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1、第一章第一章 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主要内容一、钢筋的品种二、钢筋的应力-应变关系（力学性能）三、钢筋的塑性性能指标四、钢筋的冷加工五、钢筋的连接六、混凝土结构对钢筋性能的要求2.1 钢 筋 钢 筋 Steel Reinforcement2.1 钢筋 钢 筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种(P10)钢筋原材钢材碳素钢和合金钢（改善改善性能) (高碳钢、中碳钢和低碳钢，碳高强度高、塑性、韧性、可焊性降低碳高强度高、塑性、韧性、可焊性降低) 普通低合金钢(合金量3%5%,加入加入合金元素锰、硅钛锰、硅钛等） 。钢筋 按外形分为：钢筋 按加工工艺分
2、为：热轧钢筋、热处理钢筋、钢丝、钢绞线四种， 冷加工钢筋2.1 钢 筋1 1、热轧钢筋、热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRemained heat treatement RibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率7.73%）P11表表1-1HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB4
3、00级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2P410 附表附表12.1 钢 筋HPB235级(级)钢筋多为光面钢筋（Plain Bar），低碳钢，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。HRB335级(级) 和 HRB400级(级)外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar），低合金。钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond）。RRB400级与HRB335成分相同，但强度高，性能不稳定，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。直径直径640mm。 热轧钢筋属软钢。热轧钢筋属软钢。(20
4、MnSi)2.1 钢筋2、钢丝、钢丝 根据母材不同分为：根据母材不同分为：1）冷拔低碳钢丝）冷拔低碳钢丝： b HPB235加工而成（中强钢丝）加工而成（中强钢丝） 直径直径3、4、5mm，强度为，强度为8001200MPa。2）高强钢丝：）高强钢丝：高碳钢线材加工而成，直径高碳钢线材加工而成，直径39mm ， 外形有光面外形有光面p 、刻痕、刻痕I和螺旋肋和螺旋肋H三种，质量稳定。三种，质量稳定。3、钢绞线、钢绞线s有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。强度为强度为 1470 1860MPa. 4、热处理钢筋、热处理钢筋HT是将热扎钢筋
5、牌号为是将热扎钢筋牌号为40Si2Mn和和 48Si2Mn通过通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而高，而延伸率降低不多延伸率降低不多。热处理钢筋热处理钢筋、高强钢丝和钢绞线高强钢丝和钢绞线属硬钢，属硬钢，只能用于预应力混凝土结构只能用于预应力混凝土结构。5、冷拉钢筋、冷拉钢筋是由热轧钢筋和盘条在常温下经冷拉，超过其屈服强是由热轧钢筋和盘条在常温下经冷拉，超过其屈服强度，然后卸载从而提高钢筋的抗拉强度，节约钢材。度，然后卸载从而提高钢筋的抗拉强度，节约钢材。 但经冷拉后，钢筋的延伸率降低。但经冷拉后，钢筋的延伸率降
6、低。s se e2.1 钢筋二、钢筋的应力二、钢筋的应力- -应变关系（力学性能应变关系（力学性能- -强度强度和和变形，变形，单向拉伸试验）单向拉伸试验）1 1、 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield point（软钢）（软钢）a为比例极限proportional limit s =Eseaa为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶yield plateau
7、efue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf强屈比反映钢筋的强度储备，fu/fy大于.25，但也不宜过大。应力-应变曲线记住2个强度指标2.1 钢筋2 2、无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield point（硬钢）a点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65 s sba点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，有一定塑性变形，且没有明显的屈且没有明显的屈服点，服点，峰值（最大应力）称为极限峰值（最大应力）称为极限强度强度
8、s sb 强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点：残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范取规范取s s =0.85 s sb 应力-应变曲线 s sb e es s2.1 钢筋三、钢筋的塑性性能指标三、钢筋的塑性性能指标延伸率（伸长率）延伸率（伸长率）elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。冷弯性能冷弯性能Cold bending performanceCold bending performanc
9、e ：常温下的冷弯性能试验来决定，是将常温下的冷弯性能试验来决定，是将直径为直径为d d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D D的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。钢辊的直径钢辊的直径D D越小、弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。越小、弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。冷弯角度冷弯角度。各级热轧钢筋的性能见下各级热轧钢筋的性能见下表表1-1D热轧钢筋等级、品种及主要力学性能指标2.1 钢筋四、钢筋的冷加工四、钢筋的冷加工将热轧钢筋和盘条在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧、冷扭等加工。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸
10、率降低。冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用（桥梁工程中不用）。热轧钢筋通过冷拉或冷拔提高其热轧钢筋通过冷拉或冷拔提高其屈服强度屈服强度，从而节约钢材。，从而节约钢材。 2.1 钢筋1、冷拉：将钢筋拉伸超过它的屈服强度，然后放松，经过一段时间后，钢筋会获得比原来的屈服强度更高的新屈服强度值。称为“冷拉强化”冷拉时效硬化：如在k点卸载，过一段时间（人工加热后），再张拉钢筋，则屈服强度又进一步提高的现象。常温时，时效硬化HPB235需20d；100C时，2小时；冷拉时效后的钢筋，如再次加温，钢筋会恢复到前的力学性能。为何要先焊后拉的原因2.1 钢筋2、冷拔将钢筋用强力拔过比其直径还小的硬质合金
11、拔丝模具，钢筋除受拉还要受到很大侧向挤压力。被拔成长度增加直径变细的钢丝。经多次冷拔后，钢筋的强度比原来提高很多，但塑性降低。 图为一根6钢筋经三次冷拔到3钢丝应力应变曲线。冷拉只提高钢筋的抗拉强度，不能作为受压钢筋。冷拔则同时提高钢筋的抗拉和抗压强度。2.1 钢筋3、冷轧 冷轧带肋钢筋是以低碳钢或低合金钢为原料，在常温下进行扎制而成的，表面具有纵肋和月牙横肋的钢筋，其强度提高幅度接近冷拔低碳钢丝，而塑性性能优于冷拔低碳钢丝。2.1 钢筋五、钢筋的连接热扎钢筋主要有、绑扎连接：是目前仍为钢筋连接的主要手段之一。钢筋的绑扎接头是采用2022号火烧丝或镀锌丝，按规范规定的最小搭接钢筋长度，绑扎在一
12、起而成的钢筋接头。采用绑扎连接时其位置和搭接长度必须满足混凝土结构设计规范规定，轴心受拉及小偏心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎接头。当钢筋直径过大时不能采用绑扎连接，因为这样会产生偏心作用的不良效果。 、焊接连接：混凝土结构设计规范规定，钢筋的接头宜优先采用焊接接头。焊接接头的焊接质量与钢材的焊接性、焊接工艺有关。 焊接又分为闪光对焊、电弧焊、电渣压力、气压焊焊。其中闪光对焊以及电渣压力焊在工程上使用较为频繁。 、机械连接：钢筋机械连接是通过机械手段将两钢筋端头连接连接在一起（套筒连接）。挤压套筒连接、锥螺纹套筒连接、辊轧直螺纹连接、镦粗直螺纹连接。（钢筋的应用向大直径、密集布置、高强度方
13、向发展 ） 机械连接质量上会优于焊接，但成本较高。 其他高强度钢筋其他高强度钢筋用专门连接器。用专门连接器。2.1 钢筋六、混凝土结构对钢筋性能的要求1、强度2、塑性性能3、连接性（可焊性）4、锚固性（与混凝土的粘结力-握裹力）5、其他性能（疲劳、防腐等）疲劳破坏：钢筋在多次重复加载时，会出现疲劳特性，即钢筋在承受重复周期荷载作用下，会出现从塑性破坏变成脆性突然断裂的破坏现象。钢筋在疲劳破坏时强度低于钢筋在静荷载下的极限强度值。吊车梁、桥面板、轨枕等均属承受重复荷载。见规范要求。热轧钢筋等级、品种及主要力学性能指标主要内容：主要内容：一、混凝土的强度一、混凝土的强度二、混凝土的变形二、混凝土的
14、变形 一）混凝土在一）混凝土在单调荷载单调荷载作用下混凝土的变形作用下混凝土的变形 二二）混凝土在混凝土在多次重复多次重复荷载作用下混凝土的变形荷载作用下混凝土的变形 三）混凝土在三）混凝土在长期荷载长期荷载作用下混凝土的变形作用下混凝土的变形 四）混凝土体积变形（收缩四）混凝土体积变形（收缩和膨胀等和膨胀等）三、混凝土的三、混凝土的弹性模量弹性模量 四、混凝土特殊性能要求四、混凝土特殊性能要求 混凝土混凝土混凝土结构中，混凝土结构中，主要是利用它的主要是利用它的抗压强度抗压强度。抗压强度是混凝土。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立方体抗压强度来划分的。混凝
15、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，用标准试验方法（加载速度2/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 规范根据强度范围，从C15、 C20、 C25 、C30、 C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土。混凝土等级选定要求 ？（P16）1.2 混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度 （混凝土的强度指标）混凝土的强度指标）分为分为抗压强度抗压强度和和抗拉强度抗拉强度1、混凝土强度等级、混凝土强度等级-（立方体抗压强度立方体抗压强度
16、划分）用符号划分）用符号fcu表示表示立方体强度影响因素？立方体强度影响因素？内因内因（水泥等级和用量、骨料级配、水灰比等）（水泥等级和用量、骨料级配、水灰比等）外因外因（龄期、养护条件、试验方法、试件尺寸等）。（龄期、养护条件、试验方法、试件尺寸等）。尺寸效应：尺寸效应：尺寸小，测值偏大尺寸小，测值偏大横向约束横向约束：横向约束大，测值偏大横向约束大，测值偏大2 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度- -棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度 轴心抗压强度采用轴心抗压强度采用棱柱体棱柱体试件测定，用符号试件测定，用符号fc表示。表示。棱柱体试件高宽比一般为棱柱体试件高宽比一般为h/b=34，我国取，我国取150mm150mm450mm或，或，100100300试件。试件。对于同一混凝土，对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度，棱柱棱柱体抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系体抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系c1轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值；轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值；c2对对C40以上混凝土的脆性折减系数；以上混凝土的脆
