第二章力学性能.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。,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,2.2钢筋的力学性能,比例极限,屈服强度,极限强度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,oa弹性阶段,a比例极限,b屈服强度,cd强化阶段,0.2%,0.2,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=0.8fsu。,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,o,a,b,c,c,d,d,冷拉无时效,冷拉经时效,(a),(b),(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,混凝土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)=0.95fcu(100),fcu(150)=1.05fcu(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：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C55，C60，C65，C70，C75，C80,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,应力应变曲线：,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,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,:0.3fc0.8fc裂缝稳定阶段,BC裂缝不稳定阶段,:0.8fc1.0fc,C,B,D,E,fc,0,0,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,ce,cp,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+cp,18,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。,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。,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。,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：,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筋强度得以充分利用，即,保证粘结