第三章 混凝土结构材料的力学性能3 钢筋和混凝土的力学性能本章要点 1.熟悉钢筋的强度和变形性能,钢筋的分类 和品种,钢筋的冷加工方法,混凝土结构对钢 筋的要求 ; 2.掌握混凝土的各类强度,混凝土的各种变形 性能,收缩和徐变对结构的影响; 3.保证钢筋和混凝土的粘结力。3.1.1 钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变关系(stress-strain relationships for steel)钢筋可分为两类:有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点 的钢筋(习惯上分别称它们为软钢和硬钢)。普通热轧钢筋和 细晶粒热轧钢筋都属于有明显屈服点的钢筋。预应力钢筋 一般属于无明显屈服点的钢筋。 1) 钢筋的拉伸应力-应变曲线有明显屈服点钢筋的典型拉伸应力-应变曲线无明显屈服点钢筋的典型拉伸应力-应变曲线 第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 2 软钢的应力应变曲线 a 比例极限b 弹性极限ob 弹性阶段d 极限抗拉强度bc 屈服阶段cd 强化阶段de 破坏阶段e 极限应变第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3 硬钢的应力应变曲线 d 极限抗拉强度e 极限应变条件屈服强度：取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 4 钢筋的应力应变简化模型 （1）理想弹塑性模型（2）三段线性模型第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 5 钢筋的塑性性能 （1）延伸率：（2）冷弯性能：延伸率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。弯心直径越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，钢筋的塑 性性能越好。第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号说明 钢筋的外形热轧钢筋第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号说明 预应力钢筋第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号说明热轧钢筋的符号说明HPB235 生产工艺： hot rolled 表面形状：plain 钢筋：bar 屈服强度第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号解释热轧钢筋的符号说明HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 remained heat treatmentribbed bar 第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋按外形分类光面钢筋变形钢筋第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号说明热轧钢筋的屈服强度种类类符号fyf y 热轧钢 筋HPB 235(Q235)210210 HRB 335(20MnSi)300300 HRB 400(20MnSiV、 20MnSiNb、20MnTi)360360RRB 400(K20MnSi)R360360第第1 1章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能1.1 1.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号说明预应力钢筋的符号说明钢绞线 S Strand 光面钢丝 P Plain 刻痕钢丝 I Indented 螺旋肋钢丝 H Helix 热处理钢筋 HT Heat-treated 第第1 1章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能1.1 1.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.2 钢筋的种类及符号说明 预应力钢筋的屈服强度种类类符号fptkfpyfpy 钢绞线13S18601320390 17201220 15701110 1718601320390 1720 1220 消除应力钢 丝光面螺旋肋P H1770125041016701180 15701110 刻痕I15701110410 热处理钢筋40Si2MnHT14701040400 48Si2Mn 45Si2Cr第第3 3章章 混凝土结构材料的力学性能混凝土结构材料的力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 钢筋主要品种 3.1.2、钢筋的品种(Reinforcement types)热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋钢筋钢筋钢丝钢绞线第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.3 钢筋的冷加工冷拉：在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度的某一应力值，然后卸载至零。是指在常温下对出厂钢材的再加工。以提高热轧钢筋的强度 。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.3 钢筋的冷加工 钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈服台阶；经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化。钢筋经冷拉和时效硬化后，屈服强度有所提高，但塑性( 伸长率)相应降低。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度而不能提高钢筋的抗压 强度。焊接时产生的高温会使钢筋软化(强度降低，塑性增加 )，需要焊接的钢筋应先焊好再进行冷拉; 第第1 1章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.3 钢筋的冷加工 冷拔：将HPB235级热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具。经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压强度均大大提高，但塑性降低。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.4 混凝土结构对钢筋性能的要求 保证构件具有一定的强度储备。（1）强度（2）足够的塑性 避免发生脆性破坏。（4）耐久性和耐火性（3）可焊性 要求钢筋具备良好的焊接性能。 （5）与混凝土具有良好的粘结 必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限的要求。 （6）寒冷地区，防止钢筋低温冷脆导致破坏。 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.1 3.1 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 3.1.5 钢筋的选用 1)普通钢筋 选用原则为: 纵向受力普通钢筋 宜采用HRB400、HRB500、 HRBF400、HRBF500,也可采用HPB300 HRB335、 HRBF335、RRB400 ； 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、 HRBF400、HRBF500钢筋; 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500 、HRBF500 钢筋，也可采用HRB335、HRBF335 钢筋。2)预应力钢筋预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢 筋。 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 混凝土是由水泥、砂子和石子三种材料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材；它是一种各组份具有不同性质的多相复合材料。混凝土受压破坏机理可概括为：随着应力的增大，沿粗骨料界面和砂浆内部的微裂缝逐渐延伸和扩展，导致砂浆的损伤不断积累；裂缝贯通后，混凝土的连续性遭到破坏，逐渐丧失其承载力，破坏的实质是由连续材料逐步变成不连续材料的过程。 第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 3.2.1 混凝土的强度 1、立方体抗压强度 普通混凝土力学性能试验方法标准规定：边长为150mm的标准立方体试件在标准条件（温度203，相对湿度90%）下养护28 天后，以标准试验方法(中心加载，加载速度为0.31.0N/mm2s)，试件上、下表面不涂润滑剂，连续加载直至试件破坏，测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度fcc，单位N/mm2。第第3 3章章 材料的物理力学性能材料的物理力学性能3.2 3.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 1 立方体抗压强度 影响因素： 按上述规定所测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土的立方体抗压强度标准值 。 尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 反之愈高加载速度：加载速度越快，强度越低。 龄 期：在一定的温度和湿度条件下，混凝土的强度开始 增长较快，后来逐渐减慢。 试验的方法-试件两端因受承受钢板与试件端面间横向摩 擦力的作用，膨胀受到约束限制的程度随离端部 的距离而逐渐减小，致使裂缝大可能沿加载方向 上下延伸发展，而是成斜向随荷载增长，最终形 成角锥面破坏。将混凝土强度分为十四级，称为混凝土强度等级，它是按立方体抗压强度标准的大小划分的，即C15,C20, C25 ,C30, C35, C40, C45, C50, C55, C60, C65, C70, C75, C802 轴心抗压强度 棱柱体高度的取值：摆脱端部摩擦力的影响； 试件不致失稳。试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态。 试件尺寸：我国取 mm为标准试件。混凝土的其他设计强度指标，都可根据试验分析与立方体抗压强度标准值建立起相应的换算关系。轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系如下 2 轴心抗压强度 3 3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度 混凝土的抗拉强度是混凝土的基本力学特征之一，一般只有抗压强度的8%10%，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料间的粘结强度。增加水泥量、减少水灰比、采用表面粗糙的骨料及良好的养护条件都可提高混凝土的抗拉强度。试件尺寸100mm100mm500mm，两端各埋入一根16的变形钢筋，埋深为150mm，置于轴线上。用试验机夹头夹住两端外伸的钢筋施加拉力，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。直接受拉试验 普