钢筋和混凝土材料力学性能课件

鋼筋和混凝土材料力學性能一、鋼筋的強度和變形

1.鋼筋的應力-應變曲線

AB’BCDE上屈服點不穩定下屈服點出現頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段0.2%

0.2標距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同一、鋼筋的強度和變形

1.鋼筋的應力-應變曲線

AB’BCDE0.2%

0.2強度指標*明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應的強度作為設計強度的依據，因為，鋼筋屈服後會產生大的塑性變形，鋼筋混凝土構件會產生不可恢復的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用

*無明顯流幅的鋼筋：殘餘應變為0.2%時所對應的應力作為條件屈服強度

一、鋼筋的強度和變形

1.鋼筋的應力-應變曲線強度指標的確定強度隨機變數強度標準值根據統計資料，運用數理統計方法確定的具有一定保證率（鋼筋為97.73%）的統計特徵值：強度標準值=強度平均值-2×均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值一、鋼筋的強度和變形

1.鋼筋的應力-應變曲線

AB’BCDE0.2%

0.2變形指標*伸長率：鋼筋拉斷後的伸長與原長的比值*冷彎要求：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發生斷裂一、鋼筋的強度和變形

2.鋼筋的成分、級別和品種按化學成分碳素鋼（鐵、碳、矽、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25~0.6%）高碳鋼（含碳量0.6~1.4%）普通低合金鋼（另加矽、錳、鈦、釩、鉻等）矽系矽釩系矽鈦系矽錳系矽鉻系一、鋼筋的強度和變形

2.鋼筋的成分、級別和品種鋼筋熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋HPB235，熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，餘熱處理鋼筋RRB400冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工鋼絲碳素鋼絲：高碳鎮靜鋼通過多次冷拔、應力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結力鋼絞線：六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成一、鋼筋的強度和變形

2.鋼筋的成分、級別和品種按表面形狀光圓鋼筋變形鋼筋鋼筋的應用範圍非預應力鋼筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400預應力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋一、鋼筋的強度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拉

BKZZ’K’殘餘變形冷拉伸長率無時效經時效K點的選擇：應力控制和應變控制溫度的影響：溫度達700ºC時恢復到冷拉前的狀態，先焊後拉特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降一、鋼筋的強度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拔經過冷拔後鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度一、鋼筋的強度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理熱處理對特定鋼號的鋼筋進行淬火和回火處理強度提高，塑性降低不降低強度的前提下，消除由淬火產生的內力，改善塑性和韌性一、鋼筋的強度和變形

4.鋼筋的徐變和鬆弛徐變應力不變，隨時間的增長應變繼續增加鬆弛長度不變，隨時間的增長應力降低對結構，尤其是預應力結構，產生不利的影響，需採取必要的措施一、鋼筋的強度和變形

5.鋼筋的疲勞重複荷載作用下，鋼筋的強度<靜載作用下的強度規定的應力幅度內，經一定次數的重複荷載後，發生疲勞破壞的最大應力值稱為疲勞強度。對鋼筋用疲勞應力幅來表示其疲勞強度。試驗方法單根鋼筋的軸拉疲勞鋼筋埋入混凝土中重複受拉或受彎一、鋼筋的強度和變形

6.混凝土結構對鋼筋的要求強度要求：屈服強度和極限強度，抗震設計時還要求有一定的屈強比塑性要求：伸長率和冷彎要求可焊性與混凝土的粘結性一、鋼筋的強度和變形

7.鋼筋應力-應變曲線的數學模型

s

s

s=Es

s

y

s,hfy

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s=Es

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y

s,hfyfs,u

s,u

s,u

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s

s=Es

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yfy

s,hfs,u有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋二、混凝土的強度和變形

1.單軸受力狀態下混凝土的抗壓強度立方體抗壓強度fcu承壓板試塊摩擦力不塗潤滑劑塗潤滑劑強度大於我國規範的方法：不塗潤滑劑壓力

試件

裂縫發展

擴張

整個體系解體，喪失承載力另影響強度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等二、混凝土的強度和變形

1.單軸受力狀態下混凝土的抗壓強度標準試塊：150×150×150非標準試塊：100×100×100換算係數0.95200×200×200換算係數1.05立方體抗壓強度是區分混凝土強度等級的指標，我國規範混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強度立方體抗壓強度fcu二、混凝土的強度和變形

1.單軸受力狀態下混凝土的抗壓強度棱柱體抗壓強度fc承壓板試塊標準試塊：150×150×300非標準試塊：100×100×300換算係數0.95200×200×400換算係數1.05考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強度大於棱柱體抗壓強度，且有：fc=0.76fcu(試驗結果)考慮到構件和試件的區別，取fc=0.67fcu對國外（美國、日本、歐洲混凝土協會等）採用的圓柱體試件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圓柱體抗壓強度二、混凝土的強度和變形

2.單軸受力狀態下混凝土的抗拉強度直接受拉試驗ft100100150150500試驗結果：ft=0.26fcu2/3考慮到構件和試件的區別，尺寸效應，加荷速度等的影響，取ft=0.23fcu2/3二、混凝土的強度和變形

2.單軸受力狀態下混凝土的抗拉強度劈裂試驗ftsddftsFFFF我國根據100mm立方體的劈裂與抗壓試驗結果有：fts=0.19fcu3/4二、混凝土的強度和變形

2.複合受力狀態下混凝土的抗拉強度雙軸應力下的強度1.01.01.21.2-0.2-0.2

2/fc

1/fc拉壓

/fc

/fc0.20.1-0.1

0.00.61.0單軸抗拉強度單軸抗壓強度雙向正應力下的強度曲線法向應力和剪應力下的強度曲線二、混凝土的強度和變形

2.複合受力狀態下混凝土的抗拉強度三向受壓時的混凝土強度

1=fcc’

1=fcc’

2=

3=fLfL----側向約束壓應力（加液壓）圓柱體試驗有側向約束時的抗壓強度無側向約束時圓柱體的單軸抗壓強度二、混凝土的強度和變形

3.混凝土的疲勞強度破壞重複荷載下的應力-應變曲線fcf

3

2

1

疲勞強度<fcfcf的確定原則：100×100×300或150×150×450的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）迴圈荷載時發生破壞的最大壓應力值二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高加載速度減慢單軸受壓時的應力-應變關係作用是：峰值應力後，吸收試驗機的變形能，測出下降段二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能單軸受壓時的應力-應變關係的數學模型

u=0.0038

0=0.002o

cfc

c0.15fc

u=0.0035

0=0.002o

cfc

c美國Hognestad模型德國Rüsch模型二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能單軸受壓時的應力-應變關係的數學模型----中國規範

u

0o

cfc

c二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能側向受約束時混凝土的變形特點

cu約束混凝土非約束混凝土

c

cfccfcEsecEc

c02

c0

sp

cco環箍斷裂二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能軸向受拉時混凝土的應力應變關係

t

to

t0

tu

ft

t(MPa)0

(mm)

cr=0.00012試件：76

19

305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06標距＝83mm

理論模型！！！二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能重複荷載下混凝土的變形性能

p

e

包羅線與一次性加載時的應力-應變曲線相似二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的彈性模量

c

c

c

c

e

p

0

1原點切線模量（彈性模量）：拉壓相同變形模量（割線模量、彈塑性模量）切線模量受壓時，為0.4~1.0；受拉破壞時，為1.0二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的彈性模量的試驗方法（150×150×300標準試件）

c/fc

c0.55~10次此線和原點切線基本平行，取其斜率作為Ec二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在壓力較小時為0.15~0.18，接近破壞時可達0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量為二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能長期荷載作用下混凝土的變形性能----徐變0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

c<0.5fc，線性徐變

c<0.8fc，非線性徐變

cr

e

e’

e’’

cr’P原因之一，膠凝體的粘性流動原因之二，混凝土內部微裂縫的不斷發展二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能長期荷載作用下混凝土的變形性能----影響徐變的因素應力：

c<0.5fc，徐變變形與應力成正比----線性徐變

0.5fc<

c<0.8fc，非線性徐變

c>0.8fc，造成混凝土破壞，不穩定加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小二、混凝土的強度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的收縮----結硬過程中混凝土體積縮小的性質水泥品