混凝土结构设计 第章材料力学性能

1、整理课件第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能整理课件2.1 钢筋的形式和品种钢筋的形式和品种1 钢筋的成分钢筋的成分（1）碳素钢：）碳素钢：低碳钢低碳钢（含（含C量少于量少于0.25%）；）；高碳钢高碳钢（含（含C量量0.6%-1.4%）。）。*钢筋含钢筋含C量越高强度越高，但塑性和可焊性降低。量越高强度越高，但塑性和可焊性降低。（2）普通低合金钢）普通低合金钢：在钢材中除：在钢材中除C元素外加入元素外加入Mn（锰）、（锰）、Si（硅）、（硅）、V（矾）、（矾）、Nb（铌）、（铌）、Ti（钛）、（钛）、Cr（铬）等合金（铬）等合金元素，既能使钢筋的强度提高，又能保持一

2、定的塑性。元素，既能使钢筋的强度提高，又能保持一定的塑性。整理课件2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别（1）热轧钢筋：）热轧钢筋：HPB235（Hot-rolled and Plain-shaped Bars）、）、HRB335（Hot-rolled and Ribbed Bars）、）、HRB400。*后面的数字表示钢筋抗拉强度的标准值（后面的数字表示钢筋抗拉强度的标准值（Mpa）。）。整理课件（2）冷拉钢筋：）冷拉钢筋：对某些热轧钢筋进行冷加工而成，钢筋的强度对某些热轧钢筋进行冷加工而成，钢筋的强度提高、但塑性降低（新修订的规范未将冷加工钢筋列入）。提高、但塑性降低（新修订的规范未将冷加工

3、钢筋列入）。（3）钢丝、钢绞线：）钢丝、钢绞线：高强钢丝（高强钢丝（1570Mpa、1860Mpa），中强），中强钢丝（钢丝（800-1370Mpa），钢绞线（），钢绞线（1570Mpa、1860Mpa，分，分为为7股、股、3股等）。股等）。整理课件（4）热处理钢筋：）热处理钢筋：对某些热轧钢筋经过淬火和回火处理后而成，对某些热轧钢筋经过淬火和回火处理后而成，钢筋的强度大幅度提高，而塑性降低不多。钢筋的强度大幅度提高，而塑性降低不多。*RRB400（Remained heated treatment Ribbed Bars）为一种）为一种“余热处理钢筋余热处理钢筋”。整理课件柔性钢筋和劲性钢筋

4、柔性钢筋和劲性钢筋(1) 柔性钢筋：柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架，由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架，便于固定在模板中浇注混凝土。便于固定在模板中浇注混凝土。(2) 劲性钢筋：劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。整理课件2.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能1 1 钢筋的应力钢筋的应力- -应变关系应变关系 Stress-Strain Relation 有明显屈服点的钢筋（软钢）有明显屈服点的钢筋（软钢）(1) 整理课件 a点点-比例极限比例极限，应力和应变成

5、比例，卸荷后应变恢复为零，应力和应变成比例，卸荷后应变恢复为零， a点点-弹性极限弹性极限，a-a段应变增长速度比应力增长速度略快，段应变增长速度比应力增长速度略快，但卸荷后应变仍能恢复为零，但卸荷后应变仍能恢复为零， b点点-上屈服点上屈服点（其值不够稳定），（其值不够稳定）， c点点-下屈服点下屈服点（其值稳定），对有明显屈服点的钢筋，下屈（其值稳定），对有明显屈服点的钢筋，下屈服点的应力值称为钢筋的服点的应力值称为钢筋的屈服强度屈服强度或或流限流限， c-f段段-屈服台阶屈服台阶或或流幅流幅， f-d段段-强化段强化段，d点的应力称为点的应力称为极限抗拉强度极限抗拉强度， d-e段段-颈

6、缩段颈缩段，整理课件（2）无明显屈服点的钢筋（硬钢）无明显屈服点的钢筋（硬钢）a点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点(Equivalent yield point)残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2 =0.85 fu整理课件2.3 钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭）钢筋的

7、冷加工（冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭）（1）冷拉）冷拉1*冷拉（所有冷加工钢筋）一般情况下不能焊接，如必须焊接，冷拉（所有冷加工钢筋）一般情况下不能焊接，如必须焊接，应先焊后拉应先焊后拉 整理课件（2）冷拔）冷拔*冷拔可同提高钢筋的抗拉屈服强度和抗压屈服强度。冷拔可同提高钢筋的抗拉屈服强度和抗压屈服强度。(3) 冷轧：冷轧带肋钢筋冷轧：冷轧带肋钢筋(4) 冷轧扭：冷轧扭钢筋冷轧扭：冷轧扭钢筋2.钢筋的热处理钢筋的热处理 对某些特定钢号（对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢）的热轧钢筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑筋进行淬火和回火处理，钢筋

8、强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。 整理课件2.4 对钢筋质量的要求对钢筋质量的要求1 强度强度 钢筋的钢筋的屈服强度屈服强度是设计依据，是设计依据，极限强度极限强度表示钢筋拉断时的实表示钢筋拉断时的实际强度。际强度。2 塑性塑性（1）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好）钢筋的断后伸长率：钢筋的断后伸长率：（2）冷弯性能）冷弯性能111lll 整理课件*对有明显屈服点的钢筋：检验对有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能率、冷弯

9、性能四项指标，四项指标，*对没有明显屈服点的钢筋：只须检验对没有明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能冷弯性能三项指标。三项指标。 可焊性可焊性 4 与混凝土的粘结锚固性能与混凝土的粘结锚固性能整理课件 2.6 混凝土的强度等级混凝土的强度等级1.混凝土的组成混凝土的组成 混凝土是由水泥、砂（细骨料）、石（粗骨料）、水拌混凝土是由水泥、砂（细骨料）、石（粗骨料）、水拌和而成，各组成材料的性能对混凝土的性能有较大影响。和而成，各组成材料的性能对混凝土的性能有较大影响。2.混凝土的强度等级混凝土的强度等级(1) 标准试件：标准试件：边长边长150mm的立方体

10、混凝土试块；的立方体混凝土试块；(2) 标准养护条件：标准养护条件：20。C3。C、相对湿度不小于、相对湿度不小于90%、养护养护28d；(3) 标准试验方法：标准试验方法：试块表面不涂润滑剂、全截面均匀受压、试块表面不涂润滑剂、全截面均匀受压、加荷速度加荷速度0.15-0.25N/mm2s。 混凝土强度等级按照用上述方法测得的具有混凝土强度等级按照用上述方法测得的具有95%保证率保证率的抗压强度（单位：的抗压强度（单位：N/mm2）确定，用符号）确定，用符号“C”表示。表示。 整理课件2.7 混凝土的强度混凝土的强度2.7.1 立方体抗压强度立方体抗压强度影响混凝土强度的因素：影响混凝土强度

11、的因素：(1) 试验方法试验方法*试件表面不涂润滑剂试件表面不涂润滑剂，在，在“套箍套箍”作用，测得的强度值较高；作用，测得的强度值较高；*试件表面涂润滑剂试件表面涂润滑剂，测得的强度值较低；，测得的强度值较低；cuf*加荷速度：加荷速度：加荷速度快，测得的强度值较高；加荷速度慢，加荷速度快，测得的强度值较高；加荷速度慢，测得的强度值较低。测得的强度值较低。整理课件(2) 试件的尺寸和形状试件的尺寸和形状立方体试块尺寸（立方体试块尺寸（mm） 强度换算系数强度换算系数200200200 1.05150150150 1.00100100100 0.95*试件的形状试件的形状（如圆柱体）对测得的强

12、度值也有影响，也（如圆柱体）对测得的强度值也有影响，也应乘以相应的换算系数。应乘以相应的换算系数。(3) 养护条件和龄期养护条件和龄期整理课件2.7.2 混凝土的轴心抗压强度（棱柱体强度）混凝土的轴心抗压强度（棱柱体强度）*当试件的高度当试件的高度h与截面边长与截面边长b之比增大时，之比增大时，“套箍套箍”作用减作用减小，测得的强度值降低。小，测得的强度值降低。*h/b=2-4时，测得的抗压强度值比较稳定，规定时，测得的抗压强度值比较稳定，规定150150300mm的试件作为试验混凝土轴心抗压强度的标的试件作为试验混凝土轴心抗压强度的标准试件。准试件。试验结果试验结果： （试验研究应用）（试验

13、研究应用） 规范规范取值取值： （工程设计应用）（工程设计应用） cfcucff76. 0cucucfff67. 076. 088. 0整理课件2.7.3 混凝土的轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般为，混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般为， -1 测定混凝土抗拉强度的试验方法测定混凝土抗拉强度的试验方法 （1）直接拉伸试验）直接拉伸试验（2）劈裂试验）劈裂试验2 抗拉强度表达式抗拉强度表达式*对常用的对常用的C40及以下的混凝土及以下的混凝土 =1.0，可分别表示为：，可分别表示为： （试验研究应用）（试验研究应用） （工程设计应用）（工程设计应用） t

14、f91tfcf1912c55. 0395. 0cutff 55. 035. 0cutff 整理课件2.8 荷载作用下混凝土的变形性能荷载作用下混凝土的变形性能2.8.1 混凝土的应力混凝土的应力-应变关系应变关系1 混凝土在一次短期加荷下的应力混凝土在一次短期加荷下的应力-应变曲线：应变曲线：2 影响混凝土应力影响混凝土应力-应变曲线的因素应变曲线的因素:（1）混凝土强度：）混凝土强度：混凝土强度越高，上升段愈接近直线，峰混凝土强度越高，上升段愈接近直线，峰值应变略有增加（但仍在左右），下降段越陡；混凝土强度越值应变略有增加（但仍在左右），下降段越陡；混凝土强度越低，下降段越平缓。低，下降段越

15、平缓。整理课件（2）加荷速度：）加荷速度：加荷速度增加，最大应力值增加，峰值应变加荷速度增加，最大应力值增加，峰值应变减小，下降段陡峭。减小，下降段陡峭。（3）横向约束作用：）横向约束作用：横向约束增大，峰值应力、应变均增大，横向约束增大，峰值应力、应变均增大，下降段减缓。下降段减缓。整理课件2.8.2 混凝土的弹性模量（混凝土的弹性模量（Modulus of elasticity of concrete） 1.混凝土弹性模量的三种表示方法混凝土弹性模量的三种表示方法原点弹性模量原点弹性模量: 切线模量切线模量: 割线模量割线模量:0tanscccEtan cE1tancE整理课件2 混凝土弹

16、性模量的测定混凝土弹性模量的测定 在工程实践中所称的在工程实践中所称的混凝土弹性模量是指混凝土弹性模量是指“原点弹性模原点弹性模量量”，通过试验得到。，通过试验得到。 3 混凝土的剪切模量混凝土的剪切模量 cucfE7 .342 . 2105)1 (2ccEG整理课件2.9 混凝土的徐变和收缩混凝土的徐变和收缩1.混凝土的徐变（混凝土的徐变（Creep of Concrete）（1）徐变：混凝土在荷载长期作用下随时间而增长的变形。）徐变：混凝土在荷载长期作用下随时间而增长的变形。（2）影响混凝土徐变的因素）影响混凝土徐变的因素内在因素：内在因素：环境因素：环境因素：应力条件：应力条件：（3）混

17、凝土产生徐变的原因）混凝土产生徐变的原因尚未转化为结晶体的水泥凝胶体粘性流动的结果；尚未转化为结晶体的水泥凝胶体粘性流动的结果；混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和扩展的混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和扩展的结果。结果。（4）徐变对钢筋混凝土结构的影响）徐变对钢筋混凝土结构的影响整理课件2.混凝土的膨胀和收缩混凝土的膨胀和收缩膨胀：膨胀：混凝土在水中结硬体积增大的现象；混凝土在水中结硬体积增大的现象；收缩：收缩：混凝土在空气中结硬体积减小的现象。混凝土在空气中结硬体积减小的现象。*通常情况下，混凝土的膨胀值很小、且不会对结构造成不利通常情况下，混凝土的膨胀值很小、且不会对结

18、构造成不利影响，因而研究不多；影响，因而研究不多；（1）混凝土收缩的特点）混凝土收缩的特点 早期较快、以后逐渐减缓，最后趋于稳定（早期较快、以后逐渐减缓，最后趋于稳定（2年左右）。年左右）。 （2）影响混凝土收缩的因素）影响混凝土收缩的因素混凝土的配合比：混凝土的配合比：水泥用量多、水灰比大、骨料粒径小、弹水泥用量多、水灰比大、骨料粒径小、弹性模量小，收缩大。性模量小，收缩大。养护及使用环境：养护及使用环境：温湿度大，收缩小温湿度大，收缩小 整理课件2.10 钢筋与混凝土间的粘结钢筋与混凝土间的粘结1.粘结的作用和性质粘结的作用和性质 钢筋与混凝土间的粘结是保证钢筋和混凝土共同工作的基础，钢筋与混凝土间的粘结是保证钢筋和混凝土共同工作的基础，粘结应力是钢筋和混凝土接触面上的剪应力，使钢筋和周围混凝粘结应力是钢筋和混凝土接触面上的剪应力，使钢筋和周围混凝土之间的内力得到传递。土之间的内力得到传递。2.粘结