5-钢筋的力学性能

1、钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO第二篇 钢筋和混凝土的组合作用 钢筋混凝土是以混凝土为主体，配设不同形式的高抗拉强度的钢筋所构成的组合材料，二者的性能互补，成为迄今结构工程中应用最成功、最广泛的组合材料。 钢筋和混凝土的材料本质和力学性能存在巨大差别。钢筋混凝土作为一种组合材料，其力学性能当然不同于二者中的任一种，也不是二者性能的简单叠加。 如果掌握了组合材料的性能规律，就可以主动地设计和构造二者的组合方式，提高效益或满足多种工程的需求。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO5. 钢筋的力学性能 5.1 混凝土结构中的钢材 钢材放置在混凝土结构中的主要作用是承受拉力，

2、以弥补混凝土抗拉强度的低下和延性的不足。实际工程中常用的“筋”可分作几类。 1.钢筋 混凝土结构中最大量使用的是钢筋。钢筋一般为圆形截面，也有椭圆形和类方圆形。强度较低的钢筋，一般为简单的光圆形。其他强度较高的钢筋均轧制成不同的表面形状。 钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 2.高强钢丝 碳素钢丝经过热处理后可达很高的抗拉强度，但性质变脆，无明显的屈服台阶，属“硬钢”。这类钢丝主要应用与预应力混凝土结构。 3.型钢 热轧型钢如，成为组合的型钢-混凝土承载结构。所用钢材一般为强度较角钢槽钢工字钢和钢管等都可以在混凝土结构中应用低的软钢。 钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LO

3、GO 4.钢丝网水泥 用细钢丝编织成的网片作为配筋，浇注水泥砂浆后成为薄板状，由于钢丝直径细，所以双向密布而不易开裂。可做成波形瓦等。 5.其它替代材料 近年出现了多种人造新材料，例如玻璃纤维和碳素纤维的抗拉强度极高，且具有质轻抗腐蚀等优点，已应用于海洋工程。但目前价格昂贵，尚未广泛应用。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 节总结：一、这节主要讲混凝土结构中的钢材，以及各钢材的特点。二、需要注意一下的是钢丝网水泥和其它替代材料。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO5.2 应力-应变关系 钢筋的应力-应变关系，一般采用原钢筋表面不经切削加工的试件进行拉伸试验加以测定。根

4、据应力-应变曲线上有无明显的屈服台阶，将钢材分成两大类，分别称为软钢和硬钢。 5.2.1 软钢 钢筋试件的典型拉伸曲线如图5-4.曲线上的一些特征点反映了钢材受力破坏过程的各种物理现象。 从工程应用的观点，将软钢的拉伸曲线简化成4段:弹性段屈服段强化段和颈缩段。比例极限弹性极限和上下屈服点合并为一个屈服点Y，一般取数值较稳定且偏低的下屈服点，相应的应力值称屈服强度。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 5.2.2 硬钢 高强度的碳素钢丝钢绞丝和热处理钢筋的拉伸曲线如图5-7.这类拉伸曲

5、线上没有明显的屈服台阶。结构设计时，需对这类钢材定义一个名义的屈服强度作为设计值钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 节总结：一、主要讲软刚、硬钢的应力-应变关系和计算模型。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO5.3 反复荷载作用下的变形 混凝土结构在承受重复荷载或反复荷载的多次作用时，其中所配设的钢筋相应地产生应力的多次加卸过程，用单根钢筋试件在试验机上进行加卸试验，测得应力-应变全过程曲线，据此建立计算模型。 钢筋在拉力重复加卸作用下的应力-应变曲线如图5-9. 钢材变形进入塑性阶段后，在拉压应力反复加卸作用且应力逐次增加的试验情况下，得到的应力-应变曲线如图5-1

6、0.钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 钢材变形进入塑性阶段后，在拉、压应力反复加卸作用、且应力（变）逐次增加的试验情况下，得到的应力-应变曲线如上图。钢材受拉进入屈服段后，从T1点卸载至应力为零（T1o1段），反向加载（压应力）为o1C1曲线，再从C1点卸载至压应力为零，得C1o2线。第二次加载（拉）时，从o2开始，经过与第一次加载最大拉应力相等的点T1，进而达到T2。再次卸载（T2o3）和反向加载、反向卸载等。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 将同方向（拉或压）加

7、载的应力-应变曲线中，超过前一次加载最大应力的区段（图中实粗线）平移相连后得到的曲线称骨架线。经过对比后发现，首次加载方向的骨架线与钢材一次拉伸曲线一致，而反向加载（受压）的骨架线却有明显差别。主要区别在第一次反向加载（o1C1）的屈服点降低，且无清楚的屈服台阶。但后继的应力-应变曲线仍基本相同。 钢材一次受力屈服后，反向加载时的弹性极限显著降低；且首次加载达到的应变值越大，反向弹性极限降低越多，这种现象称为包兴格效应。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 节总结：一、反复荷载作用下对钢材性能的影响以及拉压反复加载的钢筋应力-应变曲线。二、加载曲线、包兴格效应。钢筋混凝土原理和分析

8、钢筋混凝土原理和分析LOGO5.4 冷加工强化性能大量实践证明，对软钢进行各种冷加工，如冷拉冷轧冷扭冷拔等工序使钢材产生很大塑性变形后，由于金属晶粒的畸变和位移增大了抗阻力，钢材的屈服强度获得提高，但延伸率减小，这一现象称为冷作强化。5.4.1 冷拉和时效 钢筋在冷拉和时效后的应力-应变关系如图5-13所示。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 对钢筋实施冷拉时，一般应采用应力和伸长率的“双控”工艺，以保证钢筋的强度和结构的安全。钢筋一次冷拉，伸长率为3%-5%，屈服强度可比原材的提高20%-35%，增幅相当可观。但需注意，冷拉后钢筋的抗压强度并不提高。 冷拉后的钢筋没有明显的屈服

9、台阶。将钢筋自然停放一段时间或人工加热后，再次拉伸的应力-应变曲线表明屈服台阶已经清楚再现，台阶比原材的缩短，但屈服强度再次提高，极限强度也有所增长，极限延伸率又有减少。这一现象称为时效。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 5.4.2 冷拔 钢材在冷拔过程中产生强烈的塑性变形，金属晶粒的变形和位移很大，大大地提高了钢材的强度，相应地极限延伸率有较大下降，其应力-应变曲线（图5-14）已与硬钢的相似。工程中采用冷拔钢丝的目的是提高钢材强度，节约用钢和降低造价。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 节总结：一、主要讲对钢材进行冷加工的的必要性。二、讲冷拉、时效和冷拔以及它

10、们的区别。钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 5.5 徐变和松弛 软钢在其弹性极限范围内长期受力或反复加卸载都不发生徐变和松弛。但是，高强钢筋和冷加工钢筋在应力水平较高时会发生塑性变形。这类钢材在非弹性变形范围内，在应力的长期作用下，即使在常温状态也将发生徐变和松弛。 钢筋混凝土原理和分析钢筋混凝土原理和分析LOGO 徐变和松弛同是材料塑性变形状态的反映，但表现形式不同，在数值上可以互换。钢材的徐变是金属晶粒在高应力作用下随时间发生的塑性变形和滑移。在工程中，钢材的徐变使结构的变形增大，应力松弛使混凝土结构中的预应力筋产生预应力损失降低结构抗裂性，后者更常见。影响因素: 1.钢材的品种 2.应力持续时间 3.应力水平