第02章 材料的物理力学性能.pdf

混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 Principle of Design of Concrete Structures 主 讲 刘海波主 讲 刘海波 2010 2011学年 第二学期学年 第二学期 西南交通大学土木工程学院西南交通大学土木工程学院 School of Civil Engineering Southwest Jiaotong UniversitySchool of Civil Engineering Southwest Jiaotong University 第2章 材料的物理力学性能 钢筋钢筋 混 凝 土混 凝 土 两者间的粘结两者间的粘结 强 度强 度 变 形变 形 粘结破坏的 过程和机理 粘结破坏的 过程和机理 第2章 材料的物理力学性能 2 1 钢筋的物理力学性能2 1 钢筋的物理力学性能 2 2 混凝土的物理力学性能2 2 混凝土的物理力学性能 2 3 钢筋与混凝土之间的粘结2 3 钢筋与混凝土之间的粘结 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 碳素钢碳素钢 铁 碳 硅 锰 硫 磷等元素 铁 碳 硅 锰 硫 磷等元素 低碳钢低碳钢 含碳量 0 25 含碳量 0 25 中碳钢中碳钢 含碳量0 25 0 6 含碳量0 25 0 6 高碳钢高碳钢 含碳量0 6 1 4 含碳量0 6 1 4 普通低合金钢普通低合金钢 另加 硅 锰 钛 钒 铬 等 另加 硅 锰 钛 钒 铬 等 硅系 硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系 硅系 硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系 2 1 1 钢筋的形式和品种 按化学成分 钢筋的形式和品种 按化学成分 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 光面钢筋 变形钢筋 光面钢筋 变形钢筋 2 1 1 钢筋的形式和品种 按表面形状 钢筋的形式和品种 按表面形状 螺纹 人字纹月牙纹螺纹 人字纹月牙纹 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 1 钢筋的形式和品种 按加工 钢筋 钢筋的形式和品种 按加工 钢筋 钢筋钢筋 热轧钢筋 冷加工钢筋 热轧钢筋 冷加工钢筋 在 在常温常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工 热处理钢筋热处理钢筋 将HRB400 RRB400等钢筋通过加热 淬火 回火而成 将HRB400 RRB400等钢筋通过加热 淬火 回火而成 HPB235 Hot Rolled Plain Steel Bar 热轧光面钢筋 热轧光面钢筋 HRB335 Hot Rolled Ribbed Steel Bar 热轧带肋钢筋 热轧带肋钢筋 HRB400 Hot Rolled Ribbed Steel Bar 热轧带肋钢筋 热轧带肋钢筋 RRB400 Remained Heat Treatment Ribbed Steel Bar 余热处理带肋钢筋 余热处理带肋钢筋 HPB235低碳钢低碳钢I级光面级光面8 20mm HRB335低合金钢低合金钢II级变形级变形6 50mm HRB400低合金钢低合金钢III级变形级变形6 50mm RRB400低合金钢变形低合金钢变形8 40mm 常见钢筋直径常见钢筋直径6 6 5 8 8 2 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 50 mm 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 1 钢筋的形式和品种 按加工 钢丝 钢筋的形式和品种 按加工 钢丝 钢丝钢丝 碳素钢丝碳素钢丝 高碳镇静钢通过多次冷拔 应力消除 矫正 回火处理而成 高碳镇静钢通过多次冷拔 应力消除 矫正 回火处理而成 刻痕钢丝刻痕钢丝 在钢丝表面刻痕 以增强其与混凝土间的粘结力 在钢丝表面刻痕 以增强其与混凝土间的粘结力 钢 绞 线钢 绞 线 2 3或6根钢丝捻制而成 2 3或6根钢丝捻制而成 冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝 由低碳钢冷拔而成 由低碳钢冷拔而成 非预应力钢筋非预应力钢筋 HRB235 HRB335 HRB400 RRB400 及强度较低的冷加 工钢筋 HRB235 HRB335 HRB400 RRB400 及强度较低的冷加 工钢筋 预应力钢筋预应力钢筋 碳素钢丝 刻痕钢丝 钢绞线 热处理钢筋 及强度较高 的冷加工钢筋 碳素钢丝 刻痕钢丝 钢绞线 热处理钢筋 及强度较高 的冷加工钢筋 按钢筋的应用范围按钢筋的应用范围 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 2 钢筋的应力钢筋的应力 应变曲线应变曲线 有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋 无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋 热轧钢筋热轧钢筋 冷拉钢筋冷拉钢筋 热处理钢筋热处理钢筋 刻痕钢丝刻痕钢丝 冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝 碳素钢丝碳素钢丝 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 2 钢筋的应力钢筋的应力 应变曲线应变曲线 有有明显物理流限的钢筋明显物理流限的钢筋 A B B C D E 上屈服点 下屈服点 极值点 BC段为屈服平台 CD段为强化段 标距 试件拉试件拉 拉断 压压 强度指标 强度指标 屈服强度屈服强度fy 下屈服点对应的应力 作为设计强度的依据 不是极限点 下屈服点对应的应力 作为设计强度的依据 不是极限点 A 比例极限 弹性极限 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 2 钢筋的应力钢筋的应力 应变曲线应变曲线 无无明显物理流限的钢筋明显物理流限的钢筋 强度指标 强度指标 条件屈服强度条件屈服强度 0 2 取取残余应变残余应变为为0 2 所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强 度限值 所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强 度限值 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 2 钢筋的应力钢筋的应力 应变曲线应变曲线 强度强度随机变量随机变量 强 度 标 准 值 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 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 的统计特征值 强度标准值 强度平均值 2 均方差 概率 密度 概率 密度 材料强度 强度 平均 值 强度 标准 值 材料强度 强度 平均 值 强度 标准 值 强度指标的确定强度指标的确定 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 2 钢筋的应力钢筋的应力 应变曲线 不同钢筋应力 应变关系的比较 应变曲线 不同钢筋应力 应变关系的比较 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 2 钢筋的应力钢筋的应力 应变曲线 应力 应变曲线 应力 应变曲线的简化模型应变曲线的简化模型 s s s Es s y s h fy s s s Es s y s h fy fs u s u s u s s s Es s y fy s h fs u 有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 3 钢筋的冷加工和热处理 冷拉 钢筋的冷加工和热处理 冷拉 O O K Z Z K 残余变形 冷拉率 残余变形 冷拉率 无时效无时效 经时效经时效 K点的选择 应力控制和应变控制 特性 只提高抗拉强度 不提高抗压强 度 强度提高 塑性下降 K点的选择 应力控制和应变控制 特性 只提高抗拉强度 不提高抗压强 度 强度提高 塑性下降 未经时效前 一般没有明显的屈服台阶 未经时效前 一般没有明显的屈服台阶 经时效后 提高了屈服强度并恢复了屈服台阶经时效后 提高了屈服强度并恢复了屈服台阶 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 3 钢筋的冷加工和热处理 冷拔 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冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 3 钢筋的冷加工和热处理 热处理 钢筋的冷加工和热处理 热处理 对特定钢号的钢筋进行对特定钢号的钢筋进行淬火淬火和和回火回火处理处理 强度提高 塑性降低 强度提高 塑性降低 不降低强度的前提下 消除 由淬火产生的内力 不降低强度的前提下 消除 由淬火产生的内力 改善塑 性和韧性 改善塑 性和韧性 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 4 钢筋的蠕变和松弛钢筋的蠕变和松弛 蠕变蠕变 应力不变 随时间的增长 应变继续增加 松弛 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 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 如 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 如 超载张拉超载张拉 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 5 钢筋的疲劳钢筋的疲劳 重复荷载作用下 钢筋的强度重复荷载作用下 钢筋的强度 静载作用下的强度静载作用下的强度 规定的应力幅度内 经一定次数的重复荷载 后 发生疲劳破坏的最大应力值称为 规定的应力幅度内 经一定次数的重复荷载 后 发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度疲劳强度 试验方法试验方法 单根钢筋的轴拉疲劳 钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯 单根钢筋的轴拉疲劳 钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯 我国 对不同的应力比值 我国 对不同的应力比值 min max 满足 荷载循环次数 满足 荷载循环次数200万次的钢筋最大应力值万次的钢筋最大应力值 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 6 钢筋的变形性能 延伸率 钢筋的变形性能 延伸率 延伸率越大 钢筋的延伸率越大 钢筋的塑性和变形能力塑性和变形能力越好越好 11 100 ll l 目前多采用目前多采用均匀延伸率均匀延伸率来反映钢筋的变形能力来反映钢筋的变形能力 0 b gt os LL LE 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 6 钢筋的变形性能 冷弯性能 钢筋的变形性能 冷弯性能 弯心弯心直径直径越小 弯过的越小 弯过的角度角度越大 越大 冷弯 性能 冷弯 性能越好 钢筋的越好 钢筋的塑性性能塑性性能越好 越好 2 1 钢筋钢筋 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 1 7 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 强度强度 塑性塑性 焊接性能焊接性能 与砼的粘结与砼的粘结 可靠的屈服强度和极限强度 抗震设 计时还要求有一定的屈强比 可靠的屈服强度和极限强度 抗震设 计时还要求有一定的屈强比 延伸率和冷弯性能延伸率和冷弯性能 可焊性好可焊性好 与砼具有良好的粘结与砼具有良好的粘结 2 2 混凝土混凝土 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 强度 变形 强度 变形 立方体抗压强度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 复合应力作用下的强度 立方体抗压强度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 复合应力作用下的强度 受力变形 非受力变形 受力变形 非受力变形 一次短期加载时的应力一次短期加载时的应力 应变关系 重复加载时的应力 应变关系 重复加载时的应力 应变关系 弹性模量和变形模量 徐变 应变关系 弹性模量和变形模量 徐变 收缩 温度变形 收缩 温度变形 2 2 混凝土混凝土 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 2 2 1 强度强度 立方体抗压强度 立方体抗压强度试验 立方体抗压强度 立方体抗压强度试验 承压板 试件试件 普通混凝土力学性能试验方法 边长 普通混凝土力学性能试验方法 边长150 mm的立方体标准试件 在标准条件下 的立方体标准试件 在标准条件下 20 3 90 湿度湿度 养护 养护28天天 用标准试验 方法 用标准试验 方法 加载速度加载速度0 15 0 3 N mm2 sec 两端不涂 润滑剂 两端不涂 润滑剂 加压至破坏 加压至破坏 立方体抗压强度与砼等级立方体抗压强度与砼等级 以具有以具有95 保证率保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级 并以的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级 并以fcu k表示 如 表示 如 C30表示该标号混凝土的表示该标号混凝土的 fcu k 30 MPa 1 MPa 1 N mm2 cu kff 1 645f 2 2 混凝土混凝土 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料的物理力学性能 立方体抗压强度的主要影响因素立方体抗压强度的主要影响因素 试件试件 实验方法实验方法 不涂润滑剂涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂 强度大于强度大于 试件尺寸 试件尺寸 立方体尺寸愈小 试验测得的强度愈高 立方体尺寸愈小 试验测得的强度愈高 尺寸效应尺寸效应 加载速度 加载速度 加载速度越快 试验测得的强度越高加载速度越快 试验测得的强度越高 冲击效应冲击效应 龄期 龄期 试验时的砼龄期增长 测得的强度增大试验时的砼龄期增长 测得的强度增大 持续水化反应持续水化反应 2 2 1 强度强度 立方体抗压强度立方体抗压强度 2 2 混凝土混凝土 第2章 材料的物理力学性能第2章 材料