建筑结构结构材料的力学性能教学PPT.ppt

第三章 结构材料的力学性能 钢 材 一、钢筋的种类及选用 强度高，塑性低 强度高，粘结性好 强度高 预应力钢筋 钢 筋 热轧钢筋 钢 丝 钢绞线 热处理钢筋 hpb235 hrb335 hrb400 rrb400 光圆钢筋 变形钢筋 变形钢筋 变形钢筋 非预应力钢筋 强度塑性 弱 强 高 低 2019/1/234 fig. 我国常见钢筋外形 二、钢筋的力学性能 a. 有明显屈服点（软钢） 0 d a b c e oa弹性阶段 bc屈服阶段 cd硬化阶段 de颈缩阶段 d 0 条件屈服点 0.2 是残余应 变为0.2%时的应力 c条件屈服强度 0.2=0.85 fu b. 无明显屈服点（硬钢） c 0.2 0.2% a比例极限fp c屈服强度fy d极限强度fu 1. 强度相关 是钢筋强度的设计依据 屈强比反映钢筋的强度储备， fy/fu=0.60.7。 es 冲击韧性：是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材 对于冲击荷载的承受能力。 2. 塑性性能 伸长率：钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变化 率，是衡量钢材变形能力的重要指标。 冷弯指标：是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板 ，其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径 （相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。 伸长率: 越大, 钢筋延性或塑性越好 3. 钢材的加工性能 常见的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工两类： 冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔； 热加工：焊接。 冷拉后的钢筋没有明显的屈服阶段，如 b图。 冷拉卸载后经过一段时间的停滞，再对 其张拉，会重新恢复屈服阶段而呈现出 屈服强度提高的应力应变图形；这种现 象被称为冷做硬化现象； 冷拉仅提高钢筋的抗拉强度，不提高其 抗压强度； 0 a b 冷拉 冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其 通过小直径的硬质合金模具，使其截 面减小而长度增长； 冷拔后的钢筋的强度会大大提高； 冷拔后钢筋的塑性会降低； 冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同 一种钢筋。 0 冷拔 混 凝 土 水泥+ 水 石子、沙子 混凝土 水泥胶体 粗细骨料 一、混凝土的强度 1. 立方体抗压强度:fcuk a. 定 义：为150mm的立方体试件，在28天龄期单轴抗压强度 150mm 150mm 150mm b.强度等级：c15,c20,c25,c30,c35,c40,c45,c50c80共14级 c 混凝土 15立方体抗压强度的标准值为15n/mm2 每一批混凝土都要留试块，用于检查质量 2. 轴心抗压强度 fck 设计强度指标 a.定义： 轴心抗压强度是指按照标准方法制作养 护的截面为150mm150mm高300mm 的棱柱体，在28天龄期用标准试验方法 测得的抗压强度。 150mm 300mm b.折算公式： 轴心抗压强度与立方体抗压强度比值 高强混凝土脆性折减系数 0.88经验折减系数 3. 轴心抗拉强度 混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的 5%10% 二、混凝土的变形 oa弹性阶段 ab微裂缝开展 bc弹塑性，竖向裂缝形成 cd下降段 混凝土是弹塑性材料 规范提出的混凝土应力-应变曲线表达式 受压混凝土一次短期受压混凝土一次短期 加荷的应力加荷的应力- -应变曲应变曲 线线 原点弹性模量 定义：过原点作切线的斜率 取值： 变形模量 割线模量：原点和任意点作割线的斜率。 切线模量：过任一点作切线的斜率为时的切线模量 剪切模量：根据弹性模量和泊松比确定： 混凝土的变形模量 a. 原 因 ：水分蒸发；凝胶体收缩 c.影响因素：配合比、养护、体表比 b. 影 响： a) 构件产生裂缝； b) 引起预应力损失 1. 收缩 砼在空气中硬化体积减小的现象 收缩 徐变 c.影响因素：配合比、养护、应力条件 b. 对构件影响：a) 增大变形； b) 引起内力重分布； c) 引起预应力损失 2. 徐变砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形 a. 原因 ：水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展 建筑工程中，钢钢筋混凝土构件的混凝土强度等级级不应应 低于c15; 当采用hrb335级钢级钢 筋时时，不宜低于c20; 当采用hrb400和rrb400级钢级钢 筋以及承受重复荷载载的构 件，不得低于c20; 预应预应 力混凝土结结构不应应低于c30; 采用钢绞线钢绞线 、钢丝钢丝 、热处热处 理钢钢筋作预应预应 力钢钢筋时时， 不宜低于c40. 三、混凝土的选用 第3节 钢筋与混凝土的相互作用粘结力 一、粘结力的概念 若钢筋与混凝土有相对变形（滑移），应会在钢筋和混凝土 交界面上，产生沿钢筋轴线方向的相互作用力。 它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。 （1） 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； （2） 混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力； （3）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力 。 二、粘结力的组成 （1）粘结应力按曲线分布，最大粘结应力在离开端部的某 一位置出现，且随拔出力的大小而变； （2）钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但埋入过长则尾部 的粘结力很小，甚至为零； （3）粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大； （4）变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大； 但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。 三、影响粘结力因素 拔出试验:测定粘结力 粘结强度: 钢筋与砼的粘结面上所能承受 平均剪应力的最大值。 四、保证钢筋和混凝土间的粘结措施 （一）保证锚固粘结应力的可靠传递 锚固钢筋的外形系数(p22) 0.170.160.130.190.140.16钢筋外形 系数 七股钢 绞线 三股钢 绞线 螺旋肋 钢丝 三面刻 痕钢丝 带肋钢 筋 光面钢 筋 钢筋类型 基本锚固长度的修正: 见p22 1、纵向受拉钢筋的基本锚固长度 2、框架梁纵向钢筋在边支座处的锚固 为什么要求水平段0.4la？ m 图 (二)钢筋锚固长度不够时的措施 末端与短钢筋双面贴焊 末端带135弯钩 末端与钢板穿孔塞焊 2、一定的搭接长度 钢筋搭接 fy t fy 1.3ll ll 搭接区钢筋净间距的减小 使得粘结强度降低。因此 规范取搭接长度搭接长度为锚锚 固长度固长度乘与一个大于大于1 1的 系数。 ll =z la 搭接接头面 积百分率（% ） 2550100 z 1.21.41.6 v规范规定，两搭接接头的中心距应不小于1.3l1， 否则，则认为两搭接接头属于同一搭接范围。 v对于纵向受压钢筋，其搭接长度不应少于0.7l1， 且不小于200mm。 v在纵向受力钢筋搭接长度范围内应加密配置箍筋 ，见图，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的 0.25倍。 v在锚固区或受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋以改 善钢筋与混凝土的粘结性能。 v在锚固长度范围内，箍筋直径不宜小于锚固钢筋直径 的1/4，间距不应大于单根锚固钢筋直径的10倍(采用 机械锚固措施时不应大于5倍)，在整个锚固长度范围 内箍筋不应少于3个。 v 在受力钢筋搭接长度范围内，箍筋直径不宜小于搭接 钢筋直径的1/4；箍筋间距在钢筋受拉时不大于 100mm且不大于搭接钢筋较小直径的5倍，在钢筋受 压时不大于200mm且不大于搭接钢筋较小直径的10倍 。 锥螺纹钢筋连接 2.4一般构造规定 第二章 材料的力学性能 2.4一般构造规定 挤压钢筋连接 第二章 材料的力学性能 2.4一般构造规定 钢筋机械连接的方法之一为螺纹套筒连接。早期多为车销锥螺纹套筒 连接，后改进为与母材等强的滚轧（或镦粗）直螺纹套筒连接。 锥螺纹加工 钢筋机械连接螺纹套筒连接 钢筋机械接头的加工及现场安装多采用专业分包的形式，图为滚轧钢 筋直螺纹的机械加工。 已加工的滚轧直螺纹 柱子钢筋连接时，顶部的 工人将钢筋插入柱箍内侧，底 部工人将加工的钢筋端部螺牙 对准套筒，中部的工人用专用 扳手旋紧螺纹，形成三人基本 组合作业组。 钢筋机械连接冷压套筒连接 冷压套筒钢筋连接是利用钢套筒的变形，与变形钢筋咬合 在一起形成良好的连接。由于钢套筒的长度相对长，其经济指 标比滚轧直螺纹套筒连接差，现逐渐被直螺纹套筒连接取代。 冷压套筒连接主要为径向冷压技术。图为当年南京 古南都饭店的地下室底板40钢筋的8000个接头应用 了该技术。 电渣压力焊是粗钢筋焊接连接的一种方法。其接头费用低，经济 实用，适用于1828的竖竖向钢钢筋连连接。 钢筋焊接连接电渣压力焊 将被连接钢筋插入夹钳向焊剂盒内倒入焊剂 将电极钳夹住被连钢筋摇动手柄轻提上钢筋引弧 引弧后连续通电，钢筋端面在渣池中熔化，熔化到 一定量时加压挤压。 打开焊接盒，回收焊剂渣壳包裹着钢筋接头，并保温 敲除渣壳，露出具有金属光泽的电渣压力焊接头。 钢筋气压焊是一种经济不用电的钢筋连接方法，图为日本 在多层住宅楼的梁中将气压焊应用于水平钢筋的连接。 钢筋焊接连接气压焊 图为在南京古南都饭店工程地下室施工工地上，进行钢筋气 压焊应用的表演。操作工人将夹钳夹住上、下钢筋端部