2钢筋和混凝土的力学性能

第2章钢筋和混凝土的力学性能,混凝土结构设计原理,本章提要,钢筋和混凝土的力学性能，是混凝土结构构件计算的基础。本章主要介绍钢筋和混凝土的强度和变形性能，包括钢筋和混凝土的应力-应变曲线、钢筋的品种和级别、钢筋的冷加工方法及其性能，混凝土的各类强度指标、混凝土的变形模量、混凝土的收缩和徐变及对结构的影响。保证钢筋和混凝土的粘结力，是结构构件设计中要注意的重要构造措施。,本章学习重难点,重点：钢筋的力学性能，包括强度和变形混凝土的力学性能，包括强度和变形难点：混凝土的变形，钢筋和混凝土的粘结力,2.1钢筋,2.2混凝土,2.3钢筋和混凝土的粘结,第二章钢筋和混凝土的力学性能,2.1.1钢筋的强度和变形,2.1、钢筋,（1）钢筋的应力应变关系,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),oa弹性阶段,a比例极限,b屈服强度,cd强化阶段,d极限强度,de颈缩阶段,软钢有明显屈服点的钢筋,0.2%,0.2,0.2条件屈服强度,硬钢没有明显屈服点的钢筋,（2）钢筋的强度和变形指标,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。,强度指标：屈服强度、极限强度,变形指标：伸长率、冷弯性能,伸长率：,（3）钢筋的弹性模量,钢筋受力的弹性阶段,应力与应变成正比其比值即弹性模量:Es=s/s受拉和受压时的弹性模量相同,2.1.2钢筋的分类和品种,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,热轧钢按外形分为,光面钢筋,螺纹钢筋,月牙纹钢筋,人字纹钢筋,2.1.3钢筋的冷加工,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。,（1）冷拉,冷拉可以采取应力控制和应变控制,冷拉特性：提高钢筋的抗拉强度，塑性降低,（2）冷拔,经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅,冷拔特性：既能提高抗拉强度又能提高抗压强度，塑性降低,（3）冷扎,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。,2.1.4钢筋的其他性能,2.1.5钢筋的选用,（1）混凝土结构对钢材性能的要求：,（2）钢材的常用直径：,钢丝：4、5(mm),钢铰线：12(74)，15(75)(mm),钢筋：6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结。,2.1节思考题,1、试绘制有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线并指出各阶段的特点、各转折点的应力名称。2、什么是条件屈服强度?3、什么叫伸长率？什么叫屈强比？4、检验钢筋质量有几项指标？,水+水泥,水泥胶体（结晶体+胶凝体）,砂石骨料,产生塑性变形的根源,弹性骨架（产生弹性变形和承受外力）,2.2、混凝土,2.2.1概述,（1）混凝土是一种人工石材,（2）混凝土的内部微裂缝,水泥胶凝体向水泥结晶体的转化是长期过程28天强度大致稳定,可作为早期强度的界限,（3）混凝土的强度随时间而增长,2.2.2混凝土的强度,（1）混凝土的抗压强度和强度等级,1）立方体的抗压强度fcu,标准试块：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。,标准试验方法：不涂润滑剂，按规定速度加载,影响立方体抗压强度的因素：,试件尺寸,试验方法：是否涂抹润滑剂，加载速度,养护时的温度与湿度,2）混凝土的强度等级,C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50,C55，C60，C65，C70，C75，C80,普通砼,高强砼,3）轴心抗压强度,真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。,标准试块：150150300,非标准试块：100100300换算系数0.95200200400换算系数1.05,用立方体强度反映：,（2）混凝土的轴心抗拉强度,混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度。,1)直接受拉试验ft,2)劈裂试验fts,2.2.3复合应力状态下的混凝土强度,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,双向正应力下的强度曲线,砼剪压或剪拉复合应力状态下的强度曲线,正应力和剪应力作用,三轴受压,1=fcc,2=3=fL,fL-侧向约束压应力（加液压）,1=fcc,2.2.4混凝土的变形,（1）混凝土在一次短期加载作用下的变形,OA弹性阶段,AB弹塑性阶段,BC裂缝不稳定阶段,OA弹性阶段,A:0.3fc,AB弹塑性阶段,:0.3fc0.8fc裂缝稳定阶段,BC裂缝不稳定阶段,:0.8fc1.0fc,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,原点弹性模量：,（2）砼的变形模量,割线模量：,c=ce+cp,弹性系数01.0,切线模量：,剪切模量：,G=0.4Ec,（3）混凝土在重复荷载作用下的变形,混凝土在重复荷载下的应力-应变曲线,（4）混凝土在荷载长期作用下的变形徐变,1)徐变现象,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。,0.8fc,2)徐变性质,3）产生徐变的原因,一胶凝体的粘性流动,二混凝土内部微裂缝的不断发展,线性徐变的主要原因,非线性徐变的主要原因,4）徐变对混凝土结构的影响,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。,徐变：s，c,P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂,5）影响徐变的因素,A加载时，砼的龄期,B水泥用量，水灰比,F体表比,C骨料级配，骨料的刚度,E受荷时所处环境，温度和湿度,D养护时，温度与湿度,（5）混凝土的收缩,1）混凝土在空气中结硬体积减小的现象,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,2）收缩产生的原因及性质,产生原因,干燥失水,炭化作用,3）收缩对混凝土结构的影响,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,4）影响收缩的因素,A水泥标号,B水泥用量，水灰比,F体表比,C骨料级配，骨料的刚度,E受荷时所处环境，温度和湿度,D养护时，温度和湿度,2.2节思考题,1、混凝土的立方体抗压强度是如何确定的？2、什么是混凝土的弹性模量、割线模量？弹性模量与割线模量之间有什么本质区别？3、什么叫混凝土的徐变、线性徐变、非线性徐变？混凝土的收缩与徐变有什么本质区别？4、如何避免混凝土构件产生收缩裂缝？,2.3、钢筋与混凝土的粘结,2.3.1粘结的作用及产生原因,钢筋和混凝土共同工作的基础,是界面上的剪应力,使钢筋应力沿长度发生变化。,（2）产生原因,（1）作用,1）摩擦力2）胶合力3）机械咬合力,2.3.2粘结力的测定,钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定,影响因素：,混凝土强度等级钢筋表面形状和直径钢筋埋入长度混凝土保护层厚度钢筋间的净距侧向压力混凝土的浇筑位置横向钢筋的约束作用,2.3.3保证钢筋和混凝土间可靠粘结的措施,（1）保证锚固粘结应力的可靠传递,1）受拉钢筋伸入支座应有足够锚固长度.,2）受压钢筋的锚固长度是受拉锚固长度的0.7倍,3）纵向钢筋搭接时应有一定的搭接长度搭接长度与接头面积有关,4）保证局部粘结应力的传递:选择较小直径钢筋和带肋钢筋,5）光面钢筋末端加弯钩,6）高度较大的梁应分层浇捣和二次振捣,2.3节思考题,1、钢筋与混凝土之间的粘结力是如何产生的？2、为什么伸入支座的钢筋要有一定的锚固长度？3、高强光面钢丝能否在普通钢筋混凝土梁中充分发挥作用？,1钢筋分为有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，二者的应力-应变曲线有很大差别。热轧钢筋属于有明显屈服点的钢筋，用于钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。其主要级别有:HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级，提倡用HRB400级钢筋作为主要混凝土结构构件的主要受力钢筋。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋，可取极限抗拉强度的085倍作为条件屈服点,它们都是高强度钢筋。,本章小结,4在常温下对热轧钢筋进行再加工，即钢筋的冷加工，可以提高钢筋的强度，以达到节省钢筋的目的。冷加工方法有冷拉、冷拔、冷轧等。5用于混凝土结构中的钢筋应满足强度、塑性和可焊性等方面的要求，并应与混凝土有良好的粘结性能。6混凝土立方体抗压强度指标作为评定混凝土强度等级的标准;我国规定采用15Omm边长的立方体作为标准试块。而混凝土轴心抗压强度是结构混凝土最基本的强度指标，混凝土轴心抗拉强度及局部抗压强度等，都与轴心抗压强度有一定的关系。对于不同的结构构件，应选择适当强度等级的混凝土。,7混凝土的徐变和收缩是混凝土特有的现象，对钢筋混凝土和预