鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能

1、第二章 鋼筋混凝土材料力學(xué)性能,鋼筋種類，力學(xué)性能，混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)，變形性能，鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用。,§2.1鋼筋一、 鋼筋的成分、級別和品種,1.按化學(xué)成分,碳素鋼（主要鐵、碳、硅、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（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等改善綜合性能 ）,,硅釩系錳系,一、 鋼筋的成分、級別和品種,鋼筋,

2、,熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋HPB235，熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，RRB400,冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成，目的提高熱軋鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材,熱處理鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成， 適宜于作預(yù)應(yīng)力筋,2.按加工工藝分,鋼絲,,碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)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(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力,鋼絞線：六根相同直徑的鋼絲成螺

3、旋狀繞在一起,冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成,Φ,一、 鋼筋的成分、級別和品種,鋼筋的應(yīng)用范圍,非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400,預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋,Diameters:d=6,8,10,12,14,16, 18,20,22,25,28,30mm~50mm,二、鋼筋的強(qiáng)度和變形,分為有屈服點(diǎn)的鋼筋（有流幅），又稱軟鋼和無屈服點(diǎn)的鋼筋（無流幅）又稱硬鋼,1

4、.有屈服點(diǎn)的鋼筋（有流幅）－－軟鋼,2.無屈服點(diǎn)的鋼筋（無流幅）－－硬鋼 強(qiáng)度高、塑性差、脆性大,鋼筋的?－? 曲線,應(yīng)力,應(yīng)變,二、鋼筋的強(qiáng)度和變形,,,,,,,,,,,,,,比例極限,,屈服強(qiáng)度,極限強(qiáng)度,,fy,ft,e,d,,流幅,a,b,c,oa－彈性階段,?a－比例極限,?b－屈服強(qiáng)度,cd－強(qiáng)化階段,,,,0.2%,? 0.2,?d－極限強(qiáng)度,de －頸縮階段,? 0.2－條件屈服強(qiáng)度,,軟鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線,硬鋼的

5、應(yīng)力－應(yīng)變曲線,二、鋼筋的強(qiáng)度和變形,,對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強(qiáng)度 fy 作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。p9表2－1,對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強(qiáng)度? 0.2作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。,三、鋼筋的冷加工,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。,對有物理屈服點(diǎn)的鋼筋進(jìn)行冷加工冷加工的目的：改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼筋,1.冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，但其屈服臺階變短。,2.冷拔，可同時(shí)提高鋼材的抗

6、拉和抗壓強(qiáng)度。塑性降低很多。,3.冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，使鋼材強(qiáng)度和粘結(jié)性提高,三、鋼筋的冷加工,三、鋼筋的冷加工,★冷拔,經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅,冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度,塑性降低,混凝土:由水泥、細(xì)骨料（砂）、粗骨料（石子）和水，有時(shí)加入外加劑，按一定比例攪拌，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)經(jīng)凝結(jié)和硬化后形成的人工石材。砼的強(qiáng)度及變形隨時(shí)間、隨環(huán)境的變化而變化。,§2.2混凝土的強(qiáng)度和變形,一、混凝土的強(qiáng)度,1．

7、混凝土立方體強(qiáng)度,用標(biāo)準(zhǔn)制作方式制成的150mm的立方體試塊，在溫度（20±3）℃、濕度90%以上養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度。,常用等級：C7.5, C10, C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C55, C60, C65, C70, C80.,混凝土強(qiáng)度等級：,,立方體抗壓強(qiáng)度,,表示混凝土Concrete,一、混凝土的強(qiáng)度,2. 軸心抗壓強(qiáng)度 fck,真實(shí)反映

8、以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度，用150mmX150mmX300mm棱柱體為標(biāo)準(zhǔn)試件測得的抗壓強(qiáng)度極限值――抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,一、混凝土的強(qiáng)度,,平均為1/10,3. 軸心抗拉強(qiáng)度 ftk,,直接測試方法,間接測試方法(彎折，劈裂),一、混凝土的強(qiáng)度,試驗(yàn)方法,混凝土的抗拉強(qiáng)度是確定砼抗裂度的重要指標(biāo),混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fc混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fck軸心抗拉強(qiáng)度 ftk混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ft砼材料分項(xiàng)系

9、數(shù)rc=1.4,一、混凝土的強(qiáng)度,,,p12表2－3， 表2－4,二、混凝土的變形,混凝土的變形,混凝土的受力變形,混凝土的體積變形,混凝土一次短期加荷的變形,,混凝土長期作用的變形：徐變,多次重復(fù)荷載作用下的變形,,,收縮變形,溫度引起的變形,1。 在一次短期加載時(shí)的變形 (如圖),圖1-7,OA––– 彈性階段,?A : 0.3fc,AB––– 彈塑性階段,? : 0.3fc～ 0.8fc 裂縫穩(wěn)定階段,BC–––

10、 裂縫不穩(wěn)定階段,? : 0.8 fc～ 1.0 fc,,,,,C,B,D,E,fc,?,?,0,?0,?,?,?,A,,?cu,?,,,?,二、混凝土的變形,破壞過程承載力從增加到減小,特征點(diǎn)：,?0 ––– 對應(yīng)于峰值點(diǎn)應(yīng)變 《規(guī)范》?0 = 0.002,?cu ––– 混凝土極限壓應(yīng)變《規(guī)范》?cu = 0.0033,fc ––– 軸心抗壓強(qiáng)度,二、混凝土的變形,2. 混凝土在荷載長期作用下的變形 ––– 徐變,混凝土在受到荷

11、載作用后，在荷載(應(yīng)力) 不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象。,徐變的時(shí)間：6個(gè)月完成大部分；一年趨于穩(wěn)定，三年完成。（建筑物維修期一年）,（1）徐變對結(jié)構(gòu)的影響：,? 使構(gòu)件的變形增加；,? 在截面中引起應(yīng)力重分布；,? 在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。,二、混凝土的變形,混凝土的級配、水灰比、初始加載齡期、初應(yīng)力大小，養(yǎng)護(hù)使用條件等。,（2）徐變的影響因素：,二、混凝土的變形,3。 混凝土的非荷載變形 ––

12、– 收縮,混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。,圖1-10,,收縮：,二、混凝土的變形,,,收縮的性質(zhì),,自由收縮,約束收縮,,來自內(nèi)部的鋼筋約束,來自支座的外部約束,收縮對結(jié)構(gòu)的影響,,自由收縮一般不會引起拉應(yīng)力，故不會開裂,約束收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力甚至開裂,減少收縮的措施？ P16,二、混凝土的變形,,2.1 混凝土,◆ 影響因素 混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性

13、質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。（1）水泥的品種：水泥強(qiáng)度等級越高，制成的混凝土收縮越大。（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收縮越大。（3）骨料的性質(zhì)：骨料彈性模量高、級配好，收縮就小。（4）養(yǎng)護(hù)條件：干燥失水及高溫環(huán)境，收縮大。（5）混凝土制作方法：混凝土越密實(shí)，收縮越小。（6）使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度越大，收縮越小。（7）構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時(shí)，收縮小。,2.1 混凝土的物理力學(xué)性能,

14、一、產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的主要原因：,? 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；,? 混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；,? 鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。,§2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié),粘結(jié)力－－P17,1. 鋼筋的表面形狀；砼的強(qiáng)度2. 澆筑位置；,3.鋼筋的凈距離,,保護(hù)層厚度;,4.光面受力鋼筋端部加彎鉤(P20),,c,二、 影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素,,保證粘結(jié)力的措施：,?

15、 保證錨固長度和搭接長度；,? 保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；(保護(hù)層厚度及鋼筋凈距),? 光圓筋在端部做成彎鉤。,鋼筋在鋼筋搭接范圍內(nèi)箍筋加密,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,l,T,d,?max,,,,,以錨固粘結(jié)應(yīng)力為例：,,,保證粘結(jié)力的措施：,搭接長度試驗(yàn),保證粘結(jié)力的措施：,總結(jié)：,1.鋼筋的分類及力學(xué)性能；,2.鋼筋及砼的強(qiáng)度；3.砼的邊形;4.鋼筋與混凝土的粘