第二章__钢筋和混凝土材料的力学性能

1、第二章钢筋混凝土材料的力学性能是：混凝土结构主要由铁元素筋和混凝土材料组成。 为了合理地进行混凝土构造的修订，需要深入了解混凝土和铁元素筋的受力性能。 了解混凝土和铁元素筋的力学性能、相互作用和共同作用，是掌握、分析和修订混凝土主要构件性能的基础。 概要、钢筋混凝土结构、本章的重点是了解土木工程用铁元素筋的品种、等级、性能及其选择原则熟悉混凝土在各种受力状态下的强度和变形性能及其选择原则熟悉的铁元素筋和混凝土的粘结性能。 另一方面，铁元素肌的物理力学性能、化学成分、碳钢(铁元素、碳、硅元素、锰、硫、磷等的元素体)、低碳钢(碳含量为0.25% )、中碳钢(碳含量为0.250.6%强度高，但塑性和

2、焊接性降低，20 mnsi 40 si2mnv 45 simn ti 40 si2mn45 铁元素筋的物理力学性能、表面形状、光圆铁元素筋、变形铁元素筋、没有明显的屈服极限铁元素筋(“硬钢”)的热轧铁元素筋：在高温状态下轧制低碳钢和普通低合金钢、冷拉伸铁元素筋：在常温下机械拉伸热轧钢筋、热处理钢筋：加热、淬火HRB400、RRB400钢筋碳钢线：多次冷挖墙脚铁元素筋的钢绞线：几条相同直径的钢丝被铰接成螺旋，一、铁元素筋的物理力学性能，一、铁元素筋的物理力学性能，表1-1常用热轧铁元素筋的种类，代表符号和直径范围，注：第一个字母H(hot rolled )是热轧，第r(r) 2 第三个字母B(B

3、ar )表示铁元素条纹，数字表示标准强度。热轧铁元素筋、套热处理铁元素筋、常用热轧铁元素筋的直径范围、常用热轧铁元素筋的直径范围、热处理铁元素筋、热处理铁元素筋是普通热轧中碳合金钢材经淬火和回火调质热处理而制成的。 热轧的螺纹是经过淬火和回火热处理的铁元素筋，强度更高，耐松弛性优异，用于预应力混凝土部件。 在常温条件下，在超过原热轧铁元素筋屈服极限强度的抗拉应力下，强行拉伸铁元素筋，使铁元素筋产生塑性形变，提高铁元素筋的屈服极限强度，达到节约钢材的目的。 但是，冷拉伸铁元素肌硬度大，韧性差。 铁元素筋、钢丝：对钢丝进行冷拔的钢丝(将高碳镇静钢轧制成圆盘后，经过多个冷拔工序而制成)、除去应力的钢

4、丝(将高碳镇静钢轧制成圆盘后，经过多个冷拔，进行应力除去、矫正、回火处理而制成)、切入钢丝(光面钢丝冷拔低光面钢丝切入钢丝螺旋肋钢丝预应力多孔板、冷拔钢丝、冷拔钢丝、钢绞线：钢绞线是由多根高强度钢丝绞合后由低温回火制成. 按期股数可分为三股和七股。冷捻线、冷捻线、钢绞线、HPB235相当于热轧光面铁元素筋、普通铁元素筋、“软钢”HRB335和HRB400相当于热轧变形铁元素筋、普通铁元素筋、“软钢”RRB400相当于辅助热处理铁元素筋、辅助热处理铁元素筋相当于hrrb400，其性能相当于HRB400级铁元素筋一、铁元素肌的物理力学性能、铁元素肌的直径范围并不意味着在此范围内任何直径的铁元素肌钢

5、厂都可以生产。 钢厂提供的铁元素筋的直径为6 mm、6.5 mm、8 mm、8.2 mm、10 mm、12 mm、14 mm、16 mm、18 mm、20 mm、22 mm、25 mm、28 mm、32 mm，其中，d=8.2 mm的铁元素筋为具有纵筋的热处理铁元素筋请修正为在表1-1的直径范围和上述提供的直径内选择铁元素筋。 采用直径超过40 mm的铁元素筋时，需要切实的工程经验。 另一方面，铁元素肌的物理力学性能、铁元素肌表面形状的选择取决于铁元素肌的强度. 为了能够将铁元素筋的强度用于一盏茶，要求强度越高的铁元素筋与混凝土的粘结强度越大。 提高粘接强度的方法是将铁元素筋的表面压延成规则的

6、凸花纹，称为变形铁元素筋。 HPB235铁元素肌强度低，表面为光泽面即可。 螺旋花纹和人字花纹(右图b、c):横肋密集，肋花纹消耗钢材多的纵肋和横肋交叉，容易引起应力集中，不利于铁元素筋的动力性能。 一、铁元素肌的物理力学性能、人字肋铁元素肌，一、铁元素肌的物理力学性能、上屈服极限不稳定，出现下降伏点、颈缩，撕裂，BC段屈服平台CD段为强化段，有明显的流宽铁元素肌，无明显的流宽，另一方面，铁元素肌的物理力学性能， 两点简化： a .利用铁元素肌应力直接服从屈服极限以下时的应力-应变关系-胡克定律，处于理想的弹性阶段，b .应力强化阶段，假定铁元素肌混凝土构件的截面达到破坏，则铁元素肌抗拉应力保

7、持在屈服极限应力。 肌肉的极限强度被用作安全的储备。 铁元素筋：残馀应变为0.2%时对应的应力作为其强度限制值，称为条件屈服强度，一方面称为铁元素筋的物理力学性能，一方面称为铁元素筋的物理力学性能，强度指标的确定、强度、随机变量， 基于统一修正资料，采用数学统一修正方法确定的具有95以上保证率(铁元素条纹为97.73% )的统一特征值：强度基准值(fyk )。 铁元素筋强度的设定修正值fy是铁元素筋强度基准值除以材料截面系数s的值，是铁元素筋的物理力学性能、变形指标、*伸长率：铁元素筋撕裂后的伸长率与原来的长度之比、*冷弯曲性能：将直径d的铁元素筋围绕直径d的钢辊以一定角度弯曲，不发生断裂和起

8、层现象，防止弯曲加工关于伸长率，将铁元素筋样本撕裂后的切断口两侧的残留应变(以百分率表示)作为伸长率，即，弯曲芯的直径越小，弯曲角越大，塑性越好，另一方面，铁元素筋的物理力学性能、冷拉伸、时效越少，经时，k点的选择：强度提高、塑性降低、 经过冷拔、冷拔，铁元素肌强度提高，塑性降低，无明显的屈服极限和流动幅度，冷拔可在提高极限拉伸强度的同时提高抗压强度，一方面影响铁元素肌的物理力学性能，徐变，坏影响，一方面影响铁元素肌的物理力学性能，四.由于铁元素肌的徐变和松弛，反复载荷，铁元素肌的强度在规定的应力幅(一次循环应力的最大和最小应力的差)中，经过一定次数的重复负荷而产生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳

9、强度。 对铁元素肌用疲劳应力幅表示疲劳强度。 试验方法、一条铁元素肌的轴向疲劳、铁元素肌在混凝土中反复拉伸和弯曲、5 .铁元素肌的疲劳、一、铁元素肌的物理力学性能、铁元素肌反复、受周期动载荷产生突然地的脆性破坏，称为疲劳破坏。 对不同疲劳应力比满足循环数200万次条件下的铁元素肌的最大应力值是铁元素肌的疲劳强度。 另一方面，铁元素肌的物理力学性能、规范规定了不同等级铁元素肌疲劳应力幅的限值，该值与截面同一纤维上铁元素肌的最小应力和最大应力比(疲劳应力比)有关.强度要求：保证经济性。 屈服强度和极限强度、抗震设防时求出一定的屈强比，塑性要求：保证结构的延展性，给出破坏的前兆。 伸长率和冷弯曲的要

10、求、焊接性：铁元素筋焊接后不发生裂纹和过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。 与混凝土的粘着性：保证铁元素筋和混凝土的共同作业。 6、混凝土结构对铁元素筋的要求，一、铁元素筋的物理力学性能，一、铁元素筋的物理力学性能，一般的铁元素筋优选采用HRB400级和HRB335级的铁元素筋，节约铁元素筋的用量。 也可以采用HPB235级和RRB400级的热轧铁元素筋和强度级低的冷拔、冷连轧和冷连轧扭铁元素筋。 预应力铁元素筋最好采用预应力钢绞线、中高强度钢丝，也可采用热处理铁元素筋。 也可以采用冷拉伸铁元素筋和强度水平高的冷拉伸低碳钢丝和冷连轧扭转铁元素筋。 7、铁元素筋的选择原则二、混凝土的物理力学性

11、能、立方形抗压强度fcuk，1 )单轴承受力状态下混凝土的抗压强度，规范是以边长150mm的立方形，在203的温度和相对大气湿度90以上的潮湿空气中进行28d养护，用标准试验方法测得的95保证率的抗压强度基准值(。、fcu、k和平均值f与标准离差f的关系是：1.混凝土抗压强度，图1-1混凝土立方形试验片，2，混凝土物理力学性能，我国规范的方法：不涂润滑剂，压力测试片裂纹发展会扩张系统整体的解体，失去承载力， 另外，影响强度的要素是年龄期的非标准试验片： 100100 100换算系数0.95200200换算系数1.05，立方形抗压强度是区分混凝土的强度等级的指标，中国的规范混凝土的强度等级是：

12、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45， 混凝土Concrete、立方形抗压强度、二、混凝土的物理力学性能、棱柱状抗压强度fck、标准试验片： 150150 300mm、二、混凝土的物理力学性能、抗压强度与试验片形状有关， 实际部件多为棱柱状而不是立方形，受压时试验片中部的横向变形不受端部摩擦力限制，代表混凝土单向式全截面均一受压的应力状态，比立方形试验片能更好地反映混凝土的实际抗压能力。 实验测定fck值小于fcu、k值，棱柱状试料的屏幕纵横比(即h/b )越大，强度越小。 二、混凝土的物理力学性能、轴心抗压强度(棱镜项目强度)标准值fck和立方形抗压强度标准值fcu，k之间

13、有以下换算关系，关于棱镜项目强度和立方形强度的比，在混凝土的强度等级为C50以下时，=0.76混凝土的强度等级为C80时，=0.82之间实施线性插值法， 混凝土的脆性系数在混合土的强度等级为C40以下时=1.0混凝土的强度等级为C80时=0.87之间实施线性插值法，考虑了0.88结构中的混凝土强度和试验片混凝土强度的不同等要素的校正因数。 混凝土轴心极限拉伸强度ft，2 )单轴受力状态下的混凝土的极限拉伸强度、二、混凝土的物理力学性能、试验机在两端夹紧伸出的铁元素筋，对试验片施加拉伸力，破坏时在试验片的中部产生龟裂，此时的平均破坏应力为轴心极限拉伸强度ft。 由于混凝土部件内部的不均匀性加上所

14、安装的试验片的偏差，难以直接用抗拉试验测定极限拉伸强度，试验数据的偏差大。 割断试验ft、s、2、混凝土的物理力学性能、试验片中间垂直断面除了力点附近的狭窄范围外，有均匀分布的水平抗拉应力。 当抗拉应力达到混凝土的极限拉伸强度时，试验片被分成两半。 根据弹性理论，极限拉伸强度基准值ftk和立方形抗压强度基准值fcu，k间的换算关系为： 2、混凝土的物理力学性能、混凝土的脆性系数、混凝土的强度等级为C40以下时，=1.0混凝土的强度等级为C80时，=0.87间实施线性插值法，得到0.88结构中的混凝土由于轴心极限拉伸强度与立方形抗压强度的换算关系，(1-1.645)0.45反映了试验离散程度对标

15、准值保证率的影响。 二、混凝土物理力学性能，式中c混凝土材料截面系数，建筑施工c=1.40，道路桥梁网络链接工程c=1.45。 混凝土抗压强度设定值fc、极限拉伸强度设定值ft和与其对应的标准值的关系是，双轴应力下的强度、双轴正应力下的强度曲线、三)复合受力状态下的混凝土的强度、二、混凝土的物理力学性能、双轴拉伸(第一象限)、一和双轴极限拉伸强度都接近，总是被拉伸， 另一方受到压力(第二、四象限)，混凝土的强度都低于单向式拉伸或压缩的强度，即双向异信号应力使强度降低，双向受到压力(第三象限)，一方的强度随着另一方的应力的增加而增加。 法向应力和切应力下的强度曲线、二、混凝土的物理力学性能、抗剪

16、强度随抗拉应力的增大而减少，混凝土的抗压强度因应力的存在而降低。在/fc为0.50.7的情况下，抗剪强度随着压缩应力的增大而增大，但在/fc为0.50.7的情况下，由于内裂纹明显发展，因此抗剪强度反而随着压缩应力的增大而减少，没有三向压迫时的混凝土强度、圆柱体试验、有侧方约束时的抗压强度、侧方约束对于混凝土的物理力学性能、混凝土常压纵向受压的混凝土，只要约束混凝土的横向变形，也能够大幅提高混凝土的耐压度。 如果采用钢管混凝土柱、螺旋钢环箍柱等，能够有效地约束混凝土的侧向变形，能够相应地提高混凝土的耐压力度、延性(承受变形的能力)。 二、混凝土的物理力学性能、二、混凝土的物理力学性能、二、混凝土的变形性能、混凝土的变形、非受力变形、受力变形、一次短期负荷下的变形、负荷长期作用下的变形、多次重复负荷下的变形、硬化过程中的收缩变形1 )一次短期负荷下的变形混凝土的物理力学性能，0A:第I阶段(弹性阶段) (=0.30.4fck )，混凝土的变形主要是骨料