钢筋和混凝土的力学性能课件

1、钢筋和混凝土的力学性能1单元二单元二 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土的力学性能22.1 钢筋钢筋 2.1.1 2.1.1 钢筋分类钢筋分类按化学成分按化学成分碳素钢（铁、碳、碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等硅、锰、硫、磷等元素）元素）低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢（另普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、加硅、锰、钛、钒、铬等）铬等）钢筋和混凝土的力学性能3按加工方法按加工方法钢筋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钢丝钢丝碳素钢丝碳

2、素钢丝刻痕钢丝刻痕钢丝钢绞线钢绞线冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝按外形按外形光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋冷拔钢筋冷拔钢筋冷轧钢筋冷轧钢筋2.1 钢筋钢筋 钢筋和混凝土的力学性能4HPB235 屈服强度屈服强度钢筋：钢筋：barbar 表面形状：表面形状：plainplain 生产工艺：生产工艺： hot rolled HRB335RRB400热轧带肋屈服强度热轧带肋屈服强度335Mpa余热处理带肋屈服强度余热处理带肋屈服强度400Mpa400Mpa种类种类符号符号fyk热轧钢筋HPB 235(Q235)235HRB 335(20MnSi)335HRB 400(20MnSiV、20MnSiNb、2

3、0MnTi)400RRB 400(K20MnSi) R40020MnSiV2.1 钢筋钢筋 1、热轧钢筋、热轧钢筋是用低碳钢或低合金钢在高温下热轧制而成的。是用低碳钢或低合金钢在高温下热轧制而成的。钢筋和混凝土的力学性能52.1 钢筋钢筋 2 2 钢钢筋的筋的冷加工冷加工冷拉：冷拉： 在常温下用在常温下用机械机械方法将有明显流幅的钢筋拉到方法将有明显流幅的钢筋拉到超过超过屈服屈服强度的某一应力值，然后强度的某一应力值，然后卸载至零卸载至零。钢筋和混凝土的力学性能62.1 钢筋钢筋 冷拔：冷拔： 将将HPB235级热轧钢筋级热轧钢筋强行强行拔过小于其直径的硬质合金拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具

4、拔丝模具。 经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压强度均强度均大大提高，但大大提高，但塑性塑性降低。降低。钢筋和混凝土的力学性能71 1、钢筋的强度和变形、钢筋的强度和变形ABBCDE有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋0.2%0.2无明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋（软钢）（软钢）（硬钢）（硬钢）标距上屈服点不稳定上屈服点不稳定下屈服点下屈服点出现颈缩出现颈缩BC段为屈服平台段为屈服平台CD段为强化段段为强化段拉断拉断2.1 钢筋钢筋 2.1.2 2.1.2 钢钢筋的主要力筋的主要力学学性能性能钢筋和混凝土的力学性能8强度指标强度指标* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强明显流

5、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，以至不能使用的裂缝，以至不能使用 ABBCDE* 无明显流幅的钢筋：残余应变为无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为时所对应的应力作为条件屈服强度条件屈服强度 0.2%0.22.1 钢筋钢筋 钢筋和混凝土的力学性能9变形指标变形指标* 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值* 冷弯要求：将直径为冷弯要求：将直径

6、为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂 2.1 钢筋钢筋 100%lll 延伸率越大，钢筋的延伸率越大，钢筋的塑性塑性和和变形能力变形能力越好。越好。 弯心弯心直径直径越小，弯过的越小，弯过的角度角度越大，冷越大，冷弯性能越好，钢筋的弯性能越好，钢筋的塑性性能塑性性能越好。越好。钢筋和混凝土的力学性能103、混凝土结构对钢筋的要求、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屈强比塑性要求：伸长率和冷弯要求塑性要求：伸长率和冷弯要求可焊性可焊性

7、与混凝土的粘结性与混凝土的粘结性4、钢筋的应用范围、钢筋的应用范围非预应力钢筋：非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋钢筋2.1 钢筋钢筋 钢筋和混凝土的力学性能112.2.1 2.2.1 混凝土的强度混凝土的强度2.2 混凝土混凝土混凝土的强混凝土的强度指度指标标立方体抗压强度立方体抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗拉强度轴心抗拉强度钢筋和混凝土的力学性能121 1、混凝土立方体抗、混凝土立方体抗压压强度强度fcu2.2 混凝土混凝土混凝土立方

8、体抗压强度的测定混凝土立方体抗压强度的测定：边长边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，按照标准试验方法（两端不涂润滑剂）天，按照标准试验方法（两端不涂润滑剂）测得的测得的具有具有95%保证率保证率的抗压强度，作为混凝土的的抗压强度，作为混凝土的立方体抗立方体抗压强度。压强度。用上述标准试验方法测得的用上述标准试验方法测得的具有具有95%保证率保证率的立方体的立方体抗压强度，称为抗压强度，称为混凝土的强度等级混凝土的强度等级混凝土的强度等级一般可划分为：混凝土的强度等级一般可划分为： C15 C20 C25 C30 C

9、35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80，共，共14个等级。个等级。钢筋和混凝土的力学性能13承压板试块摩擦力压力压力试件试件裂缝发裂缝发展展扩张扩张整个体系整个体系解体，丧失承载力解体，丧失承载力另影响强度的因素另影响强度的因素还有：龄期、加载速还有：龄期、加载速率、试块尺寸等率、试块尺寸等2.2 混凝土混凝土试验方法试验方法不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂我国规范的方法：不涂润滑剂钢筋和混凝土的力学性能142 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度（棱柱体抗压强度（棱柱体抗压强度f fc c ）承压板试块标准试块：标准试块：150150 30

10、0非标准试块：非标准试块：100100 300 换算系数换算系数 0.95 200200 400 换算系数换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果试验结果)对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有），有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度2.2 混凝土混凝土钢筋和混凝土的力学性能153、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度ft2.2 混凝土混凝土1）直接测试法直接

11、测试法 2）劈裂试验劈裂试验 混凝土抗拉强度的测定方法：混凝土抗拉强度的测定方法： 500 150 15010016轴心受拉试验劈拉试验劈拉试验PaP钢筋和混凝土的力学性能16复合应力状态包括：复合应力状态包括：（1）双向受力（双向受拉，双向受压，一拉一压）双向受力（双向受拉，双向受压，一拉一压）（2）三向受压三向受压（对混凝土的横向变形加以约束）（对混凝土的横向变形加以约束）混凝土三向受压时，强度提高，变形能力增加混凝土三向受压时，强度提高，变形能力增加工程实例：螺旋箍筋柱，钢管混凝土柱工程实例：螺旋箍筋柱，钢管混凝土柱4 4、复复合合应应力力状态状态下混凝土的强度下混凝土的强度2.2 混凝

12、土混凝土钢筋和混凝土的力学性能172 2、混凝土的变形、混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形受力变形受力变形：一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时：一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变形、长期荷载作用下的变形的变形、长期荷载作用下的变形体积变形体积变形：收缩、膨胀、温度变形：收缩、膨胀、温度变形混凝土受压应力混凝土受压应力-应变曲线应变曲线2.2 混凝土混凝土钢筋和混凝土的力学性能18混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在压力较小时为混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18，接近破坏时，接近破坏时可达可达0.5以上，一般可取以上，一般可取0.2混凝土的剪切

13、模量为混凝土的剪切模量为)1 (2cccEG2.2 混凝土混凝土钢筋和混凝土的力学性能19长期荷载作用下混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐徐变变原因之一，胶凝体的粘性流动原因之一，胶凝体的粘性流动原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间继续增定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间继续增长的现象。长的现象。产生的原因：产生的原因：2.2 混凝土混凝土徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使钢筋混凝土构件截面产生使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布内力重分布； 使受弯构件和偏压构件的使受弯构件和偏压构件的变形

14、加大变形加大 ； 使预应力混凝土构件产生使预应力混凝土构件产生预应力损失预应力损失 。钢筋和混凝土的力学性能20影响徐变的因素影响徐变的因素持续应力：应力大、徐变大持续应力：应力大、徐变大 c0.5fc，徐变变形与应力成正比-线性徐变 0.5fcc0.8fc，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，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小混凝土的密实性好，徐变小混凝土的密实性好，徐变小构件养护时的温度高、湿度高，徐变小；使用时相反构件养护时的温度高、湿度高，徐变小；使用时相反构件单

15、位体积的表面积小，徐变小构件单位体积的表面积小，徐变小2.2 混凝土混凝土钢筋和混凝土的力学性能21混凝土的收缩混凝土的收缩2.2 混凝土混凝土 混凝土的组成成分混凝土的组成成分 （水泥用量、水灰比、骨料性质水泥用量、水灰比、骨料性质） 振捣、养护条件及环境温湿度振捣、养护条件及环境温湿度影响收缩的因素：影响收缩的因素： 定定义义：混凝土在空：混凝土在空气气中中结结硬硬时时其体其体积会缩积会缩小，小，这种现这种现象象称为称为混凝混凝土的土的收收缩缩；混凝土在水中；混凝土在水中结结硬硬时时体体积会积会膨膨胀胀。通常收。通常收缩值缩值比膨比膨胀胀值值大很多。大很多。 钢筋和混凝土的力学性能22混凝

16、土混凝土收缩收缩的工程意义：的工程意义：如果混凝土构件处于完全自由的状态时，它产生的收缩只会引起如果混凝土构件处于完全自由的状态时，它产生的收缩只会引起构件的构件的缩短缩短而不会产生而不会产生裂缝裂缝。收缩是混凝土在不受外力的情况下因体积变化产生的变形。当这收缩是混凝土在不受外力的情况下因体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失产生预应力损失。实

17、际工程中一般采用设置施工缝来减小收缩应力。实际工程中一般采用设置施工缝来减小收缩应力。2.2 混凝土混凝土钢筋和混凝土的力学性能232.2 混凝土混凝土3 3、混凝土、混凝土结构结构的的环环境境类别类别钢筋和混凝土的力学性能242.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作2.3.1 共同工作的原因共同工作的原因* 混凝土和钢筋之间有良好的粘结作用，两者可靠地混凝土和钢筋之间有良好的粘结作用，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形结合在一起，可共同受力，共同变形 。* 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：

18、度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：，钢筋： 1.2 10-5 * 混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化软化 。钢筋和混凝土的力学性能252.3.2 钢钢筋筋与与混凝土的粘混凝土的粘结结作用作用钢筋与混凝土表面的钢筋与混凝土表面的化学胶着力化学胶着力； 钢筋与混凝土接触面的钢筋与混凝土接触面的摩擦力摩擦力 ； 钢筋与混凝土表面凹凸不平的钢筋与混凝土表面凹凸不平的机械咬合力机械咬合力 。1 1 钢筋与混凝土产生粘结强度的主要原因钢筋与混凝土产生粘结强度的主要原因粘结作用粘结作用由由胶合作用胶合作用、摩擦

19、作用摩擦作用和和咬合作用咬合作用组成。组成。2.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作钢筋和混凝土的力学性能26光圆钢筋光圆钢筋胶合力胶合力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力（钢筋表面不（钢筋表面不平、微锈时可平、微锈时可显著提高咬合显著提高咬合力）力）有滑移时胶合力即消失有滑移时胶合力即消失钢筋受力较大时粘钢筋受力较大时粘结力主要由此二部结力主要由此二部分组成分组成粘结机理粘结机理2.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作钢筋和混凝土的力学性能27变形钢筋变形钢筋粘附力粘附力摩擦力摩擦力机械咬合力机械咬合力主要作用主要作用粘结机理粘结机理2.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同

20、工作钢筋和混凝土的力学性能282.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作 钢筋的外形钢筋的外形； 混凝土的强度混凝土的强度； 混凝土的保护层厚度及钢筋间距；混凝土的保护层厚度及钢筋间距； 横向配筋的数量；横向配筋的数量； 锚固区的横向压力锚固区的横向压力 ； 受力状态。受力状态。 2 影影响响粘粘结结强度强度的因素的因素 3 保保证证粘粘结结力的力的措施措施 保证锚固长度和搭接长度保证锚固长度和搭接长度； 保证保证混凝土有足够的保护层厚度及钢筋间距；混凝土有足够的保护层厚度及钢筋间距； 光圆钢筋在端部做弯钩光圆钢筋在端部做弯钩钢筋和混凝土的力学性能292.3 钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作2.3.3 钢钢筋的筋的锚锚固固与连与连接接1 钢钢筋的筋的锚锚固固受拉钢筋受拉钢筋锚固长度：锚固长度：yatfldf