小混凝土徐变的影响因素徐变对结构的影响 ：使构件的变形增加；在截面中引起应力重分布；在预应力混凝土结构中引起预应力损失。 钢筋和混凝土这两种材料结合在一起，在荷 载、温度、收缩等外界因素作用下，能够共 同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外 ，主要是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土 之间产生了良好的粘结能力。三、钢筋与混凝土的相互作用 -粘结产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因： 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； 混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力； 钢筋表面凹凸不
7、平与混凝土之间产生的咬合力； 钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢等来提供锚固能力。lPd粘结力的测定 ：粘结力的测定通常采用拔出试验方法。 将钢筋的一端埋入混凝土内，在另一端施力 将钢筋拔出（如图）。粘结强度：粘结强度可由下式确定。式中：P拔出力；d钢筋直径；l钢筋埋入长度。粘结应力的类型： 两相邻裂缝间钢筋应力不均匀引起的局部粘结应力； 锚固粘结应力。锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固粘结强度以使钢筋强度得以充分利用，即以锚固粘结应力为例：钢筋的粘结性能：（1）光面钢筋的粘结性能光面钢筋的粘结能力来源于胶结和摩擦。由中心拉拔试验可知，在加荷初期，胶结力承担了全部拉拔力，随着拉力增大，首先在加载端出现滑移线，此时粘结力主要靠钢筋和混凝土之间的摩擦力提供。钢筋的粘结性能：（2）变形钢筋的粘结性能变形钢筋的粘结能力主要来源于摩擦力和机械咬合力。影响变形钢筋粘结力的主要因素有混凝土强度、锚固长度、保护层相对厚度、锚筋外形特征、混凝土浇注状况以及锚筋受力情况等。影响粘结强度的因素：（1）混凝土强度等级；（2）钢筋外观特征；（3）浇注位置；（4）钢筋净距及保护层厚度。保证粘结力的措施：（1）钢筋的锚固长度和搭接长度；（2）钢筋周围的混凝土应有足够的厚度；（3）钢筋末端的弯钩；（4）混凝土的浇筑。
