钢筋和混凝土材料的力学性能

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1、第第1 1章章 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1.1 1.1 钢筋钢筋1.2 1.2 混凝土混凝土1.31.3钢筋与混凝土的粘结、锚固及钢筋的连接钢筋与混凝土的粘结、锚固及钢筋的连接1.1.1钢筋的品种分类和级别1.1 钢筋按表面形状光面钢筋变形钢筋光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋1.1 钢筋1.1 钢筋附：钢筋牌号的鉴别方法附：钢筋牌号的鉴别方法产产产产品品规规规规格格为为为为1818生产产厂厂 标标“4”代表HRB400带带带带肋肋钢钢钢钢筋表面的筋表面的标标标标志志按化学成分碳素结构钢（含碳量在0.8%以下 ）低碳钢:含碳量0.25%中碳钢:含碳量 0.25%0

2、.6%高碳钢:含碳量0.65%1.4%普通低合金钢 (合金元素总含量 5% ）随着含碳量的增加，钢筋的强度提高，塑性降低。在低碳钢中，加入少Mn、Si，铌 、钛、钒、铬等合金元素，便成 为普通低合金钢，提高钢材的强 度和保持一定的延性。改善钢材 的性能1.1 钢筋按加工工艺和 力学性能热轧钢筋中、高强钢丝和钢绞线热处理钢筋冷加工钢筋 应用最广泛1.1 钢筋我国混凝土结构设计规范（GB50010-2010）规定 ，在钢筋混凝土结构中使用的钢筋按强度不同可分以下几 个级别:1.1 钢筋(1)HPB300级，代号表示，直径622mm，是光面的低 碳钢，强度较低，但塑性、韧性较好，易焊接、易加工， 价

3、格相对较低。但与混凝土的粘结性较差，可用作钢筋混 凝土板、小型构件的受力钢筋和构件的构造筋。(2)HRB335（HRBF335）级，其中HRBF系列为采用控温轧 制工艺生产的细晶粒带肋钢筋，代号 （ ）表示，直径 650mm，低合金钢，表面轧制成月牙肋。其强度较HPB300级 高，塑性、韧性、焊接性能好，主要用于钢筋混凝土构件中 的受力钢筋及预应力混凝土构件中的非预应力钢筋。F1.1 钢筋(3)HRB400（HRBF400）级，代号 （ ）表示，直 径650mm，是表面轧制成月牙肋的低合金钢，强度较 HRB335（HRBF335）级高，是规范提倡的主导钢筋筋。 还有RRB400级，用代号 表示

4、，此钢筋的延性、可焊性 、机械连接性及施工适应性不如HRB400钢筋FR(4)HRB500（HRBF500）级，代号 （ ）表示，直径 650mm，是表面轧制成月牙肋的低合金钢，钢筋强度较高 ，规范也主荐其用为纵向受力构件的主导钢筋筋。FHPBHot rolledPlain光圆BarHRBHot rolledRibbedBarRRBRolled余热处 理Ribbed带肋Bar1.1 钢筋按刚度柔性钢筋劲性钢筋 普通钢筋型钢1.1.2 钢筋的力学性能1.1 钢筋1、钢筋的应力-应变关系lPPA1.1 钢筋钢筋按其力学性能的不同，可分为有明显屈服点的 钢筋和没有明显屈服点的钢筋。比例极限屈服强度极

5、限强度o(N/mm2)fyfued流幅abcoa 弹性阶段cd 强化阶段de 颈缩阶段bc 屈服阶段有明显屈服点的钢筋 -图 a比例极限b屈服强度 fy ，是钢筋强度的 设计依据d极限抗拉强度 fu1.1 钢筋0.2% 0.2(N/mm2)o无明显屈服点的钢筋 -图 0.2条件屈服强度残余应变为0.2%所对应的应力规范取0.2 =0.85 fu钢筋的强度标准值1.1 钢筋钢筋的强度设计值1.1 钢筋断后伸长率是指规定标距（如5d或10d，预应力钢筋也有 取100mm）的试件做拉伸试验时，拉断后的伸长量与拉伸前的 原长度之比。以5、10表示。2、钢筋的塑性性能：钢筋的塑性是以断后伸长率和冷弯性能

6、来表述的。1.1 钢筋断后伸长率越性能大，钢筋的塑性性能越好。规范明确提出了对钢筋延性的要求，即钢筋在最大 力下的总伸长率gt应不小于下表规定的数值。1.1 钢筋1.1 钢筋钢筋在最大力下的总伸长率gt按下式计算：冷弯性能是将钢筋围绕某个规定的直径D（D规定为1d，2d，3d等）的辊轴弯曲成一定的角度（90或180），弯曲后，钢筋的表面不出现裂缝、起皮或断裂。1.1 钢筋弯心直径：越小，冷弯性能越好冷弯角度：越大，冷弯性能越好3、钢筋的冷加工和热处理1.1 钢筋（1）钢筋的冷加工钢筋的冷加工是指钢筋在不加温的情况下，对钢筋进行冷拉、冷拔或冷轧加工。（2）钢筋的热处理钢筋的热处理是将某些钢号的热

7、轧的钢筋进行高温淬火和余热后得到。1.1 钢筋4、钢筋的松驰与疲劳（1）钢筋的松驰钢筋的松驰是指钢筋受力后，在保持长度不变的情况下，其应力随时间的增长而逐渐降低的现象。（2）钢筋的疲劳钢筋的疲劳破坏是指钢筋在多次重复荷载作用下发生脆性的突然断裂的现象。1.1 钢筋1.1.3 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求和选用原则1、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求（1）强度高：钢筋的屈服强度和极限强度，钢筋强屈 比适宜（有足够安全储备）（2） 塑性好：伸长率、冷弯性能（3） 可焊性好：保证焊接后接头性能良好，不产生裂 纹或过大变形（4） 与混凝土间有足够的粘结力：钢筋的外形、锚固 措施和锚固长度。1.1 钢筋

8、2、选用原则宜优先选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢筋非预应力钢筋：宜优先选HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500预应力钢筋：宜优先选用预应力钢绞线、高强钢丝、热处理钢筋等高 强度钢材1.2 混凝土混凝土的强度受多种因素的影响，如 组成材料、配合比、浇筑、振捣、养护条 件、龄期、测定方法等。混凝土是由胶凝材料（水泥）、水和粗、细骨 料按适当比例配合，拌制成拌合物，经一定时间硬 化而成的人工石材。也可加入外加剂和掺合料。 混凝土的抗压强度高，而抗拉强度很低，在工 程中一般利用混凝土来承受压力。力学特点定义强度影响因素1.2 混凝土1、立方体抗压强度和强度等级（1）立方体抗压

9、强度:按照标准方法的制作边长为150的立 方体试件，在标准养护条件（温度20士2，相对湿度95以上） 下，养护至28龄期，按照标准的测定方法测定其抗压强度值。1.2.1 混凝土的强度不同的试件尺寸的强度换算:边长为 100的立方体试件，换算系数为0.95；边长为200的立方体试件，换算系数为1.05。由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100)fcu(150) = 1.05 fcu(200)1.2 混凝土（2）强度等级按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强 度标准值是具有95保证率的立方体抗压强度。规范将混凝土共划分为14个强度等级，即C15 、C20、C25、C30

10、、C35、C40、C45、C50、C55、C60 、C65、C70、C75、C80。 混凝土强度等级C60以下的 为普通混凝土，C60及C60以上的为高强混凝土。在混凝土的强度等级中，C表示混凝土，其后的 数字表示混凝土立方体抗压强度标准值。如C30表示 混凝土的立方体抗压强度标准值大于等于30 MPa。（1)素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15； （2)钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；当采用等级为400MPa及以上钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25；（3）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；（4）承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级

11、不应低于C30； 1.2 混凝土混凝土构件对混凝土强度等级的要求：1.2 混凝土2、 轴心抗压强度为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，计算轴心受压 构件（例如柱子、桁架的腹杆等）时，都是采用混凝 土的轴心抗压强度作为依据。我国现行规范标准规定，测定轴心抗压强度采用 150 150 300棱柱体作为标准试件。1.2 混凝土3、 轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的1/81/18.当混凝土强度等级提高时，抗拉强度的增加不及抗压强度提 高得快。 在钢筋混凝土构件的破坏阶段，处于受拉状态的混凝土 一般早已开裂，故在构件承载力计算中一般不考虑混凝土的

12、 抗拉强度，但抗拉强度对混凝土的抗裂性具有重要意义，是 结构设计中确定混凝土抗裂度的重要指标。1.2 混凝土4、影响混凝土强度的主要因素（1）混凝土的配合比（2）原材料的品质与种类（3）施工中浇捣的密实程度（4）养护条件（5）混凝土龄期通常，水泥强度等级高、水灰比低、搅拌均匀、振捣 充分、养护得当，则混凝土的强度就高，反之，则低。1.2 混凝土5、混凝土强度的标准值1.2 混凝土6.混凝土强度的设计值1.2 混凝土1、混凝土在一次短期加载时的变形OA 弹性阶段A : 0.3fcAB 弹塑性阶段 : 0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段BC 裂缝不稳定阶段 : 0.8 fc 1.0 fcCBDE

13、fc 00Acu特征点：fc - 轴心抗压强度1.2.2 混凝土的的变形0 -对应于峰值点应变 ，0 = 0.002cu - 混凝土极限压应变，cu = 0.00330 0原点弹性模量：弹性模量混凝土弹性模量的数值见附表1。1.2 混凝土规范中混凝土的弹性模量取：2、混凝土在重复荷载作用下的变形如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应力达到 某个数值，然后卸荷至零，并把这一循环多次重复下 去，就称为多次重复荷载。通常把能使试试件循环环200万次或次数稍多时发时发 生破坏 的压应压应 力称为为混凝土的疲劳劳抗压压强度，用符号 表示 。混凝土的疲劳抗压强度远远低于轴心抗压强度设计值。1.2 混凝土3

14、、混凝土在荷载长期作用下的变形徐变混凝土在不变的应力长期持续作用下，变形会随时间徐徐 增长的现象称为混凝土的徐变。徐变初期增长较快，以后逐渐变慢，一年内可完成90%左右 。1.2 混凝土徐变对混凝土结构的影响：（1）产生应力重分布，使混凝土应力减小，钢筋应力增大；（2）会使构件的变形增加，从而降低结构的承载能力；（3）使预应力混凝土构件的预压应力受到损失。影响徐变的因素有：（1）水灰比（2）水泥用量（3）骨料所占的比例及性能（4）养护条件（温度、湿度）一般应尽可能减小混凝土的徐变。1.2 混凝土（1）温度变形混凝土的热胀冷缩变形称为温度变形。混凝土温度线膨胀系数约为(1.01.5)10-5,

15、即温度升高（或降低）1度,每米约膨胀（或收缩）0.010.015mm。对大体积混凝土工程，应设法降低混凝土的发热量，如使用低热水泥、减少水泥用量、采用人工降温以及对表层混凝土加强保温措施等。对纵向较长的混凝土及钢筋混凝土结构，应考虑混凝土温度变形所产生的危害，每隔一段长度应设置温度伸缩缝。4、混凝土的温度变形和收缩、膨胀1.2 混凝土（2）干湿（收缩和膨胀）变形当混凝土在水中硬化时，体积产生微小膨胀；当混凝土在干燥空气 中硬化时，体积将产生收缩。混凝土的收缩值比膨胀值大得多。混凝土的湿胀变形量很小，对结构一般无破坏作用。但干缩变形对 混凝土危害较大，干缩可能使混凝土表面出现拉应力而开裂，严重影

16、响 混凝土的耐久性。因此，应采取措施减少混凝土的收缩。 减少混凝土的干缩变形： 加强养护；在养护期内使混凝土保持潮湿环境。 减小水灰比；水灰比大，会使混凝土收缩量大大增加。 减小水泥用量；水泥含量减少，骨料含量相对增加，骨料的体积稳定 性比水泥好，减少混凝土的收缩。 加强振捣。混凝土捣固的愈密实，内部孔隙量愈少，收缩量愈小。1.2 混凝土1.2 混凝土（1）混凝土不是弹性材料，只有在应力很低时才可将其视为弹性体；（2）混凝土在破坏过程中，其承载力有一个增加到减小的过程；（3）最大应力对应的应变不是最大的，最大应变对应的应力也不是最大的，而且应力达到最大并不意味着立即破坏。由混凝土的应力应变曲线可知 ：C BDEfc00 Acu1.