第一章建筑结构材料

1、1、了解钢筋的品种、了解钢筋的品种2、理解软钢和硬钢的应力、理解软钢和硬钢的应力-应变关系应变关系3、掌握混凝土的强度和变形性能、掌握混凝土的强度和变形性能4、掌握钢筋与混凝土的粘结性能、掌握钢筋与混凝土的粘结性能 按外形分为：光圆钢筋按外形分为：光圆钢筋和带肋钢筋（人字纹、和带肋钢筋（人字纹、螺旋纹、月牙纹）螺旋纹、月牙纹）第一节第一节 钢筋钢筋 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料按供货形式分为：按供货形式分为：盘圆和条状供货盘圆和条状供货低碳钢热轧圆盘条低碳钢热轧圆盘条低合金钢热轧带肋钢筋低合金钢热轧带肋钢筋一、钢筋的种类一、钢筋的种类光圆钢筋光圆钢筋目前钢筋混凝土结构中钢材主要有目前

2、钢筋混凝土结构中钢材主要有钢钢筋、钢丝、钢绞线筋、钢丝、钢绞线三种三种一、钢筋一、钢筋 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料预应力钢筋优先采用钢绞线和钢丝，预应力钢筋优先采用钢绞线和钢丝，也可采用热处理钢筋。也可采用热处理钢筋。 预应力钢丝外形有预应力钢丝外形有光面光面、螺旋肋螺旋肋、三面刻痕三面刻痕三种。三种。 三面刻痕钢丝外形图三面刻痕钢丝外形图预应力螺旋肋钢丝外形图预应力螺旋肋钢丝外形图预应力螺旋肋钢丝外形图预应力螺旋肋钢丝外形图钢绞线钢绞线第一节第一节 钢筋钢筋 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料第一节第一节 钢筋钢筋 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料二、建筑钢材的力学性能

3、二、建筑钢材的力学性能 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料钢材的化学成分钢材的化学成分 按碳的含量，小于按碳的含量，小于0.25% 0.25% 的为低碳钢，的为低碳钢，大于大于0.25% 0.25% 而小于而小于0.6% 0.6% 的为中碳钢，的为中碳钢，大于大于0.6% 0.6% 的为高碳钢。的为高碳钢。 锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不会过多降低塑性和冲击韧性。会过多降低塑性和冲击韧性。 钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可

4、保持良好的塑性、韧性。的塑性、韧性。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铬和镍是提高钢材强度的合金元素。铬和镍是提高钢材强度的合金元素。 硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。 二、建筑钢材的力学性能二、建筑钢材的力学性能 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料有明显屈服点的钢材：有明显屈服点的钢材：低碳钢和低合金钢低碳钢和低合金钢由于到达由于到达 y后构件产生后构件

5、产生较大变形，故把它取为计较大变形，故把它取为计算构件的强度标准；到达算构件的强度标准；到达 u u时构件开始断裂破坏，时构件开始断裂破坏，故以故以 u u作为材料的强度储作为材料的强度储备。备。 yu二、建筑钢材的力学性能二、建筑钢材的力学性能 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料无明显屈服点的钢材：无明显屈服点的钢材： 高强钢材（如热处理钢材）高强钢材（如热处理钢材） 对于无明显屈服点的钢材，对于无明显屈服点的钢材，以残余变形为以残余变形为0.2%0.2%时的应力时的应力作为名义屈服点，其值约为作为名义屈服点，其值约为极限强度的极限强度的85%85% yubs屈强比二、建筑钢材的力学性能

6、二、建筑钢材的力学性能 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料塑性性能塑性性能 冷弯性能冷弯性能 断裂前试件的永久变形与原标定长断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。钢材塑性的重要指标。 冷弯性能由冷弯试验来确定，试验冷弯性能由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成用冲头加压，使试件弯成180180，如试件外表面不出现裂纹和分层，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。即为合格。 冷弯试验冷弯试验伸长率测试仪伸长率测试仪 二、建筑钢材的力学性能二、建筑钢材的力

7、学性能 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料冲击韧性冲击韧性 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和塑性的韧性是钢材强度和塑性的综合指标综合指标。 冲击韧性随温度的降低而下降冲击韧性随温度的降低而下降。其规。其规律是开始下降缓慢，当达到一定温度律是开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的种性质称为钢材的冷脆性冷脆性。 冲击韧性试验机冲击韧性试验机钢筋的强度及选择钢筋的强度及选择 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料用于混凝土结构的用于混凝土结构的普通钢筋普通钢筋，应具有较高的，应具有较

8、高的强度强度和良好的和良好的塑性塑性，便于，便于加工加工和和焊接焊接，并应与混凝土间具有足够，并应与混凝土间具有足够粘接力粘接力。 热轧钢筋由热轧钢筋由低碳钢低碳钢或或低合金钢低合金钢热轧而成热轧而成 HPBHot rolled Plain Steel Bars热轧光圆钢筋；热轧光圆钢筋；HRBHot rolled Ribbed Steel Bars热轧带肋钢筋；热轧带肋钢筋；HRBF细细晶粒热轧带肋钢筋晶粒热轧带肋钢筋（F为为Fine的首字母）的首字母）；RRBRemained heat treatment Ribbed Steel Bars余热处理带肋钢筋。余热处理带肋钢筋。 钢筋的强度标

9、准值和强度设计值钢筋的强度标准值和强度设计值 sykyff 第第一一章章 建筑结构材料建筑结构材料强度标准值除以强度标准值除以材料分项系数材料分项系数即为材料强度设计值即为材料强度设计值 钢筋的材料分项系数，热轧钢筋钢筋的材料分项系数，热轧钢筋1.10，预应力钢筋，预应力钢筋1.20。s22N/mm7 .2721 . 1/300/ 1 . 1N/mm300003HPB sykysykfff，则，级钢筋，如：强度标准值是指具有强度标准值是指具有95%保证率保证率的材料强度。的材料强度。冷拉钢筋冷拉钢筋 冷拔钢筋冷拔钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求 第第一一章章 建筑结构材

10、料建筑结构材料1、适当的、适当的强度强度和屈强比和屈强比2、足够的塑性（伸长率和冷弯性能）、足够的塑性（伸长率和冷弯性能）3、可焊性、可焊性4、耐久性和耐火性、耐久性和耐火性5、与混凝土具有良好的粘结、与混凝土具有良好的粘结钢筋的选择钢筋的选择 第第一一章章 建筑结构材料建筑结构材料注：由于已建或部分在建建筑设计时采用的是原有规范，故钢筋种类及钢筋注：由于已建或部分在建建筑设计时采用的是原有规范，故钢筋种类及钢筋选择与现行规范存在不一致的地方，应视具体情况进行处理选择与现行规范存在不一致的地方，应视具体情况进行处理第二节第二节 混凝土混凝土 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料是按一定比例的

11、水泥、是按一定比例的水泥、砂、石和水，经砂、石和水，经拌合拌合、浇筑浇筑、振捣振捣、养护养护、逐步凝固硬化形成的逐步凝固硬化形成的人造石材。人造石材。商品混凝土运输和浇筑设备商品混凝土运输和浇筑设备三大强度：三大强度：立方抗压强度立方抗压强度fcu轴心抗压强度轴心抗压强度 fc轴心抗拉强度轴心抗拉强度ft 一、混凝一、混凝土的强度土的强度 第第一一章章 建筑结构材料建筑结构材料（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效（左图）试件表面无润滑剂，产生套箍效应，工程中常采用这种方法。应，工程中常采用这种方法。（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力（右图）试件表面涂有润滑剂，摩擦阻力小，测得的抗压强度小，工

12、程中一般不采小，测得的抗压强度小，工程中一般不采用。用。立方体混凝土试块立方体混凝土试块一、一、混凝土的强度混凝土的强度 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料 2 2、砼轴心抗压强度砼轴心抗压强度（fc）试块尺寸：）试块尺寸：150150150150300300mm3养护时间：养护时间：2828天天养护条件：温度养护条件：温度202033，相对湿度，相对湿度90%90%kcu,21kc,88.0ff棱柱强度与立方强度之比棱柱强度与立方强度之比 考虑考虑C40以上混凝土以上混凝土脆性的折减系数脆性的折减系数 一、一、混凝土混凝土的强度的强度 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料 3 3、砼、

13、砼轴心抗拉轴心抗拉强度（强度（ft）混凝土为脆性材料，内部存在许多细小混凝土为脆性材料，内部存在许多细小孔隙，因此其抗拉强度很低。孔隙，因此其抗拉强度很低。试验方法：试验方法：国内外多采用国内外多采用圆柱体或立方圆柱体或立方体的劈裂试验体的劈裂试验来间接测定。来间接测定。混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有只有抗压强度抗压强度的的1/101/101/181/18 一、一、混凝土的强度混凝土的强度 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料一、一、 混凝土的强度混凝土的强度 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料 双向正应力作用双向正应力作用(如图如图)第2章一、一、

14、 混凝土的强度混凝土的强度 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料第2章6 .04 .02 .00 .12 .18 .04 .02 .06 .08 .00 .12 .12112c2/ fc1/ fc227.1f1c22c1c25 .12fc127.1maxfc15 .0f01 .0 三轴受压：三轴受压：(如图如图)rckff0c0c :抗压强度提高工程应用：约束混凝土工程应用：约束混凝土钢管砼密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋152003= 50N/mm235N/mm213 310N/mm21501005005101520251 ()一、一、混凝土的强度混凝土的强度 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材

15、料第2章第2章钢管砼钢管砼 混凝土的变形分为两类，一类试由于受力而混凝土的变形分为两类，一类试由于受力而产生的变形；另一类是由收缩和温湿度变化而产产生的变形；另一类是由收缩和温湿度变化而产生的变形。生的变形。二、二、混凝土的变形混凝土的变形 第一章第一章 建筑结构材料建筑结构材料1 1、混凝土在一次短期加荷时的变形性能混凝土在一次短期加荷时的变形性能2 2、混凝土在长期荷载作用下的变形性能混凝土在长期荷载作用下的变形性能徐变徐变3 3、混凝土在重复荷载作用下的变形性能（了解）混凝土在重复荷载作用下的变形性能（了解）第2章（1） 我国采用棱柱体试件受压时的应力我国采用棱柱体试件受压时的应力应变曲

16、线反映混应变曲线反映混凝土在一次短期荷载下的变形性能，如下图凝土在一次短期荷载下的变形性能，如下图混凝土一次短期荷载下受压时的应力混凝土一次短期荷载下受压时的应力应变曲线应变曲线 混凝土在一次短期荷载下的破坏可分为四个阶段混凝土在一次短期荷载下的破坏可分为四个阶段1） 混凝土在一次短期加荷时的变形性能混凝土在一次短期加荷时的变形性能 二、二、混凝土的变形混凝土的变形：OA 弹性阶段弹性阶段 A : 0.3fc：AB 弹塑性阶段弹塑性阶段 : 0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段裂缝稳定阶段：BC 裂缝不稳定阶段裂缝不稳定阶段 : 0.8 fc 1.0 fc ：CD 连续连续裂缝迅速发展阶段裂缝

17、迅速发展阶段特征点：特征点： 0 对应于峰值点应变对应于峰值点应变 规范规范 0 = 0.002 cu 混凝土极限压应变混凝土极限压应变规范规范 cu = 0.0033fc 轴心抗压强度轴心抗压强度 0c0cu =f 1-(1- )ccc0n我国规范所采用的混凝土我国规范所采用的混凝土-曲线曲线 为了结构构件正截面设计的需要，为了结构构件正截面设计的需要，规范规范采用简化的混凝采用简化的混凝土应力应变关系曲线（土应力应变关系曲线（-曲线）如图曲线）如图3.6所示所示 1） 混凝土在一次短期加荷时的变形性能混凝土在一次短期加荷时的变形性能 二、混凝土的变形二、混凝土的变形第2章1） 混凝土在一次

18、短期加荷时的变形性能混凝土在一次短期加荷时的变形性能 二、二、混凝土的变形混凝土的变形（2）混凝土受压时纵向应变与横向应变的关系）混凝土受压时纵向应变与横向应变的关系 横向应变与纵向应变的比值称为横向变形系数，横向应变与纵向应变的比值称为横向变形系数， 又称为泊松比又称为泊松比c000.50.20.5ccccff当时，当时，应力愈高，愈大第2章（3）混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量）混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量 1） 混凝土在一次短期加荷时的变形性能混凝土在一次短期加荷时的变形性能 二、二、混凝土的变形混凝土的变形第2章kcc 0 cecp 0 h cee0ctgE)N/mm(7

19、.342 . 2102cu5cfEccpcecececcpceccccEtgE 弹性特征系数弹性特征系数01.0cccddtgE c = ce + cp（3）混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量）混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量 1） 混凝土在一次短期加荷时的变形性能混凝土在一次短期加荷时的变形性能 G = 0.4Ec 1612843691215182124 270t (月)ABCD 2）混凝土在荷载长期作用下的变形混凝土在荷载长期作用下的变形 徐变徐变 混凝土在受到荷载作用后，在荷载混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力应力) 不变的情况下，不变的情况下，变形变形(应变应变)随时间而不断增

20、长的现象。随时间而不断增长的现象。cr徐变ce弹性变形ch收缩二、二、混凝土的变形混凝土的变形 2）混凝土在荷载长期作用下的变形混凝土在荷载长期作用下的变形 徐变徐变二、二、混凝土的变形混凝土的变形0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，线性徐变c0.8fc，非线性徐变creeecr 2）混凝土在荷载长期作用下的变形混凝土在荷载长期作用下的变形 徐变徐变二、二、混凝土的变形混凝土的变形徐变的原因：徐变的原因： （1）水泥石的粘性流动）水泥石的粘性流动 （2）混凝土内部微裂缝的开展）混凝土内部微裂缝的开展徐变的影响因素：徐变的影响因素： （1）初

21、应力大小）初应力大小 （2）混凝土的组成成分）混凝土的组成成分 （3）加荷龄期）加荷龄期 （4）养护时的温湿度）养护时的温湿度 （5）构件单位体积的表面积大小）构件单位体积的表面积大小 3）混凝土重复荷载作用下的变形混凝土重复荷载作用下的变形二、二、混凝土的变形混凝土的变形破坏重复荷载下的应力重复荷载下的应力-应变曲线应变曲线fcf的确定原则：的确定原则：100100 300或或150150 450 的的棱柱体试块承受棱柱体试块承受200万次（或以上）循万次（或以上）循环荷载时发生破坏环荷载时发生破坏的最大压应力值的最大压应力值fcf321疲劳强度fc4）混凝土的收缩、膨胀和温度变形）混凝土的

22、收缩、膨胀和温度变形二、二、混凝土的变形混凝土的变形收缩的收缩的性质性质自由收缩自由收缩约束收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束来自支座的外部约束收缩对结收缩对结构的影响构的影响自由收缩一般不会引起拉应力，自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂4）混凝土的收缩、膨胀和温度变形）混凝土的收缩、膨胀和温度变形二、二、混凝土的变形混凝土的变形 水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大 水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越 大大 骨料：骨料越硬，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小 养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积 的比值等的比值等影响混凝土收缩的因素：影响混凝土收缩的因素：一是混凝土结硬时体积收缩，将一是混凝土结硬时体积收缩，将钢筋紧紧握住而产生的钢筋紧紧握住而产生的摩擦力