第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能1

1、第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能第第1章章 钢筋和混凝土材料的钢筋和混凝土材料的主要内容：主要内容：钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能砼的物理力学性能砼的物理力学性能重点：重点：钢筋的级别、强度和变形性能钢筋的级别、强度和变形性能混凝土的强度和变形性能混凝土的强度和变形性能粘结破坏机理粘结破坏机理第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线图 2-1 常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋的应力-应变曲线ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段

2、0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能ABBCDE0.2%0.2* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，强度作为设计强度的依据，因为，钢因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋筋屈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混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用不可闭合的裂缝，以至不能使用 * 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

3、力作为条件屈服条件屈服强度强度 第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋 fy y1Es0.01)( )( yyysfE第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能ABBCDE钢筋拉断后的伸长钢筋拉断后的伸长与原长的比值与原长的比值100%lll伸长率伸长率越大，钢筋的越大，钢筋的塑性塑性和和变形能力变形能力越好越好。第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能2.2 钢筋弯芯直径弯芯直径越小，越小，弯转弯转度度越大，越大，冷弯性能冷弯性能越越好，即好，即塑性塑性越好。越好。 D：将直径为将直径为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的钢辊的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂弯成一定的角度而不发生断裂 第1章 钢筋和混凝土材

4、料的力学性能钢筋 热轧钢筋热轧钢筋、钢绞线钢绞线、高强钢丝、热处理钢筋高强钢丝、热处理钢筋和和冷冷加工钢筋。加工钢筋。 热轧钢筋热轧钢筋第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋 预应力钢筋预应力钢筋第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能uHPB235级(级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（Plain

5、Bar），），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋uHRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋钢筋强度强度较高，多较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的级钢筋作箍筋的为增为增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋肋的变形钢筋。uRRB400级钢筋为余热处理钢筋钢筋为余热处理钢筋第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋屈服标准值钢筋屈服标准值= =钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率97.73% 97.73% （95%95%

6、）种类符号 d(mm)fyk、 fsk热轧钢筋HPB235（Q235）820235HRB335（20MnSi）650335HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）650400RRB400（K20MnSi）840400第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能Es种种 类类EsHPB235级钢筋级钢筋2.1105HRB335HRB335级钢筋、级钢筋、HRB400HRB400级钢筋、级钢筋、 RRB400 RRB400级钢筋、级钢筋、热处理钢筋热处理钢筋2.0105消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）2.05105钢绞线钢绞线

7、1.95105第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能种种 类类符号符号 d(mm) fptk13 s8.6、10.81860、1720、157012.91720、1570179.5、11.1、12.7 186015.21860、1720光面光面螺旋助螺旋助 P H4、51770、1670、157061670、15707、8 、91570刻痕刻痕 I5、7157040Si2Mn HT6147048Si2Mn8.245Si2Cr10第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能1 屈服强度屈服强度2 极限强度极限强度3 伸长率伸长率4 冷弯性能冷弯性能5 焊接性能焊接性能6 耐火性能耐火性能7 粘结性能粘结性能变

8、形指标变形指标强度指标强度指标检验钢筋性能检验钢筋性能的四大指标的四大指标9003dHRB40018003dHRB33518001dHPB235冷弯角冷弯角度度 冷弯直冷弯直径径D级别级别参数参数D d第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土混凝土立方抗压强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度cufcftf150 150 150150 150 300100 100 500第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能2.1 混凝土 （混凝土结构中，主要是利用它的混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度抗压强度。因此抗压强。因此抗压强度是混凝土力学性能中度是混凝土

9、力学性能中最主要最主要和和最基本的指标最基本的指标） 边长边长150mm立方体标准立方体标准试件，在标准条件下（试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂两端不涂润滑剂）测得的）测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗的立方体抗压强度。压强度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645 )。 第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能 （2）混凝土的强度等级：混凝土的强度等级： 规范规范是根据混凝土立是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。从方体抗压强度标准值来划分的。从C15C

10、80共划分为共划分为14个强度等级（如个强度等级（如C30表示表示fcu,k =30N/mm2），级差为，级差为5N/mm2。 （3）非标准试块强度换算系数：非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。 套箍效应套箍效应: 不涂润滑油不涂润滑油 涂润滑油涂润滑油第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土混凝土强度标准值（N/mm2）混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级强度种类强度种类符号符号C15C20C25C30C35轴心抗压强度轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度轴心抗拉强度ftk1.2

11、71.541.782.012.20混混 凝凝 土土 强强 度度 等等 级级C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能未采取减摩措施未采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土也称棱柱体抗压强度也称棱柱体抗压强度（用符号（用符号fc表示）表示），是用高宽比为，是用高宽比为24的棱柱体试件测的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准以得的抗压强度，我国标准以150150300mm

12、的棱柱的棱柱体试件为标准试件，体试件为标准试件，也常用也常用150150450的棱柱体的棱柱体试件。试件。第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能fc承压板试块标准试块：标准试块：150150 300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：度大于棱柱体抗压强度，且有： fc=0.76fcu (试验结果试验结果)考虑到构件和试件的区别，取考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会

13、等）对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有），有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能ft100100150150500100100500mm的柱体的柱体第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土0102030405060708090100123456 GBJ10-89规范规范55. 0395. 0cu,m t,mff 3/226. 0 cu,mt,mff mtf,mcuf, 500 150 15010016轴心受拉试验第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能拉压压 （由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用

14、立方体或圆柱体由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈劈裂试验裂试验测定混凝土的抗拉强度测定混凝土的抗拉强度）dlFstf2,劈拉试验FdFfts第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土fc 第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能02468102030(MPa) 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA点以前点以前，微裂缝没有，微裂缝没有明显发展，混凝土的变明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强提高而增加，对普通强度混凝土度混凝土 A约为约为

15、 (0.30.4)fc ，对高强混，对高强混凝土凝土 A可达可达(0.50.7)fc。A点以后点以后，由于微裂缝，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应应变曲线逐渐偏离直线。变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是该阶段微裂缝的发展是稳定的。稳定的。混凝土在结硬过程中，混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石原

16、因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达到达到B点，内部一些微点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导裂缝会持续发展最终导致破坏。取致破坏。取B点的应力点的应力作为混凝土的长期抗压作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土强度。普通强度

17、混凝土 B约为约为0.8fc，高强强度，高强强度混凝土混凝土 B可达可达0.95fc以上。以上。达到达到C点点fc，内部微裂缝，内部微裂缝连通形成破坏面，应变连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰点的纵向应变值称为峰值应变值应变 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到D点，点，内部裂缝在试件表面出内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，发展

18、，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。通形成斜向破坏面。E点的应变点的应变 = (23) 0，应力应力 = (0.40.6) fc。2.1 混凝土的物理力学性能第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土 （实际结构中，混凝土（实际结构中，混凝土很少很少处于单向受力状态。处于单向受力状态。更多更多的是的是处于双向或三向受力状态。）处于双向或三向受力状态。）双向受压强度双向受压强度大于大于单单向受压强度，向受压强度，最大强最大强度发生在度发生在两个压应力两个压应力之比为之比为0.3 0.6之间，之间，约为约为(1.251.60 )fc。第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能混凝土 任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度均不超过其强度均不超过相应的单轴相应的单轴强度。强度。并且抗压强度或抗拉强度均随并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力另一方向拉应力或压应力的增加而减小。或压应力的增加而减小。 任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度其强度均均与单轴抗拉强与单轴抗拉强度度相近相近。第1章 钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土（构件受剪或受扭时常遇到）（