zj第2章钢筋和混凝土材料的力学性能[4]

1、主讲：明承林主讲：明承林 副教授副教授/一注结一注结tel:13880302789 e-mail: 建筑结构建筑结构基本知识基本知识 basic knowledge of building structures2 钢筋混凝土材料的性能钢筋混凝土材料的性能mechanical properties of reinforced concrete materials成都大学成都大学 基建处基建处第第 2 章章 钢筋混凝土材料的性能钢筋混凝土材料的性能2.1混凝土混凝土2.1.1 组成及特点组成及特点主要材料：主要材料：水泥、水、砂、石水泥、水、砂、石 特点特点:1）以固相为

2、主，包含固体、液体、气体的三相体；）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；2）水化过程长，性能要很长时间才稳定；）水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3）水泥石收缩可形成微裂缝；）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作、养护、使用条件影）受制作、养护、使用条件影 响大。响大。 2.1.2 混凝土强度混凝土强度 1.立方体抗压强度立方体抗压强度 符号符号:fcu (1)立方体抗压强度立方体抗压强度 单位单位: n/mm2 a.确定方法确定方法 规范规定规范规定:用边长为用边长为150mm的标准立方体试件，钢的标准立方体试件，钢模成型，经浇注、振捣密实后静置一昼夜，拆模后模成型，经浇注、振捣密实后

3、静置一昼夜，拆模后在标准养护条件下在标准养护条件下(温度温度203c，相对湿度不小于，相对湿度不小于90%)养护养护28d后，擦干表面水，在试验机上沿浇注后，擦干表面水，在试验机上沿浇注的垂直方向试压。试压时，试块表面不涂润滑剂，的垂直方向试压。试压时，试块表面不涂润滑剂，全截面受力全截面受力,加荷速度约为加荷速度约为0.30.5n/mm2.s。试块加。试块加压至破坏时所测得的极限平均压应力压至破坏时所测得的极限平均压应力,作为混凝土的作为混凝土的立方体抗压强度。立方体抗压强度。试验录像试验录像 b.影响因素影响因素 (a)温度温度 (b)湿度湿度 (c)龄期龄期 (d)试块尺寸试块尺寸 尺寸

4、效应尺寸效应 立方体尺寸越小，测得的混凝土抗压强度立方体尺寸越小，测得的混凝土抗压强度越大。越大。 非标准试块强度换算系数：非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。 （2）混凝土强度等级）混凝土强度等级 a.确定依据：立方体强度的标准值确定依据：立方体强度的标准值fcu,k具具有有95%的超值保证率的超值保证率 b.符号符号: c c.分级分级 共共14级级:c15、c20、c25、c30、c35、c40、c45、c50、 c55、 c60、c65、c70、c75、c80 (高强混凝土）高强混凝土）。 cconcrete,

5、单位：单位：n/mm2或或mpa。2.轴心抗压强度轴心抗压强度棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度 符号符号:fcckc1c2cu,k0.88ff 实际构件的混凝土实际构件的混凝土强度与试强度与试块混凝土强度的块混凝土强度的修正系数修正系数脆性影响脆性影响系数系数 棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值fckfcu,kh b1.00.5012345bbh混凝土混凝土强度强度等级等级c40c45c50c55c60c65c70c75c80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.903

6、0.8870.87 c1 和和 c2 值值 应用应用:轴心受压构件轴心受压构件 轴心受压柱、桁架受压腹杆等。轴心受压柱、桁架受压腹杆等。试验录像试验录像3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 符号：符号：ft 0102030405060708090100123456 ft fcugbj10-89 规范轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系55. 0395. 0cutff 3/226. 0cutff 3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 符号：符号：ft 45. 00.55kcu,2tk)645. 11 (395. 088. 0ff轴心抗拉强度与轴心抗拉强度与立方体抗压强度立方体抗压强度的折算系数的折算系数 试验离

7、散性的试验离散性的影响系数影响系数 试验离散试验离散性系数性系数 注注:不同强度等级的混凝土轴心抗压不同强度等级的混凝土轴心抗压(拉拉)强度标准强度标准(设计设计)值，参见附录值，参见附录7 p467。直接测试法直接测试法 500 150 15010016轴心受拉试验间接测试法间接测试法-劈拉试验劈拉试验 混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度

8、。抗拉强度。劈拉试验faf拉压压22affsp4.复杂应力下的强度复杂应力下的强度 双向受力双向受力图中：图中：ft*，fc*混凝土单轴抗混凝土单轴抗 拉、拉、 抗压强度；抗压强度；f1 ，f2，f3混凝土的多轴强度混凝土的多轴强度, f1f2f3上图说明：上图说明： 压压-压：强度提高；压：强度提高； 拉拉-拉：强度不变；拉：强度不变； 拉拉-压：抗拉和抗压强度都低。压：抗拉和抗压强度都低。 三向受力：三向受力：影响混凝土强度的主要因素影响混凝土强度的主要因素 1.原材料的品质原材料的品质 2.水灰比及水泥用量水灰比及水泥用量 3.龄期龄期三向受压时，强三向受压时，强度增加，最大增度增加，最

9、大增加加5倍。倍。 三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。 三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。214ccff2.1.3 混凝土的变形混凝土的变形(1)一次短期加载时一次短期加载时(stress- strain relationship)0a:近似弹性近似弹性 ab:非线性非线性 bc:体积增大体积增大 cf:破坏破坏 1.受力变形受力变形2.1 混凝土 混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变关

10、系曲线，常采用棱柱体试件来应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。测定。 在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，达到轴心抗压加载，达到轴心抗压强度强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲应变曲线的线的上升段上升段。 采用采用等应变速度等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应

11、力-应应变曲线的变曲线的下降段下降段。2.1 混凝土试验录像试验录像02468102030(mpa)e 10-3baceda点以前点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。应变关系近似直线。a点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土度混凝土 a约为约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土，对高强混凝土 a可达可达(0.50.7)fc。a点以后点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增始有所延

12、伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。该阶段微裂缝的发展是稳定的。混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。缝的发展造成的。达

13、到达到b点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取持续发展最终导致破坏。取b点的应力作为混凝点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土土的长期抗压强度。普通强度混凝土 b约为约为0.8fc，高强强度混凝土，高强强度混凝土 b可达可达0.95fc以上以上。达到达到c点点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，增长速度明显加快，

14、c点的纵向应变值称为峰值点的纵向应变值称为峰值应变应变 e e 0，约为，约为0.002。纵向应变发展达到纵向应变发展达到d点，内部裂缝在试件表面出点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。连通形成斜向破坏面。e点的应变点的应变e e = (23) e e 0，应力应力 = (0.

15、40.6) fc。2.1 混凝土不同强度混凝土的应力不同强度混凝土的应力- -应变关系曲线应变关系曲线强度等级越高，线弹性段强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降破坏时脆性越显著，下降段越陡。段越陡。曲线的利用曲线的利用-求混凝土模量求混凝土模量(初始初始)弹性模量弹性模量0tgec变形模量变形模量(割线模量割线模量)1tgec切线模量切线模量2.1 混凝土tgec

16、棱柱体试件。棱柱体试件。受压：受压：受拉：受拉：ec=0.5 ec剪切模量：剪切模量：gc=0.4 ec 泊松比泊松比 = 横向应变横向应变/纵向纵向 应变应变=0.2cu5c7 .342 . 210tanfe混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 elastic moduluseec= tan 原点切线模量原点切线模量 elastic modulus0eddeceec= tan 割线模量割线模量 secant moduluseceeec= tan 切线模量切线模量 tangent moduluseddec 弹性系数弹性系数n n (coefficient of elasticity) 随应力增大而

17、减小随应力增大而减小n n =10.5eeelcecen弹性模量测定方法e0.5fc510 次)n/mm(74.342 . 21025cucfe2.1 混凝土(2)多次加载时多次加载时 疲劳疲劳疲劳强度疲劳强度混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用混凝土的疲劳强度由疲劳试验测定。采用100mm100mm300mm 或或150mm150mm450mm的棱的棱柱体，把棱柱体试件承受柱体，把棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度混凝土的疲劳抗压强度。影响因素影响因素施加荷载时的应力大小是影响应力施加荷载时的应力大

18、小是影响应力-应变曲线不同的发展和变应变曲线不同的发展和变化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化化的关键因素，即混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大比值的增大而增大。(3)徐变徐变 在长期荷载作用下在长期荷载作用下 (creep) 定义：定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。继续增大的现象。 特点：特点：早期发展快，但可以延续数年。早期发展快，但可以延续数年。2.1 混凝土 在应力（在应力（0.5fc

19、）作用瞬间，首先产生瞬时）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变弹性应变e eel（= i/ec(t0)，t0加荷时的龄期）。加荷时的龄期）。 随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增个月徐变增长较快，长较快，6个月可达最终徐变的（个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐，以后增长逐渐缓慢，缓慢，23年后趋于稳定。年后趋于稳定。2.1 混凝土 记记(t- -t0)时间后的总应变为时间后的总应变为e e c(t, ,t0)，此时混凝土的收缩应变为，此时混凝土的收缩应变为e esh(t，t0)，则徐变为，则徐变为，e ecr (t, ,t0) = e

20、ec(t, ,t0)- - e e c(t0)- - e esh(t, ,t0)= e ec(t, ,t0)- - e eel- - e esh(t, ,t0)2.1 混凝土如在时间如在时间t 卸载，则会产生卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变瞬时弹性恢复应变e eel。由于混凝土。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变e eel小于加载时的瞬时弹小于加载时的瞬时弹性应变性应变 e eel。再经过一段时间后，还有一部分应变。再经过一段时间后，还有一部分应变e eel可以恢复，可以恢复，称为称为弹性后效弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变或徐变恢复，

21、但仍有不可恢复的残留永久应变e ecr影响因素：影响因素：加载时的混凝土龄期；加载时的混凝土龄期； 持续压力大小；持续压力大小； 混凝土的组成材料及配合比；混凝土的组成材料及配合比； 混凝土的制作养护条件。混凝土的制作养护条件。影响影响:内在因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的的温湿度越高，水泥水化作用月充分，

22、徐变就越小。采温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使构件变形增大；使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，在轴压构件中，使钢筋应力增加， 混凝土应力减小；混凝土应力减小；在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预应力发生损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。 2.非受力变形非受力变形 体积变形体积变形 (1)收缩收缩(sh

23、rinkage)定义：定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。 收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩干缩特点：特点：早期快，可延续早期快，可延续12年。年。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应

24、力损失。 某些某些对跨度比较敏感的超静定结构对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。也会引起不利的内力。墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。 一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)

25、10-414d 28dtesh(25)10-425%50%影响因素影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。等许多因素有关。 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 干燥失水及高温环境，收缩大。干燥失水及高温环境，收缩大。 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。 高

26、强混凝土收缩大。高强混凝土收缩大。 影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。 在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。减少收缩的措施：减少收缩的措施： 限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护； 构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。(2)膨胀膨胀 定义：定义：混凝土在水中结硬时体积增大的现象。混凝土在水中结硬时体积增大的现象。 因对工程一般有利，故不考虑因对工程一般有利，故不考虑2.2.

27、1 钢筋的型式钢筋的型式2.2钢筋钢筋1. 钢筋的型式钢筋的型式（1）劲性钢筋劲性钢筋（2）柔性钢筋柔性钢筋2.劲性钢筋劲性钢筋3.柔性钢筋柔性钢筋steel reinforcement 2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1. 钢筋的品种钢筋的品种 （1）按钢筋的化学成分分按钢筋的化学成分分 a.a.碳素钢碳素钢 b.b.普通低合金钢普通低合金钢低低 碳：碳：c0.6% mn 锰，锰，si 硅，硅，v 钒，钒， nb 铌，铌，ti 钛，钛， c 碳碳2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别 （2）按钢筋的轧制外形分按钢筋的轧制外形分 a.a.光圆钢筋光圆钢筋 b.b.变形钢筋变形

28、钢筋 （3 3）按钢筋的直径大小分按钢筋的直径大小分 a. 钢丝：钢丝： 3，5 b.细钢筋：细钢筋： 6，10 c.中粗钢筋：中粗钢筋：12，20 d.粗钢筋：粗钢筋： 22，502.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1. 钢筋的品种钢筋的品种 （4）按钢筋的生产工艺分按钢筋的生产工艺分 a.a.热轧钢筋热轧钢筋 b.b.冷拉钢筋冷拉钢筋 c.c.冷拔钢筋冷拔钢筋 d.热处理钢筋：经淬火处理得，热处理钢筋：经淬火处理得， fptk=1470mpa，无明显屈服点，无明显屈服点 e.刻痕钢丝刻痕钢丝 f.钢绞线钢绞线 g.冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 h.冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 i.双钢筋双钢筋

29、2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别1. 钢筋的品种钢筋的品种 （5）按钢筋的供应形式分按钢筋的供应形式分 a.a.盘圆钢筋盘圆钢筋 ：直径：直径10mm10mm b. b.直条钢筋直条钢筋 ：直径直径 10mm （6）按钢筋的单调受拉的应力与应变性质分）按钢筋的单调受拉的应力与应变性质分 a.有明显屈服点有明显屈服点的钢筋的钢筋 ：热轧钢筋、冷拉钢筋：热轧钢筋、冷拉钢筋 b.无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 ：钢丝、热处理钢筋：钢丝、热处理钢筋d公称直径 a3 股钢绞线量测尺寸钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝2.2.2 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别2. 钢筋的级别钢筋的级别 v热轧钢

30、筋热轧钢筋400840rrb400(k20mnsi)400650hrb400(20mnsiv, 20mnsinb,20mnti)335650hrb335(20mnsi)235820hpb235(q235)fyk/(n/mm2)d/(mm)符号符号种种 类类 hpb 热轧光面钢筋，桥梁规范用热轧光面钢筋，桥梁规范用r表示；表示； hrb 热轧带肋钢筋；热轧带肋钢筋； rrb 余热处理钢筋，桥梁规范用余热处理钢筋，桥梁规范用kl表示。表示。mn 锰，锰，si 硅，硅，v 钒，钒，nb 铌，铌，ti 钛，钛， c 碳碳低低 碳：碳：c0.6%20mnsiv含碳含碳万分数万分数含锰、硅、钒的含锰、硅、

31、钒的百分数百分数，取整。，取整。热轧钢筋热轧钢筋 hot rolled steel reinforcing barhpb235级、hrb335级、hrb400级、rrb400级hpbhot rolledplainbarhrbhot rolledrolledbarrrbrolledribbedbarhpb235级(级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（plain bar），），多作为多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。现浇楼板的受力钢筋和箍筋。 hrb335级(级)和 hrb400级(级)钢筋钢筋强度较高，多强度较高，多作为作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用钢筋混凝土构件的受力钢

32、筋，尺寸较大的构件，也有用级级钢筋作箍筋的钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（为增强与混凝土的粘结（bond），外形制作成），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（月牙肋或等高肋的变形钢筋（deformed bar）。v 中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线做预应力筋用。做预应力筋用。中强：中强：8001370mpa高强：高强：14701860mpa1003.5% 4% v 热处理钢筋热处理钢筋 经淬火处理得，经淬火处理得，fptk=1470mpa，无明显屈服点。，无明显屈服点。v 冷加工钢筋冷加工钢筋 冷加工工艺：冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。 目的：目的：

33、提高强度，节约钢材。但塑性减小。提高强度，节约钢材。但塑性减小。冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。小结小结: :钢筋的分类钢筋的分类按化学成分按化学成分碳素钢碳素钢 普通低合金普通低合金钢钢 锰系锰系 硅矾系硅矾系 低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢硅钛系硅钛系 硅锰系硅锰系 硅铬系硅铬系 c0.25% c0.25% c=0.25%0.6% c=0.25%0.6% c=0.6%1.4% c=0.6%1.4% 有无物理屈有无物理屈服点服点 有有无无钢钢 绞绞 线线 钢钢 筋筋 钢钢 丝丝 热轧钢筋热轧钢筋 软钢软钢 软钢软钢 冷加工钢筋冷加工钢筋 小结小结: :钢筋的分类钢筋的分类轧

34、制和加工轧制和加工工艺工艺 热轧钢筋热轧钢筋 热处理钢筋热处理钢筋 hpb235hrb335hrb400rrb40040si2mn48si2mn45si2cr冷拉钢筋冷拉钢筋冷拨钢丝冷拨钢丝冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 2.2.3 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 1.有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 steel bar with yield point (1)试验研究试验研究 a为比例极限proportional limit =esea为弹性极限elastic limitde为强化段strain hardening stageb为屈服上限upper yield stren

35、gthc为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateaue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strength e eaabcdefufyf弹性阶段弹性阶段 a a点以前应力应变呈直线关系，故点以前应力应变呈直线关系，故a a点对应的应力点对应的应力称为称为比例极限比例极限。 钢筋的钢筋的弹性模量弹性模量是根据拉伸实验中测得弹性阶段是根据拉伸实验中测得弹性阶段的应力应变关系确定的。弹性模量是弹性段应力应变的应力应变关系确定的。弹性模量是弹性段应力应变的比值。的比值。 钢筋的受压弹性模量与受拉时钢筋的受压弹性

36、模量与受拉时相同相同。屈服阶段屈服阶段 进入屈服阶段进入屈服阶段bcdbcd段，应力应变不再成正比例关系，段，应力应变不再成正比例关系，屈服阶段屈服阶段bcdbcd段呈锯齿形，应力在一个很小范围内波动，段呈锯齿形，应力在一个很小范围内波动，应变却自动增长，犹如停止了对外力的抵抗，或者说屈应变却自动增长，犹如停止了对外力的抵抗，或者说屈服于外力，所以叫做屈服阶段。服于外力，所以叫做屈服阶段。bcdbcd段称为流幅或屈服平台。段称为流幅或屈服平台。 钢筋到达屈服阶段时，虽尚未断裂，但一般已不能钢筋到达屈服阶段时，虽尚未断裂，但一般已不能满足结构的设计要求，所以设计时是以这一阶段的应力满足结构的设计

37、要求，所以设计时是以这一阶段的应力值为依据，为了安全起见，取其下限值值为依据，为了安全起见，取其下限值c c，屈服下限也，屈服下限也叫叫屈服强度或屈服点屈服强度或屈服点y y。强化阶段强化阶段 在应力超过在应力超过d d点后，钢筋进入强化阶段，钢筋的点后，钢筋进入强化阶段，钢筋的应力重新开始增长，应力应变曲线的斜率变得远比弹应力重新开始增长，应力应变曲线的斜率变得远比弹性阶段小，而且随着应力的增长越来越小，这种塑性性阶段小，而且随着应力的增长越来越小，这种塑性变形可一直延续到最高点变形可一直延续到最高点e e，称为强化阶段，称为强化阶段dede。 对应的最高点对应的最高点e e的应力为的应力为

38、抗拉强度抗拉强度b b。破坏阶段破坏阶段 当试件强度达到当试件强度达到e e点后，在试件内部某个薄弱部位的点后，在试件内部某个薄弱部位的截面将突然急剧缩小，发生局部截面将突然急剧缩小，发生局部颈缩现象颈缩现象。 出现颈缩现象后，应力是逐渐降低的，至出现颈缩现象后，应力是逐渐降低的，至f f点试件在点试件在颈缩处被拉断，颈缩处被拉断，f f点对应的应变称为钢筋的点对应的应变称为钢筋的极限应变极限应变。 有物理屈服点的钢筋有两个强度指标有物理屈服点的钢筋有两个强度指标 一是一是c c点的点的屈服强度屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了

39、较大的钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度作为钢筋的强无法使用，所以在设计中采用屈服强度作为钢筋的强度极限。度极限。 另一个强度指标是另一个强度指标是e e点的钢筋点的钢筋极限强度极限强度，一般用作，一般用作钢筋的实际破坏强度。钢筋的实际破坏强度。有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系yyysfeeeeee fy ey1es 钢筋的弹性模量(n/mm2)种 类eshpb235 级钢筋2.1105hrb335 级钢筋、hrb400 级钢

40、筋、rrb400 级钢筋、热处理钢筋2.0105消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05105钢绞线1.95105屈服点0by0b0.2条件屈服点残余应变0.2热轧钢筋热轧钢筋钢丝、钢绞线、钢丝、钢绞线、各种冷加工钢筋各种冷加工钢筋(2)应力应力应变曲线的利用应变曲线的利用 a.钢筋强度设计值的确定钢筋强度设计值的确定屈服强度屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和

41、不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。b.塑性好坏的确定塑性好坏的确定 用伸长用伸长率和冷弯性能衡量。率和冷弯性能衡量。 伸长率伸长率elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。断前有足够预兆，延性较好。同一根钢筋同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，上述伸长率只反映断口附近残留变形大小， 不反映钢筋总伸长率情况。不反映钢

42、筋总伸长率情况。105： ： 1510100100%510100m mlllldldl l1ld:均匀延伸率均匀延伸率 gt: 对应最大应力时应变，包括了残对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力实的变形能力(2.5%)e残余变形er弹性变形eev均匀伸长率均匀伸长率钢筋弹钢筋弹性模量性模量实测钢筋实测钢筋拉断强度拉断强度gt残余残余伸长伸长00lll s0be已回复弹已回复弹性应变性应变+=钢筋均匀伸长率的测定：钢筋均匀伸长率的测定： =90,180 ,反复弯曲反复弯曲要要求：冷弯过程中无裂缝、鳞求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。落

43、或断裂。d 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。dd 冷弯冷弯 冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。 2.无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 steel bar without yield point如如:中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线a0.2%0.2 fua点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性 a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变

44、形，且没有明显的有一定塑性变形，且没有明显的屈服点屈服点 强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点 残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取 0.2 =0.85 fu 屈服点0by0b0.2条件屈服点残余应变0.2热轧钢筋热轧钢筋钢丝、钢绞线钢丝、钢绞线2.2.4 钢筋的冷加工钢筋的冷加工冷加工工艺：冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。目的：目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。提高强度，节约钢材。但塑性减小。 冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。2.2.5 钢筋的蠕变、松弛与疲劳钢筋的蠕变、松弛与疲劳 1.钢筋的钢筋的蠕变蠕变

45、即钢筋在高应力作用下其应变随时间的增加而即钢筋在高应力作用下其应变随时间的增加而增加的现象。增加的现象。 2.钢筋的钢筋的松弛松弛 即钢筋在受力后长度保持不变的情况下，其应变即钢筋在受力后长度保持不变的情况下，其应变随时间的增加而增加的现象。随时间的增加而增加的现象。 3.钢筋的钢筋的疲劳疲劳 即钢筋在重复、周期动荷载作用下，经过一定次即钢筋在重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后从塑性破坏转变为脆性破坏的现象。数后从塑性破坏转变为脆性破坏的现象。2.3钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结2.3.1粘结的作用及产生原因粘结的作用及产生原因 1.粘结的作用粘结的作用 钢筋和混凝土之间的粘

46、结是钢筋和混凝土这两种钢筋和混凝土之间的粘结是钢筋和混凝土这两种力学性质不同的材料在结构构件中能够形成整体、共力学性质不同的材料在结构构件中能够形成整体、共同工作的基础。同工作的基础。 2.粘结产生的原因粘结产生的原因 (1)试验研究试验研究 通过对受弯构件的试验研究分析表明通过对受弯构件的试验研究分析表明: 粘结力的存粘结力的存在，才使钢筋的应力沿其长度方向会发生变化。在，才使钢筋的应力沿其长度方向会发生变化。 没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。2.3钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作v粘结锚固长度粘结锚固长度平均粘结应力平均粘结应力 amdl

47、f光面钢筋光面钢筋 带肋钢筋带肋钢筋 2mn/mm5 . 35 . 12mn/mm0 . 65 . 2由由 和钢筋强度可推算出锚固长度和钢筋强度可推算出锚固长度 mal (2)粘结强度粘结强度 钢筋单位表面面积上所能承受的最大纵向钢筋单位表面面积上所能承受的最大纵向剪应力称为粘结强度。剪应力称为粘结强度。钢筋与混凝土之间粘结应力示意图钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a a）锚固粘结应力）锚固粘结应力 （b b）裂缝间的局部粘结应力）裂缝间的局部粘结应力2.3.2 粘结的分类粘结的分类 钢筋和混凝土之间的粘结按其在构件中作用的性质钢筋和混凝土之间的粘结按其在构件中作用的性质可分为可分为: 1.锚

48、固粘结或延伸粘结锚固粘结或延伸粘结 2.裂缝附近处的局部粘结裂缝附近处的局部粘结 2.3.3 粘结的机理粘结的机理 1.粘结机理粘结机理 钢筋和混凝土之间的粘结力，主要由三部分组成钢筋和混凝土之间的粘结力，主要由三部分组成: (1)胶着力胶着力: 钢筋和混凝土之间接触表面由于化学钢筋和混凝土之间接触表面由于化学作用而产生。作用而产生。 (2)摩擦力摩擦力: 钢筋表面的粗糙不平钢筋表面的粗糙不平,使钢筋和混凝土使钢筋和混凝土之间的相对滑动趋势，在接触面上产生的摩擦阻力。之间的相对滑动趋势，在接触面上产生的摩擦阻力。 (3)咬合力咬合力 a.光圆钢筋光圆钢筋: 由钢筋表面粗糙不平而产生。由钢筋表面

49、粗糙不平而产生。 b.变形钢筋变形钢筋: 由变形钢筋肋间嵌入的混凝土而形由变形钢筋肋间嵌入的混凝土而形成的机械咬合作用而产生。成的机械咬合作用而产生。 2.光圆钢筋和变形钢筋粘结机理的光圆钢筋和变形钢筋粘结机理的主要差别主要差别 (1)光圆钢筋光圆钢筋: 钢筋和混凝土之间的粘结力主要来自钢筋和混凝土之间的粘结力主要来自胶着力和摩阻力。胶着力和摩阻力。 (2)变形钢筋变形钢筋: 钢筋和混凝土之间的粘结力主要来自钢筋和混凝土之间的粘结力主要来自机械咬合力。机械咬合力。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用变形钢筋和混凝土的机械咬合作用 2.3.4 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素 1.混凝土的强度混凝

50、土的强度 粘接强度随混凝土的强度的提高而提高粘接强度随混凝土的强度的提高而提高,但不成正比但不成正比. 2.钢筋的表面形状钢筋的表面形状 变形钢筋的粘结强度比光圆钢筋的粘结变形钢筋的粘结强度比光圆钢筋的粘结强度大强度大. 3.浇注位置浇注位置 4.保护层厚度保护层厚度 5.钢筋间距钢筋间距 6.横向钢筋横向钢筋 2.3.5 保证钢筋和混凝土之间的粘结强度的措施保证钢筋和混凝土之间的粘结强度的措施 1.钢筋的最小搭接长度和锚固长度钢筋的最小搭接长度和锚固长度 2.钢筋的最小间距钢筋的最小间距 3.混凝土的最小保护层厚度混凝土的最小保护层厚度 4.受力的光圆钢筋端部要做弯钩受力的光圆钢筋端部要做弯钩 5.对高度较大的梁，混凝土应分层浇筑或对高度较大的梁，混凝土应分层浇筑或二次浇捣。二次浇捣。普通钢筋锚固长度普通钢筋锚固长度 按下列公式计算：按下列公式计算：aldffltya钢筋抗拉强钢筋抗拉强度设计值度设计值 钢筋外钢筋外形系数形系数 钢筋直径钢筋直径 混凝土轴心抗混凝土轴心抗拉强度设计值拉强度设计值 0.140.16带肋钢筋带肋钢筋光面钢筋光面钢筋钢筋类型钢筋类型v增加粘结锚固的措