《建筑结构 上册 —混凝土结构部分 张玉敏第2章 钢筋和混凝土材料的力学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构 上册 —混凝土结构部分 张玉敏第2章 钢筋和混凝土材料的力学性能（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能,主要内容,钢筋 混凝土 钢筋与混凝土的黏结,2.1钢 筋,2.1.1钢筋的品种分类和级别,按钢筋的外形分：光面钢筋和变形钢筋,2.1钢 筋,2.1.1钢筋的品种分类和级别,按其化学成份的不同分：碳素钢和普通低合金钢,碳素钢的化学成份以铁为主，还含少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。碳素钢按其含碳量的多少可分为低碳钢（含碳量0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%0.6%）和高碳钢（含碳量0.6%1.4%）。碳素钢的强度随含碳量增加而提高，但塑性和韧性随之降低，可焊接性变差。 普通低合金钢是在碳素钢已有成份中再加入少量的合金元素，如锰、硅、钒、钛、铬等，加入这些元素
2、后可有效地提高钢材的强度，改善塑性和可焊接性能。,2.1钢 筋,2.1.1钢筋的品种分类和级别,按生产和加工工艺的不同分：热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线、预应力螺纹钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。,1 热轧钢筋,（1）普通纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；也可采用HRB335、HRBF335、HPB300和RRB400钢筋； （2）普通箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500钢筋；也可采用HRB335、HRBF335和HPB300钢筋。,2.1钢 筋,2.1.1钢筋的品种分类和级别,2 中强度预应力钢丝
3、和消除应力钢丝,3钢绞线,2.1钢 筋,2.1.1钢筋的品种分类和级别,4 预应力螺纹钢筋,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,有明显流幅钢筋的应力应变曲线,1 有明显流幅钢筋,屈服强度是作为钢筋强度的设计依据。,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,1 有明显流幅钢筋,钢筋的塑性变形通常以钢筋试件的伸长率和冷弯性能两个指标来衡量。,钢筋拉断后的伸长量与拉伸前原长的比率称为伸长率，用5、10表示；伸长率越大，钢筋的塑性性能越好。 冷弯是把直径为d的钢筋围绕直径为D（D=1d或D=3d）的钢辊进行弯折，如图所示，在达到规定的冷弯角度（90或180）时，不能出现裂纹或断裂。若钢筋所绕钢辊
4、直径D越小，弯转角度越大，则该钢筋的塑性性能就越好。,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,无明显流幅钢筋的应力应变曲线,2 无明显流幅的钢筋,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是有明显屈服点钢筋进行质量检验的四项主要指标，对明显屈服点的钢筋则只测定后三项。,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,3 钢筋的强度标准值,规范规定材料强度的标准值应具有不小于95%的保证率，即,为了使钢材强度标准值与其检验标准相统一，规范取冶金行业标准的废品限值作为钢材强度标准值，约相当于材料强度的平均值减去2倍标准差（fym 2）（fym为钢筋屈服强度平准值，为
5、标准差），即有97.73%的保证率，满足规范规定的不小于95%保证率的要求。,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,3 钢筋的强度标准值,普通钢筋强度的标准值,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,3 钢筋的强度标准值,预应力钢筋强度标准值（N/mm2）,2.1钢 筋,2.1.2钢筋的强度和变形,4 钢筋的弹性模量,钢筋的弹性模量是反映弹性阶段钢筋应力与应变之间关系的物理量，即,钢筋的弹性模量（105 N/mm2）,2.1钢 筋,2.1.3混凝土结构对钢筋性能的要求,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,1 立方体抗压强度,立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作养护（温度为20C
6、3C，湿度在90%以上的标准养护室中）的边长为150mm 的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法（加荷速度C30以下控制在0.30.5N/mm2/s范围，C30以上控制在0.50.8N/mm2/s范围，两边不涂润滑剂）测得的，具有95%保证率的抗压强度值，用符号fcu,k表示。,混凝土结构设计规范(GB50010-2010)将混凝土强度划分为14个强度等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。,混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,1 立方体抗压强度,对同一种混凝
7、土材料，采用不同尺寸的立方体试块，所测强度不同，立方体边长越小，抗压强度越高。当采用边长200mm和边长100mm的立方体试块且混凝土强度等级不超过C50时，要换算为150mm的立方体试块强度，应分别乘以1.05和0.95的尺寸效应换算系数。,试验方法对立方体强度有很大的影响。,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,1 立方体抗压强度,试验加载速度对立方体强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。,由于混凝土中水泥胶块的硬化过程需要若干年才能完成，混凝土的抗压极限强度随混凝土的龄期逐渐增长，开始时增长速度较快，后来逐渐缓慢，这个增长过程往往要延续几年，在潮湿环境中要延续更长。,2.2混
8、 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,1 立方体抗压强度,素混凝士结构的强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用400MPa 及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25；承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。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。同时，还应根据建筑物所处的环境条件确定混凝土的最低强度等级，以保证建筑物的耐久性。,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,2 混凝土轴心抗压强度,我国普通混凝土力学性能试验方法规定以150mm150mm300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。棱柱体
9、试件的制作、养护和加载方法同立方体试件。,混凝土轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,3 混凝土轴心抗拉强度,直接拉伸试验,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,3 混凝土轴心抗拉强度,劈裂试验,混凝土轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,4 混凝土在复合应力作用下的强度,（1）混凝土的双向受力强度,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,4 混凝土在复合应力作用下的强度,（2）混凝土的在正应力和剪应力共同作用下的强度,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的
10、强度,4 混凝土在复合应力作用下的强度,（3）混凝土的三向抗压强度,混凝土在三向受压时强度提高的原因是：由于侧向压应力限制了混凝土横向膨胀变形，混凝土内部微裂缝的发展受到约束，因而极限抗压强度和极限压缩应变均有显著提高，并显示了较大的塑性。,2.2混 凝 土,2.2.1 混凝土的强度,5混凝土强度的标准值,规范规定材料强度的标准值应具有不小于95%的保证率。,混凝土强度标准值（N/mm2）,2.2混 凝 土,2.2.2 混凝土的变形,1 混凝土在一次短期加载下的应力应变曲线,2.2混 凝 土,2.2.2 混凝土的变形,2 混凝土在重复荷载下的变形,混凝土一次加载卸载过程的曲线,混凝土在重复荷载
11、下的曲线,2.2混 凝 土,2.2.2 混凝土的变形,3 混凝土的变形模量,（a）原点切线模量 （b）割线模量 （c）切线模量,2.2混 凝 土,2.2.2 混凝土的变形,3 混凝土的变形模量,重复加卸载测定混凝土弹性模量 混凝土弹性模量与立方体强度的关系,2.2混 凝 土,2.2.2 混凝土的变形,3 混凝土的变形模量,混凝土受拉的应力应变全曲线形状与受压的曲线类似。,混凝土受拉的应力-应变曲线,2.2混 凝 土,2.2.2 混凝土的变形,3 混凝土的变形模量,混凝土弹性模量（104N/mm2）,2.2混 凝 土,2.2.3 混凝土的收缩和徐变,1 混凝土的收缩,混凝土收缩应变与时间的关系,
12、2.2混 凝 土,2.2.3 混凝土的收缩和徐变,1 混凝土的收缩,除养护条件外，混凝土的收缩还与下列因素有关：（1）水泥品种，所用水泥强度等级越高，混凝土收缩越大；（2）水泥用量和水胶比，水泥用量越多，水胶比越大，收缩也越大；（3）骨料性质，骨料颗粒越小，空隙率越大，骨料的弹性模量越低，收缩越大；（4）混凝土的浇捣和所处环境，混凝土振捣越密实，收缩越小，构件所处环境湿度越大，收缩越小；（5）构件的体积与表面面积比值越小，收缩越大。,对混凝土的收缩很难做定量分析，往往在设计和施工中针对影响收缩的因素采取措施，以减少对结构的不利影响。如在构造上预留施工缝，浇筑混凝土时设置施工后浇带，待混凝土收缩
13、充分发展后再浇筑混凝土，可有效避免或减少裂缝的发生或发展。,2.2混 凝 土,2.2.3 混凝土的收缩和徐变,2.混凝土的徐变,混凝土在荷载长期作用下，应力不变，应变随时间的增加还会不断增长的现象称为混凝土的徐变。,混凝土的收缩和徐变,2.2混 凝 土,2.2.3 混凝土的收缩和徐变,2.混凝土的徐变,影响混凝土徐变的主要因素有：内在因素、环境影响和应力条件。 （1）内在因素是混凝土的组成和配比。 （2）环境影响是指混凝土的养护条件和使用条件。 （3）应力条件是指初应力水平（/fc）和加荷时混凝土的龄期，它们是影响徐变的主要因素。,混凝土的徐变对混凝土结构或构件的受力性能有较大影响，它将使结构
14、或构件的变形增大，特别是对于以自重为主的大跨结构；在预应力混凝土结构中，徐变变形将引起相当大的预应力损失，降低预应力效果。徐变对结构和构件的影响，在多数情况下是不利的。 徐变引起的内力或应力重分布及应力松驰有时候对结构构件有利。对存在温度应力的结构，徐变可使温度应力降低。在局部应力集中区，徐变可调整应力分布。,2.3钢筋与混凝土的粘结,2.3.1 粘结力的概念,钢筋与混凝土之间的粘结力由三部分组成： 一是因混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力，钢筋和混凝土之间挤压力越大、接触面越粗糙，则摩擦力越大； 二是因水泥凝胶体与钢筋表面之间的化学吸附作用产生的胶合力，该力一般较小，当接触面发生相对滑移
15、时，该力即行消失； 三是由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力，机械咬合力约占总粘结力的一半以上。,所谓粘结力是指在钢筋与混凝土接触界面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力。,2.3钢筋与混凝土的粘结,2.3.2粘结强度及其影响因素,粘结强度通常采用拔出试验来确定,2.3钢筋与混凝土的粘结,2.3.2粘结强度及其影响因素,影响钢筋与混凝土之间粘结强度的主要因素： 1.混凝土的强度等级。 2.混凝土保护层厚度及钢筋间的净距。 3.钢筋的表面形状。 4.横向钢筋的设置。 另外，粘结强度还和钢筋周围有无侧向压力及浇筑混凝土时钢筋所处位置有关。,2.3钢筋与混凝土的粘结,2.3.3钢筋的锚固长度,规范规定，纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度lab，它与钢筋强度、混凝土强度、钢筋直径及外形有关。,钢筋,预应力筋,锚固钢筋的外形系数,2.3钢筋与混凝土的粘结,2.3.3钢筋的锚固长度,一般情况下，受拉钢筋的锚固长度可取基本锚固长度。考虑各种影响钢筋与混凝土粘结锚固强度的因素，当采取不同的埋置方式和构造措施时，锚固长度应按下式计算：,纵向受拉带肋钢筋的锚固长度修正系数应根据钢筋的锚固条件按下列规定取用： （1）当带肋钢筋的公称直径大于25mm 时，修正系数取1.10； （2）对环氧树脂涂层钢筋，修正
