钢筋混凝土材料的力学性能.ppt

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 b 碳素钢丝 s 刻痕钢丝 k 钢绞线 j 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 l P P A 2.2 钢筋的力学性能 比例极限 屈服强度 极限强度 o (N/mm2) fy ft e d 流幅 a bc oa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=0.8 fsu。 伸长率： 冷弯性能： 弯心直径 冷弯角度 11 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 a b c c d d 冷拉无时效 冷拉经时效 (a) (b) d1 d2 P d2 d1 (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 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) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200) 2.7 混凝土的强度 用标准制作方式制成的150150mm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) 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 。 直接测试方法 间接测试方法(弯折，劈裂) 考虑施工因素，取 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 0 正应力和剪应力作用 三轴受压：(如图) 工程应用：约束混凝土 钢管砼 密配螺旋箍筋 200 3= 50N/mm2 35N/mm2 1 3 3 10N/mm2 150 100 50 0510152025 12(N/mm2) 1 () 2.8.1 混凝土的应力应变关系 OA 弹性阶段 A : 0.3fc AB 弹塑性阶段 : 0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段 BC 裂缝不稳定阶段 : 0.8 fc 1.0 fc C B D E fc 00 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 = 0.0033 fc 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，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。 2.8.3 混凝土的弹性模量 k c c 0 cecp 0 h 原点弹性模量： 17 16 割线模量： 19 切线模量： 弹性系数01.0 110 剪切模量： c = ce + cp18 G = 0.4Ec 2.9 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。 16 12 8 4 369121518212427 A ce cr 徐变 ce弹性变形 ch 收缩 ce ae er B C D (104) t (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 c0.5fc 徐变与初应力呈正比 非线性徐变 c 0.5fc 当c 0.8fc ，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 05101520 0.1 0.2 0.3 0.4 收缩(103) 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。 l T d max 以锚固粘结应力为例： 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