钢筋混凝土结构用材料的力学性能.ppt

第一章 钢筋混凝土结构用材料的力学性能,（一）钢筋的品种和级别 1.钢筋的分类 （1）根据化学成分： A.碳素钢：低碳钢、中碳钢及高碳钢，其特点 是随着含碳量的增加，强度提高，脆性增加； B.普通低合金钢：为改善碳素钢的力学特性， 加入少量合金元素。,一、钢筋,（2）根据生产工艺： A.热轧钢筋：在高温下直接轧制成型（如碳 素钢和普通低合金）； B.热处理钢：将热轧钢经过调质（加热、淬火和回火），主要是提高强度，而塑性降低不多； C.冷加工钢筋：将普通热轧钢筋在常温下进行冷拉或冷拔。,一、钢筋,（3）根据钢筋外型： A.柔性钢筋：普通钢筋; a.光圆钢筋：表面是光滑的； b.变形钢筋：表面有肋（如月牙肋等）； c.习惯上，直径大于4mm称为钢筋；小于 或等于4mm称为钢丝。 B.劲性钢筋：型钢、钢轨及其组合。,一、钢筋,（4）根据力学特性： A.软钢：有明显屈服台点（如热轧钢筋、冷轧钢筋）； B.硬钢：无屈服点（钢丝、钢绞线、热处理钢）；,有明显屈服点钢筋的应力应变关系,cd段为屈服点 df段为强化段,二、钢筋的力学性能,对有明显屈服点的钢筋，取屈服强度fy为钢筋强度的计算指标。,钢筋的双线性理想弹塑性本构模型,二、钢筋的力学性能,无明显屈服点钢筋的应力应变关系,条件屈服点为残余变形为0.2时对应的应力,二、钢筋的力学性能,无明显屈服点的钢筋，取 为钢筋强度计算指标,2.钢筋的级别(热轧钢筋） （1）分级原则：力学指标（fy）； （2）具体分级：级钢，HPB235，强度标准 值为235 N/mm ； 级钢，HRB335，强度标准 值为335 N/mm ； 级钢，HRB400，强度标准 值为400 N/mm ；,二、钢筋的力学性能,3.关于冷加工钢筋 （1）冷拉 A.加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服， 然后卸载； B.力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时， 其屈服强 度 将增大，但塑性降低； C.时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时 间后，屈服强 度增加的现象。,二、钢筋的力学性能,（2）冷拔 A.加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直径小的硬质合 金拔丝模拉伸至屈服； B.力学性质：经过一段时间后，再次拉伸或 压缩时，其屈 服强度将增大，但塑 性降低。,二、钢筋的力学性能,1.一般要求 a有较高的强度和适宜的屈强比 b较好的塑性 c具有较好的焊接性能 d与混凝土之间具有良好的粘结能力 2.抗震要求 优选延性、韧性和可焊接性较好的钢筋,混凝土结构对钢筋性能的要求,（一）混凝土的组成结构 1.组成：混凝土=水泥+细骨料（砂）+粗骨料（碎石或鹅卵石）+水+外加剂 2.混凝土的物理力学性能主要反映在两个方面： （1）破坏强度的问题 （2）变形的问题,三、混凝土,1.混凝土的立方体抗压强度和强度等级 A. 立方体抗压强度的物理意义：混凝土强度 的基本指标和评定混凝土强度等级的标准 B.确定混凝土立方体抗压强度的标准方法 a.标准试件：150mm 150mm150mm的立方体； b.标准制作条件：在温度（203）C和相对湿 度90%以上的环境下，养护28天； c.标准试验方法：试件表面不涂润滑剂、均匀加载 和匀速加“静”载；具有95%以上保证率的抗压强度。 d.单位：N/mm。,（二）混凝土的强度,C.强度等级 a.确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度； b.数值确定：具有95%的保证率； c.工程符号： （ N/mm ）， d .“规范”的等级范围：C15C80，共14级； e.应用范围：C15C45为普通混凝土，适用于一般 的 混凝土结构； C50C80为高强混凝土，适用于预应力 混凝土构件。,（二）混凝土的强度,2. 混凝土的轴心抗压强度 A.确定混凝土轴心抗压强度的标准方法 a. 标准试件： 150mm 150mm300mm的棱柱体； b. 其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法； c. 工程符号： （ N/mm ），,（二）混凝土的强度,B.关于 的讨论 a.高宽比：随着高宽比的增加， 会降低，但高宽比为3时，会稳定； b.混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系： c. 混凝土轴心抗压强度为钢筋混凝土结构构件承载力计算的强度指标。,（二）混凝土的强度,3.混凝土的轴心抗拉强度 a.确定方法：轴心受拉试验和劈裂试验； b.混凝土轴心抗拉强度约为压强 度的1/101/8； 公式详见P9 c.在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混 凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心 抗拉强度不起决定作用。 d.作为混凝土构件抗裂、裂缝宽度和变形验算时的强度指标。,（二）混凝土的强度,4.复合状态下的混凝土强度 混凝土构件一般处于多轴向应力状态下，复合应力状态下，混凝土的强度和变形性能与单轴应力状态下有明显不同。 双向应力 三向应力 注：约束混凝土构件就是利用三向受压提高混凝土的抗压强度和延性。,（二）混凝土的强度,变形的分类：受力变形荷载产生的； 体积变形收缩、膨胀即温差产生的。 1.一次短期加载下混凝土的变形性能 （1）混凝土受压时的应力-应变关系 实际试验曲线其规律为： a.应力-应变关系为曲线，上升段中仅有一小段直线； b.应力峰值对应的应变约为0.002（基本与等级无关） c.混凝土强度高时其延性越差。,（三）混凝土的变形,一次短期加载下混凝土受压的应力应变曲线,当0.3时， 关系接近于直线； 当=(0.30.8)时， 关系偏离直线； 当=(0.81.0)时，内部微裂缝进入非稳定发展阶段。,峰值应变,极限压应变,混凝土的应力应变曲线,衡量混凝土变形能力的参数： 混凝土的弹性模量、变形模量、剪切模量,1.此种现象为“疲劳”现象，产生的破坏为“疲劳”破坏。 2.影响因素,2.混凝土在重复作用下的变形能力,1.此种现象为“徐变”现象，产生的破坏为“疲劳”破坏。 2.影响因素。,3.混凝土在长期荷载作用下的变形性能,1.定义 2.影响因素,4.混凝土的收缩和温度变形,1.钢筋与混凝土共同工作的原因 化学吸附作用力 摩阻力 机械咬合力 光圆钢筋的粘结力主要由前两者组成；