钢筋混凝土材料的力学性能

第二章钢筋混凝土材料的力学性能建筑中常用钢材分为四类热轧钢筋冷拉钢筋钢丝热处理钢筋2.1钢筋的形势和品种•热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400•冷拉钢筋和冷拔钢筋是通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工而成，热处理钢筋是对某些特定型号的热轧钢筋进行处理得到的。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋•钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料不同又分为冷拔低碳钢丝和碳素钢丝，钢丝可刻痕(刻痕钢丝)和铰成钢绞线，故钢丝有：冷拉低碳钢丝φb碳素钢丝φs刻痕钢丝φk钢绞线φj•热处理钢筋是对某些特定钢号的热轧钢筋进行热处理得到的。•钢筋的－曲线lPPAAPll2.2钢筋的力学性能比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa－弹性阶段a－比例极限b－屈服强度cd－强化阶段0.2%0.2(N/mm2)od－极限强度de－颈缩阶段0.2－条件屈服强度由力学性能不同分成：软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋)•钢筋力学性能指标：对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度fy作为强度设计依据。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据。屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。取相应于残余应变=0.2%时的应力0.2作为名义屈服点。常取0.2=0.8fsu。伸长率：%100112lll冷弯性能：弯心直径冷弯角度dldl10511015…1－10.2的定义：•冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。•冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高钢材强度，节约钢筋。•冷加工对钢材性能的影响。•热处理是对某些特定型号的热轧钢进行淬火和回火处理。2.3钢筋的冷加工的热处理o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形o'abcc'd'd冷拉无时效冷拉经时效(a)(b)d1d2Pd2d1(a)为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。(b)为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。•冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性要好一些。2.4对钢筋质量的要求1.强度是刚劲质量的重要目标。2.极限抗拉强度要满足检验标准的要求。3.伸长率%100112lll4.冷弯要求2.5钢筋的蠕变、松弛和疲劳•钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象为蠕变。•钢筋受力后，若保持长度不变，则其应力随时间增长而降低的现象称为松弛。•钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。混凝土的组份：骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础砼的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。2.6混凝土的强度等级2.7.1.立方体的抗压强度fcu•影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、湿度、试验方法。•由于尺寸效应的影响：fcu(150)=0.95fcu(100)fcu(150)=1.05fcu(200)2.7混凝土的强度用标准制作方式制成的150×150mm的立方体试块，在28天龄期，用标准试验方法测得具有95％保证率的抗压强度。常用等级：C7.5,C10,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C55,C60.混凝土强度等级：2.7.2.轴心抗压强度fc真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。为消除端部约束的影响用立方体强度反映：考虑实际情况(施工状况、养护条件等)5~3bhcucff76.0cucucfff67.076.088.02.7.3.轴心抗拉强度ft混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度。18191～直接测试方法间接测试方法(弯折，劈裂)dlPf2t32ff)(26.0cut考虑施工因素，取32ff)(26.088.0cut32f)(23.0cu2.7.4.复合应力状态下混凝土强度双向正应力作用(如图)1,2(压－压)强度增加1,2(拉－压)强度降低1,2(拉－拉)强度基本不变6.04.02.00.12.18.04.02.06.08.00.12.12112c2/fc1/fc227.1f1c22c1c25.12fc127.1maxfc15.0f01.0正应力和剪应力作用三轴受压：(如图)2cc1.4:ffc抗压强度提高工程应用：约束混凝土钢管砼密配螺旋箍筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm21501005005101520251(‰)2.8.1混凝土的应力－应变关系OA–––弹性阶段A:0.3fcAB–––弹塑性阶段:0.3fc～0.8fc裂缝稳定阶段BC–––裂缝不稳定阶段:0.8fc～1.0fcCBDEfc00•••Acu••2.8荷载作用下混凝土的变形性能特征点：0–––对应于峰值点应变《规范》0=0.002cu–––混凝土极限压应变《规范》cu=0.0033fc–––轴心抗压强度2.8.2混凝土在多次重复荷载下的应力－应变关系•如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应力达到某个数值σ，然后卸荷至零，并把这一循环多次重复下去，就称为多次重复荷载。•我们通常把能使试件循环200万次或次数稍多时发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳抗压强度，用符号表示。ffc2.8.3混凝土的弹性模量kcc0cecp0h原点弹性模量：cee0ctgE)N/nm(7.342.2102cu5cfE…1－7…1－6割线模量：ccpcecececcpceccccEtgE…1－9切线模量：–––弹性系数0～1.0cccddtgE…1－10剪切模量：c=ce+cp…1－8G=0.4Ec2.9混凝土的徐变和收缩混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力)不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。161284369121518212427•Acr徐变ce弹性变形ch收缩BCDt(月)0徐变：混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。徐变性质：线性徐变初应力c0.5fc徐变与初应力呈正比非线性徐变c0.5fc当c0.8fc，徐变发展最终导致破坏作为混凝土的长期抗压强度。徐变的影响因素：0.8fc徐变对结构的影响：使构件的变形增加；在截面中引起应力重分布；在预应力混凝土结构中引起预应力损失。混凝土在空气中结硬体积减小的现象。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4时间(月)收缩：收缩的性质自由收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因：混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结应力。2.10钢筋与混凝土间的粘结粘结应力的类型：由弯曲引起粘结应力；两相邻裂缝间钢筋应力不均匀引起的局部粘结应力；锚固粘结应力。lTdmax•以锚固粘结应力为例：udlTu锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固粘结强度以使钢筋强度得以充分利用，即yfddl42ndldfly，一般取u4保证粘结力的措施：保证锚固长度和搭接长度；保证钢筋周围的混凝土有足够的厚度；(保护层厚度及钢筋净距)光圆筋在端部做成弯钩。2.11钢筋混凝土的一般构造规定2.11.1混泥土保护层2.11.2钢筋的锚固dffltya2.11.3钢筋的连接搭接长度alll2.11.4纵向钢筋的最小配筋率