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1、钢筋混凝土一般概念及材料的主要力学性能,P1,P2,(a),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的钢筋应力 应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例
2、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。,钢筋的主要力学性能,a,b,c,d,e,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
3、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,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（
4、%）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,5 _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
5、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,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
6、(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普通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2),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),
7、钢筋的主要力学性能,表1-4钢筋 弹性模量（105N/mm2）,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
8、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
9、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。,钢筋的主要力学性能,k,k,l,k,k,d,e,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),(
10、a),(c),(d),光面钢筋 (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
11、土结构以高强、低松弛钢丝、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
12、，90%湿度）养护28天，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GB50010224
13、.1.2规定：在钢筋混凝土结构中，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
14、接近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
15、数，取1.4,混凝土的主要力学性能,（3）混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft是采用100mm100mm500mm的棱柱体，两端设有螺纹钢筋(图1-7)，在实验机上受拉来测定的。当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗拉强度只是混凝土立方体抗压强度的1/171/8倍,而且随混凝土强度等级的提高而减小。通过实验，新规范按下式计算：,图：1.7,混凝土的主要力学性能,式中： ftk混凝土轴心抗拉强度标准值ft混凝土轴心抗拉强度设计值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。 混
16、凝土立方体强度变异系数c混凝土材料分项系数，取1.4轴心受拉试验由于两端所埋设的钢筋不易对中，实测数据偏差较大，目前国内普遍采用立方体试件做劈拉试验 来代替。,混凝土的主要力学性能,图：1-8,混凝土的主要力学性能,（4）混凝土强度指标 混凝土强度也有标准值和设计值之分，混凝土强度的标准值具有95%的保证率，若将其除以材料分项系数c（c=1.4），即得混凝土强度设计值，混凝土强度标准值按下表采用。,混凝土的主要力学性能,混凝土立方体强度实测值、立方体强度标准值、轴心抗压标准值、轴心抗拉标准值之间的关系,立方体强度实测值：每个立方体试件实际测得的强度值f 0cu 立方体强度标准值： 规范规定材料强度的标准值 应具有不小于95%的保证率 立方体强度标准值fcu,k即为混凝土强度等级,
