建筑结构与选型教学PPT钢筋和混凝土材料的力学性能.ppt

一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线 a b b c d e 上屈服点不稳定 下屈服点 出现颈缩 拉断bc段为屈服平台 cd段为强化段 0.2% 0.2 标距 有明显流幅的钢筋 无明显流幅的钢筋 钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同 一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线 a b b c d e 0.2% 0.2 强度指标 * 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的 强度作为设计强度的依据，因为，钢 筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋 混凝土构件会产生不可恢复的变形和 不可闭合的裂缝，以至不能使用 * 无明显流幅的钢筋：残余应变为 0.2%时所对应的应力作为条件屈服 强度 一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线 强度指标的确定 强度随机变量 强 度 标 准 值 根据统计资料，运用 数理统计方法确定的 具有一定保证率（钢 筋为97.73%）的统计 特征值： 强度标准值=强度平 均值-2均方差 概 率 密 度 材料 强度 强 度 平 均 值 强 度 标 准 值 一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线 a b b c d e 0.2% 0.2 变形指标 * 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长 的比值 * 冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直 径为d的钢辊弯成一定的角度而不发 生断裂 一、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的级别和品种 钢筋 热轧钢筋：热轧光面钢筋hpb300，普通热轧带肋钢 筋hrb335、hrb400、 hrb500 ，细晶粒热轧带肋 钢筋hrbf400、 hrbf500、hrbf335 冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成 余热处理带肋钢筋：将hrb400、通过加热、淬火、 回火而成（rrb400 ）。 按加工 钢丝 碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正 、回火处理而成 刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝 土间的粘结力 钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成 一、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的级别和品种 按表面形状 光圆钢筋变形钢筋 钢筋的应用范围 非预应力钢筋：hpb300，hrb335，hrbf335， hrb400，hrbf400，hrb500，hrbf500，rrb400 预应力钢筋：中强度预应力钢丝，消除应力钢丝，钢绞线， 预应力螺纹钢筋 一、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理 冷拉 b k z z k 残余变形 冷拉伸长率 无时效 经时效 k点的选择：应力控制和应变控制 温度的影响：温度达700c时恢 复到冷拉前的状态，先焊后拉 特性：只提高抗拉强度，不提高 抗压强度，强度提高，塑性下降 一、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理 冷拔 经过冷拔后钢筋没有明显的 屈服点和流幅 冷拔既能提高抗拉强度又能 提高抗压强度 一、钢筋的强度和变形 4. 钢筋的徐变和松弛 徐变 应力不变，随时间的 增长应变继续增加 松弛 长度不变，随时间的 增长应力降低 对结构，尤其 是预应力结构 ，产生不利的 影响，需采取 必要的措施 一、钢筋的强度和变形 5. 混凝土结构对钢筋的要求 强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有 一定的屈强比 塑性要求：伸长率和冷弯要求 可焊性 与混凝土的粘结性 二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 立方体抗压强度fcu 承压板 试块 摩擦力 不涂润滑剂涂润滑剂 强度大于 我国规范的方法：不涂润滑剂 压力试件裂缝 发展扩张整个体 系解体，丧失承载力 另影响强度的因素 还有：龄期、加载速 率、试块尺寸等 二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 标准试块：150150 150 非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规 范混凝土的强度等级有： c15，c20，c25，c30，c35，c40，c45，c50，c55 ，c60，c65，c70，c75，c80 表示混凝土concrete 立方体抗压强度标准值为60n/mm2 立方体抗压强度fcu 二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 n混凝土强度等级应按下列规定选用： l 素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于c15；钢筋混凝 土结构的混凝土强度等级不应低于c20；采用强度等级 400mpa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于c25。 l 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于c40，且不 应低于c30。 l 承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于 c30 二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc 承压 板 试 块 标准试块：150150 300 fck=0.88c1c2fcu，k 0.88为考虑结构中混凝土的实体强度与立方体试件混凝土强度 之间的差异，对试件混凝土强度的修正系数。 c1为轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值，对c50及以下取 0.76，对高强混凝土c80取0.82，中间按线性内插。 c2对c40以上混凝土考虑脆性折减系数，对c40以下混凝土 取c21.0，对c80取c20.87，中间按线性插值。 二、混凝土的强度和变形 2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度 直接受拉试验ft 100 100 150150 500 ftk=0.880.395fcu，k 0.55(1-1.645）0.45c2 为变异系数 0.395和指数0.55为轴心抗拉强度与立方体抗压 强度的折算关系，是根据试验数据进行统计分析后 确定的。 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 (mpa) fc o 0 (10-3) a b c d 2 25 20 15 10 5 468 10 混凝土强度提高 加载速度减慢 单轴受压时的应力-应变关系 作用是： 峰值应力 后，吸收 试验机的 变形能， 测出下降 段 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 重复荷载下混凝土的变形性能 pe 包罗线与一次性加 载时的应力-应变曲线 相似 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量 c c c c ep 0 1 原点切线模量（弹性模量）：拉压相同 变形模量（割线模量、弹塑性模量） 切线模量 受压时，为 0.41.0； 受拉破坏时， 为1.0 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件） c/fc c 0.5 510次 此线和原点切线基 本平行，取其斜率 作为ec 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的泊松比和剪切模量 混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18，接近破 坏时可达0.5以上，一般可取0.2 混凝土的剪切模量为 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 05 101520253035 (10-3) (月) c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定 加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大 水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大 骨料越硬，徐变越小 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的性质 水泥品种：等级越高，收缩越大 水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大 骨料：骨料越硬，收缩越小 养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 徐变对混凝土结构的影响 p as p as s1 c1 p s2 as s2 p拆去，钢筋受 压混凝土受拉， 可能会引起混凝 土开裂 徐变： s， c 二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能 收缩对混凝土结构的影响 as s as s 收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉 as 一、粘结作用和粘结机理 pp 裂缝出现后的粘结作用 t 两种粘结作用 锚固粘结 保证钢筋和混 凝土共同工作 缝间粘结 改善钢筋混凝 土的耗能性能 一、粘结作用与粘结机理 2. 粘结机理 光圆钢筋 粘附力 摩擦力 机械咬合力 （钢筋表面不 平、微锈时可 显著提高咬合 力） 有滑移时粘附力即消失 钢筋受力较大时粘 结力主要由此二部 分组成 一、粘结作用与粘结机理 2. 粘结机理 变形钢筋 粘附力 摩擦力 机械咬合力 主要作用 一、粘结作用与粘结机理 3. 粘结试验 拔出试验 搭接长度 延伸长度 半梁试验 搭接长度试验 延伸长度试验 一、粘结作用与粘结机理 4. 粘结破坏形态 光圆钢筋 钢筋拔出 二、钢筋与混凝土间粘结强度 l tu 一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间 的平均粘结强度 钢筋周长埋置长度 拔出拉力 影响因素 混凝土强度 浇注位置（水平浇注、竖向浇注） 钢筋的外形特征 保护层厚度和钢筋的净距 三、锚固、搭接长度 1. 锚固长度的理论分析 原则 钢筋屈服时正好发生锚固破坏 对象 以直径为2c的混凝土试件内配直径为d 的变形钢筋为例 假定纵裂发生在刮出式破坏以前 三、锚固、搭接长度 2. 实用锚固长度的计算公式 la 基本锚固长度（gb50010）： 锚固钢筋的外形系数：光圆钢筋0.16；带肋钢筋0.14； 螺旋肋钢丝0.13；三股钢绞线0.16；七股钢绞线0.17。 对不同的情况还要作修正 对上式作修正可 得搭接长度 受拉钢筋的锚固长度按下式计算，且不应小于200mm 三、锚固、搭接长度 2. 实用锚固长度的计算公式 na 为纵向受拉钢筋锚固长度修正系数： l当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.10； l环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25； l施工过程中易受扰动钢筋取1.10； l当纵向受拉钢筋的实际配筋面积大于其设