混凝土的主要力学性能

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1、钢筋混凝土一般概念及材料的主要力学性能 P1P2(a )P1P2 中和轴受拉钢筋(b )一、钢筋混凝土的一般概念和 特点 概念： 由钢筋和混凝土结合 在一起共同工作的材料，该材 料可充分利用混凝土的抗压性 能和钢筋的抗拉性能。特点：与砖木结构相比强度 高；钢材用量少；耐久性好；耐火性好；可模性好；整体性好；材料来源广泛 图1.1素混凝土和钢筋 混凝土波怀情况对比软刚和硬刚钢筋的强度和变形性 能主要由单向拉伸测得的应力 应 变曲线来表征。试验表明，钢筋的 拉伸应力 应变曲线可分为两类： 有明显的流幅的钢筋（也称为软钢 ）见图1.2，没有明显流幅的钢筋（ 也称为硬钢）见图1.3。比例极限有明显流幅

2、的钢筋应力 应变 曲线，轴向拉伸时，在达到比例极 限a点之前，材料处于弹性阶段，软 钢应力与应变的比值为常数，即为 钢筋的弹性模量Es ，a为应力应变 成比例的极限状态，它所对应的应 力称为比例极限。(Mpa)钢筋的主要力学性能abcde比例极限屈服强度极限强度流幅屈服极限当应力达到b点后，材料开始屈 服，b点称屈服的上限点，过点后 ，应力与应变曲线出现上下波动， 形成一个明显的屈服台阶，屈服台 阶的下限c点所对应的应力称为“ 屈服强度。二、钢筋的主要力学性能 （一）钢筋的强度和变形极限强度当钢筋屈服塑流到一定程度，即到 达点以后，应力 应变曲线又开始 上升，抗拉能力有所提高，随着曲 线上升到

3、最高点d，相应的应力称为 钢筋的极限强度，cd段称为钢筋的 强化阶段。过了d点以后，钢筋在薄 弱处的断面将显着缩小，发生局部 颈缩现象，变形迅速增加，应力随 之下降，直到过点时试件被拉断 。图钢筋的主要力学性能(Mpa)0.85 b b 0.2%条件屈服强度（硬刚）高碳钢与低碳钢不同，见图 1.3，它没有明显的屈服台阶，塑 性变形小，延伸率亦小，但极限强 度高。通常用残余应变为0.2%的应 力，约0.85b作为假想屈服点(或 称条件屈服点)，用0.2表示， 0.85b 作为条件屈服强度。b 极限抗拉强度值。 图钢筋的伸长率除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反 映钢筋塑性性能的基本指

4、标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率 即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：钢筋的主要力学性能1-1式中： 伸长率（%）L-试件受力前的标距长度（有5d、10d、100d）L1-试件拉断后的标距长度 伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸 长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而 呈现脆性。 钢筋的主要力学性能钢筋的冷弯性能为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋 具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为d的钢筋绕某一规定 直径为D的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（1800） 时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表1-1表1-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求钢筋种类HPB235

5、HRB335HRB400 伸长率（% ）5251614冷弯要求冷弯角度1800180018005 _表示试件长度为5d的钢筋的伸长率钢筋的主要力学性能（二）钢筋的成分、分类、级别、品种成分： 钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、 钛及一些有害元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而 增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少 量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。分类： 我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素 钢和普通低合金钢两大类。含碳量小于0.25%的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量 为0.6%1.4%的碳素钢称为高碳钢或硬钢。在碳素钢的元素中加入少量

6、的合金元素，就成为普通低 合金钢。如20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi等。钢筋的主要力学性能HPB235HRB335HRB400高强钢丝(Mpa)0级别及品种：我国建筑工程中采 用的钢筋，国产普通钢筋 有以下4级：热轧光面235级热轧 带肋335级HRB400(20MnSiV、 20MnSiNb、 20MnTi):热轧带肋400级 RRB400(K20MnSi):余热处理钢筋400级（用HRB335(20MnSi) 穿水 热处理而成），各级别 性能见图1-420表示含碳量为0.2%，其余合金元素的含量在1.5%以下， k为 控制的意思。图钢筋的主要力学性能表1-2普通

7、钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)钢筋种类符号d(mm)fykfyfyHPB235(Q235)820235210210HRB335(20MnSi)650335300300HRB400(20MnSiV、 20MnSiNb、 20MnTi)650400360360RRB400(K20MnSi)840400360360R注：1.当d大于40mm时，应有可靠的工程经验。2. fyk钢筋的标准强度，具有95%以上的保证 率，由屈服极限确定。3. fy钢筋的抗拉强度设计值，fy钢筋的 抗压强度设计值。钢筋的主要力学性能表1-3预应力钢筋强度标准值及设计值(N/mm2) 种 类符 号fptkfpyf py

8、 钢绞线1*3S18601320390 17201220 15701110 1*718601320390 17201220 消除应 力钢丝光 面 螺旋肋PH17701250 41016701180 15701110 刻 痕I15701110410 热处理钢筋40Si2MnHT14701040400 48Si2Mn 45Si2Cr钢筋的主要力学性能表1-4钢筋 弹性模量（105N/mm2）种 类EsHPB2352.1热处理钢筋 2.0消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝 ）2.05钢绞线1.92注：必要时钢铰线可采用实测的弹性模量 钢筋的主要力学性能热处理钢筋上面所述为普通钢筋，而预应力

9、钢筋采用热处理钢筋。由 40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=8.2)和45Si2Cr(d=10)等通过加热、 淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋 。 钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢丝、 螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为两个级别：甲 级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，新规范中也未列入 。若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。钢丝(直径在5mm以内)可以是单根的，也可以编成钢绞线或 钢丝束。 钢筋的主要力学性能钢绞线是由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经低温回火 制成。按其股数可分为3股和7股两种，高强钢

10、丝、钢绞线 的强度可达1700Nmm2以上。钢筋的主要力学性能钢筋的冷拉和冷拔 (1)冷拉冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提高 钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉强度 ，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材，调直钢 筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。(2)冷拔冷拔是将68的HPB235级钢筋，用强力从直径较小的硬 质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提 高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提高，但 塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘检验，分 为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。

11、adeo冷拉伸长率图1-5冷拉后的应力 应变曲线钢筋的主要力学性能kklkkdeb5b4b3200o图1-6冷拔钢筋的应 力应变曲线21.96400600(10-2)钢筋的主要力学性能冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；而冷 拔可同时提高抗拉和抗压强度。必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度的 有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来，强度 高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供应，故 冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新混凝土规范，但并不是不 允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，应符合专门规程的规 定。 钢筋的主要力学性能钢筋的形式(b)(a)(c)(d)光

12、面钢筋 (a):HPB235带肋钢筋 (b)_(d):(b)螺纹钢筋(c)人字纹钢筋 (d) 月牙形钢筋 我国带肋钢筋的外形目前生产的 是月牙形。HRB335表面有阿拉 伯数字“2”， HRB400表面有阿拉 伯数字“3”。钢筋的主要力学性能建筑结构对钢筋的要求及选择原则要 求强度要求、塑性要求、可焊性要求、与混凝土的粘结力选择的原则在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为：钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋；实际工程中，普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级 及RRB400级钢筋。 预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、

13、钢绞线为主导钢筋；预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采用热处理钢筋。各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理、保证质量、提高性能，通过 市场竞争优化或淘汰。购买钢筋应要求厂家提供三项力学性能（抗拉强度、屈服强度、伸长率）、两项 化学性能（磷、硫含量）混凝土的主要力学性能三、 混凝土的主要力学性能 （一）混凝土的强度 （1）、混凝土的立方体抗压强（fcu）度及强度等级混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土 力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的 混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（ 203，90%湿度）养护28天，

14、用标准试验方法（加载速度 0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方 体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 ， fcu,k混凝土强 度标准值，注意： fcu与fcu,k的区别在于是否具有95%的保证率根据规范强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为 5N/mm2。与原规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由C60 提高到C80，C50以上为高强混凝土。混凝土的主要力学性能如果采用的是100mm、200mm的非标准试件，应乘以0.95 、1.05的系数将其折算成标准试件。规范GB500102.24.1.2规定：在钢

15、筋混凝土结构中，混 凝土的强度等级不宜低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混 凝土强度等级不应低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢 筋以及对承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20 。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用 预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土 强度等级不宜低于C40。混凝土的主要力学性能（2）混凝土轴心抗压强度实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，即 构件的高度要比截面的尺寸大。一般用h/b=34的棱柱体抗压 强度来代表混凝土单向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强度 采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近

16、实际构件中 混凝土的受压情况，我国通常取150mm150mm450mm的棱 柱体试件，也常用100100300试件。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱 体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：混凝土的轴心抗压设计强度：fc=fck/c混凝土的主要力学性能式中：fck混凝土轴心抗压强度标准值fc混凝土轴心抗压强度设计值0.88实验试件与实际结构的差异修正系数c1棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值，对C50以下取0.76，对C80取0.82，其间按线性差值计算。c2C40以上混凝土脆性折减系数， C40取1.0，C80取0.87，其间按线性差值计算。 c混凝土材料分项系数，取1.4混凝土的主要力学性能