建筑结构钢筋和混凝土材料的力学性能.pptx

【学习重点学习重点】钢筋的强度和变形、钢筋的成分、级别和品种，混凝钢筋的强度和变形、钢筋的成分、级别和品种，混凝土结构对钢筋性能的要求；钢筋的应力土结构对钢筋性能的要求；钢筋的应力-应变曲线的特点；应变曲线的特点；混凝土在一次短期加载下的变形性能；混凝土的弹性模量、混凝土在一次短期加载下的变形性能；混凝土的弹性模量、徐变和收缩性能；钢筋和混凝土的粘结性能。徐变和收缩性能；钢筋和混凝土的粘结性能。2.1 2.1 钢筋钢筋2.1.1 2.1.1 钢筋的品种和级别分类钢筋的品种和级别分类 1.1.按化学成份不同分类按化学成份不同分类 分为碳素钢和普通低合金钢。分为碳素钢和普通低合金钢。碳素钢：低碳钢（含碳量碳素钢：低碳钢（含碳量0.25%0.25%）、中碳钢（含碳量）、中碳钢（含碳量0.25%0.25%10.6%10.6%）和高碳钢（含碳量）和高碳钢（含碳量0.6%0.6%1.4%1.4%）。）。普通低合金钢：添加锰、硅、钒、钛、铬等。普通低合金钢：添加锰、硅、钒、钛、铬等。2.2.按生产加工工艺和力学性能不同分类按生产加工工艺和力学性能不同分类 分为热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、分为热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线、预应力螺纹钢筋。钢绞线、预应力螺纹钢筋。（1 1）轧带肋钢筋）轧带肋钢筋 分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋两种分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋两种 热轧钢筋有明显的屈服点和流幅，断裂时有颈缩现象，热轧钢筋有明显的屈服点和流幅，断裂时有颈缩现象，伸长率比较大。热轧钢筋根据其强度的高低分为伸长率比较大。热轧钢筋根据其强度的高低分为HPB300HPB300级、级、HRB335HRB335级、级、HRBF335HRBF335级、级、HRB400HRB400级、级、HRBF400HRBF400级、级、RRB400RRB400级、级、HRB500HRB500级、级、HRBF500HRBF500级。其中级。其中HPB300HPB300级为光面钢筋，级为光面钢筋，HRB335HRB335级、级、HRB400HRB400级和级和HRB500HRB500级为普通低合金钢热轧月牙级为普通低合金钢热轧月牙纹变形钢筋，纹变形钢筋，HRBF335HRBF335级、级、HRBF400HRBF400级和级和HRBF500HRBF500级为细晶级为细晶粒热轧月牙纹变形钢筋，粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400RRB400级为余热处理月牙纹变形级为余热处理月牙纹变形钢筋。钢筋。（2 2）中强度预应力钢丝和消除应力钢丝）中强度预应力钢丝和消除应力钢丝 预应力钢丝是由优质高碳钢经冷加工或冷加工后热处预应力钢丝是由优质高碳钢经冷加工或冷加工后热处理而成的抗拉强度很高的钢丝。中强度预应力钢丝按外形理而成的抗拉强度很高的钢丝。中强度预应力钢丝按外形分为光圆钢丝和螺旋肋钢丝两种。分为光圆钢丝和螺旋肋钢丝两种。（3 3）钢绞线）钢绞线（4 4）预应力螺纹钢筋）预应力螺纹钢筋 也称精轧螺纹钢筋。它是一种热轧成带有不连续的外也称精轧螺纹钢筋。它是一种热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋。螺纹的直条钢筋。中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋是用于预应力混凝土结构的预应力筋。螺纹钢筋是用于预应力混凝土结构的预应力筋。2.1.22.1.2钢筋的力学性能钢筋的力学性能 1.1.拉伸性能拉伸性能 分为有明显屈服点钢筋（软钢）和无明显屈服点钢筋分为有明显屈服点钢筋（软钢）和无明显屈服点钢筋（硬钢）。（硬钢）。（1 1）有明显屈服点钢筋）有明显屈服点钢筋 强屈比为钢筋极限强度与屈服强度的比值，反映了钢强屈比为钢筋极限强度与屈服强度的比值，反映了钢筋的强度储备。筋的强度储备。混凝土规范混凝土规范规定，按一、二、三级抗规定，按一、二、三级抗震等级设计的框架，其纵向受力普通钢筋的抗拉强度实测震等级设计的框架，其纵向受力普通钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于值与屈服强度实测值的比值不应小于1.251.25。条件屈服强度，也就是该种钢筋的强度标准值，用条件屈服强度，也就是该种钢筋的强度标准值，用0.2表示。表示。对于消除应力钢丝、中强度预对于消除应力钢丝、中强度预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋，筋，混凝土规范混凝土规范取条件屈服强取条件屈服强度为度为0.850.85b。（2 2）无明显屈服点钢筋）无明显屈服点钢筋 伸长率是反映钢筋塑性性能的基本指标。伸长率是反映钢筋塑性性能的基本指标。延性破坏、脆性破坏。延性破坏、脆性破坏。2.2.钢筋的总伸长率钢筋的总伸长率 反映钢筋塑性性能的基本指标除了总伸长率外，还反映钢筋塑性性能的基本指标除了总伸长率外，还有冷弯性能。有冷弯性能。屈服强度、抗拉强度、总伸屈服强度、抗拉强度、总伸长率和冷弯性能是有明显屈服点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钢筋进行质量检验的四项主要指标，对无明显屈服点钢筋则只测标，对无明显屈服点钢筋则只测定后三项。定后三项。3.3.冷弯性能冷弯性能 普通钢筋的屈服强度标准值普通钢筋的屈服强度标准值fyk、极限强度标准值、极限强度标准值fstk按表按表2-22-2采用；预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋的采用；预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋的屈服强度标准值屈服强度标准值fpyk、极限强度标准值、极限强度标准值fptk按表按表2-32-3采用。采用。4.4.钢筋强度的标准值钢筋强度的标准值 5.5.钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量 钢筋的弹性模量由拉伸试验来测定，同一种类钢筋钢筋的弹性模量由拉伸试验来测定，同一种类钢筋的受拉和受压弹性模量相同。的受拉和受压弹性模量相同。普通钢筋和预应力筋的弹性模量普通钢筋和预应力筋的弹性模量Es按表按表2-4采用。采用。1.1.钢筋的强度钢筋的强度 2.2.钢筋的塑性钢筋的塑性 3.3.钢筋的可焊性钢筋的可焊性 4.4.钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力 在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求，在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求，以防钢筋低温冷脆而致破坏。以防钢筋低温冷脆而致破坏。2.1.3 2.1.3混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求 （1）纵向受力普通钢筋宜采用）纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；也可采用钢筋；也可采用HPB300、HRB335、HRBF335和和RRB400钢筋；钢筋；（2）梁、柱纵向受力普通钢筋应采用）梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋；钢筋；（3）箍筋宜采用）箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋；也可采用钢筋；也可采用HRB335、HRBF335钢筋；钢筋；2.1.4 2.1.4钢筋的选用钢筋的选用 RRB系列余热处理钢筋由轧制钢筋经高温淬火，余系列余热处理钢筋由轧制钢筋经高温淬火，余热处理后提高强度。其延性、可焊性、机械连接性能及热处理后提高强度。其延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性降低，一般可用于对变形性能及加工性能要施工适应性降低，一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件等。以及次要的中小结构构件等。（4 4）预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺）预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。纹钢筋。2.2.1 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 混凝土的强度包括立方体抗压强度、轴心抗压强度混凝土的强度包括立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度。和轴心抗拉强度。1.1.立方体抗压强度立方体抗压强度 混凝土规范混凝土规范规定，混凝土强度等级应按立方体规定，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。用符号抗压强度标准值确定。用符号fcu，k表示。表示。标准试块：标准试块：150150150 2.2 2.2 混凝土混凝土 混凝土规范混凝土规范规定，混凝土按立方体抗压强度标准规定，混凝土按立方体抗压强度标准值的大小共划分为值的大小共划分为1414个强度等级，即个强度等级，即C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60、C65C65、C70C70、C75C75、C80C80。符号。符号C C表示混凝土，表示混凝土，C C后面的数值表示立方体抗压强度标后面的数值表示立方体抗压强度标准值，单位是准值，单位是N/mm N/mm 2 2。尺寸效应：尺寸效应：200mm200mm200mm200mm200mm200mm的立方体试块的立方体试块1.051.05 100mm100mm100mm 100mm100mm100mm的立方体试块的立方体试块0.950.95 2.2.轴心抗压强度轴心抗压强度 我国我国普通混凝土力学性能试验方法普通混凝土力学性能试验方法规定以规定以150mm150mm300mm150mm150mm300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件，用标准方法测得的抗压强度为混凝土试验的标准试件，用标准方法测得的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号轴心抗压强度标准值，用符号fck表示。表示。3.3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 试验方法：直接拉伸试验和劈裂试验。试验方法：直接拉伸试验和劈裂试验。4.4.混凝土强度的标准值混凝土强度的标准值 材料强度的标准值是一种特征值，混凝土规范材料强度的标准值是一种特征值，混凝土规范取具有取具有95%95%保证率的下限分位值作为材料强度的代表值，保证率的下限分位值作为材料强度的代表值，该代表值即为材料强度的标准值该代表值即为材料强度的标准值 2.2.2 混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的变形：受力变形和体积变形。混凝土的变形：受力变形和体积变形。1.1.混凝土在一次短期加载下的变形性能混凝土在一次短期加载下的变形性能 不同强度等级的混凝土：不同强度等级的混凝土：混凝土规范规定：混凝土的极限压应变混凝土规范规定：混凝土的极限压应变cu可按可按cu=0.0033（fcu，k50）10-5计算；如算得的计算；如算得的cu0.00330.0033，则取，则取cu=0.0033=0.0033。2.2.混凝土的变形模量混凝土的变形模量 过混凝土应力过混凝土应力-应变曲线的原应变曲线的原点点O作切线，该切线的斜率即为混作切线，该切线的斜率即为混凝土的弹性模量，用凝土的弹性模量，用Ec表示，即表示，即 2.2.混凝土的弹形模量混凝土的弹形模量 根据不同等级混凝土弹性模根据不同等级混凝土弹性模量试验值的统计分析，混凝土弹量试验值的统计分析，混凝土弹性模量性模量Ec与立方体强度与立方体强度fcu，k的关的关系为系为 混凝土的剪切变形模量混凝土的剪切变形模量Gc取取0.4Ec。混凝土轴心抗压强度的标准值混凝土轴心抗压强度的标准值fck、抗拉强度的标准、抗拉强度的标准值值ftk按表按表2-5采用。采用。3.3.混凝土在长期荷载作用下的变形性能混凝土在长期荷载作用下的变形性能 混凝土在长期荷载作用下，应力不变，应变随时间的混凝土在长期荷载作用下，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。增加还会不断增长的现象称为混凝土的徐变。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。应力条件。（1）内在因素混凝土的组成和配比。）内在因素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。）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（）应力条件是指初应力水平（/fc）和加荷时混凝土）和加荷时混凝土的龄期，它们是影响徐变的主要因素。的龄期，它们是影响徐变的主要因素。4.4.混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩与膨胀 （1）混凝土的收缩）混凝土的收缩 混凝土在空气中结硬时体积随时间增长而缩小的现象混凝土在空气中结硬时体积随时间增长而缩小的现象称为收缩。称为收缩。混凝土的收缩会使结构或构件在未受荷前就产生裂缝，混凝土的收缩会使结构或构件在未受荷前就产生裂缝，影响结构的正常使用；在预应力混凝土构件中，收缩将引影响结构的正常使用；在预应力混凝土构件中，收缩将引起预应力筋的应力损失。起预应力筋的应力损失。（2）混凝土的膨胀）混凝土的膨胀 混凝土在水中结硬时，其体积略有膨胀。混凝土在水中结硬时，其体积略有膨胀。2.3 2.3 钢筋与混凝土的黏结钢筋与混凝土的黏结 2.3.1 2.3.1 黏结力的概念黏结力的概念 粘结力是指在钢筋与混凝土接触界面上所产生的沿钢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。筋纵向的剪应力。粘结力组成：粘结力组成：1.摩擦力摩擦力 2.胶合力胶合力 3.机械咬合力机械咬合力 2.3.2 2.3.2 黏结强度及其影响因素黏结强度及其影响因素 取钢筋拉拔力到达极取钢筋拉拔力到达极限时的平均粘结应力来代限时的平均粘结应力来代表钢筋与混凝土之间的黏表钢筋与混凝土之间的黏结强度结强度u，由下式确定：，由下式确定：影响钢筋与混凝土之间粘结强度的主要因素如下：影响钢筋与混凝土之间粘结强度的主要因素如下：（1）混凝土的强度等级。）混凝土的强度等级。（2）混凝土保护层厚度及钢筋间的净距。）混凝土保护层厚度及钢筋间的净距。（3）钢筋的表面形状。）钢筋的表面形状。（4）横向钢筋的设置。）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。混凝土时钢筋所处位置有关。