建筑结构基础与识图 教学PPT 作者 周晖 主编 第二章建筑材料

1、第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图2009年年10月月 机械工业出版社机械工业出版社第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料 第2章 建筑结构材料 2-2 2-2 钢筋钢筋2-3 2-3 混凝土混凝土2-4 2-4 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 21 21 结构材料的性质结构材料的性质建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料2-1 2-1 结构材料的性质结构材料的性质 钢筋钢筋混凝混凝土结土结构对构对钢筋钢筋性能性能的要的要求求 ：强度强度塑性塑性焊接性能焊接性能粘结力粘结力经

2、济性经济性质量稳定性质量稳定性建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料钢筋的种类钢筋的种类 非预应力钢筋非预应力钢筋强度强度塑性塑性弱弱强强高高低低钢筋钢筋热轧钢筋热轧钢筋钢钢 丝丝钢绞线钢绞线热处理钢筋热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋 强度高，塑性低强度高，塑性低 强度高，粘结性好强度高，粘结性好强度高强度高预应力钢筋预应力钢筋 2-2 钢筋钢筋建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料常见钢筋外形常见钢筋外形建筑结构基础与识图建筑结构基

3、础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料1.按加工方法分：按加工方法分： 热轧钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝、钢绞线、热轧钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝、钢绞线、冷加工钢筋冷加工钢筋2.按使用用途分：普通钢筋、预应力钢筋按使用用途分：普通钢筋、预应力钢筋3.按化学成分分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢按化学成分分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋筋4.按力学性能分：有明显屈服点钢筋（按力学性能分：有明显屈服点钢筋（“软软钢钢”）、无明显屈服点钢筋（）、无明显屈服点钢筋（“硬钢硬钢”）5.按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋钢筋的分类钢筋的分类建筑结构基础与识图建筑

4、结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料二、钢筋的应力二、钢筋的应力- -应变关系应变关系 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋a为比例极限为比例极限 s s =Ese ea为弹性极限为弹性极限de为强化段为强化段b为屈服上限为屈服上限c为屈服下限，即为屈服下限，即屈服强度屈服强度 fycd为屈服台阶为屈服台阶e为极限抗拉强度为极限抗拉强度 fu s se eaabcdefufyf建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料重要指标重要指标屈服强度屈服强度：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，钢筋屈服后将产生很大的塑，钢筋屈服后将产生很大的塑性变

5、形，且卸载时这部分变形性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢筋混凝土构件，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝，取屈服下限作为屈服强度。产生很大的变形和不可闭合的裂缝，取屈服下限作为屈服强度。延延 伸伸 率率：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大破坏有足够预兆。伸率大破坏有足够预兆。屈屈 强强 比比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。残余残余变形变形er弹性弹性变形变形eese建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料无明显屈服点的钢筋无明显屈

6、服点的钢筋a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，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点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取规范取s s0.2 =0.85 fua0.2%s0.2 fu建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料钢筋的计算指标钢筋的计算指标1. 钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值2. 钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值具有具有95%保

7、证率的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈保证率的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈服强度确定，用服强度确定，用 表示；预应力钢绞线、钢丝和热处表示；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用 表示。表示。热轧钢筋强度设计值：热轧钢筋强度设计值：预应力钢筋强度设计值：预应力钢筋强度设计值：见书中表见书中表2-2见表见表2-3钢筋的常用直径钢筋的常用直径d=6mm,8mm,10mm,12mm,14mm,16mm,18mm,20mm,22mm,25mm,28mm,32mm等于标准值除以分项系数。等于标准值除以分项系数。1 . 1,= = = = ss

8、ykykyyffffg gg g，2 . 1,= = = = ssptkptkpypyffffg gg g，ykfptkf建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料普通钢筋强度标准值（N/mm2）种 类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400钢筋的弹性模量(N/mm2)种 类EsHPB235 级钢筋2.1105HRB335 级钢筋、HRB400 级钢筋、RRB400 级钢筋、热处理钢筋2.0105消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕

9、钢丝2.05105钢绞线1.95105钢筋的弹性模量（N/mm2）表2-1表2-2建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料ptkfpyfpyf 预应力钢筋强度的标准值和设计值（N/mm2) 表2-3 钢筋品种钢筋品种直径直径/mm符号符号 钢绞钢绞线线三股三股8.6、10.8、12.9186015701110390七股七股9.5、11.1、12.7、15.2172012201320消除消除应力应力钢丝钢丝光光 面面螺旋肋螺旋肋4、5、6、7、8、9PH157011104101670118017701250刻痕刻痕5、7处理钢筋热处理钢

10、筋6、8.2、10H筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料钢筋的冷加工钢筋的冷加工 对有明显屈服点的钢筋进行机械冷加工，可以使钢材内部对有明显屈服点的钢筋进行机械冷加工，可以使钢材内部组织结构发生变化，从而提高钢材的强度，具体方法有冷组织结构发生变化，从而提高钢材的强度，具体方法有冷拉、冷拔、冷轧等。拉、冷拔、冷轧等。 所谓所谓冷拉冷拉是指利用有明显屈服是指利用有明显屈服点的热轧钢筋点的热轧钢筋“屈服强度屈服强度/极限抗拉极限抗拉强度强度”比值（称屈强比）低的特性，比值（称屈强比）低的特性，在常温条件下把钢筋应力拉到超过在常温条件下把

11、钢筋应力拉到超过其原有的屈服点，然后完全放松，其原有的屈服点，然后完全放松，若钢筋再次受拉，则能获得较高屈若钢筋再次受拉，则能获得较高屈服强度的一种加工方法。服强度的一种加工方法。 建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料2-3 2-3 混凝土混凝土 混凝土的强度混凝土的强度定义：定义：水泥胶体水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块水泥结晶体和水泥胶块)弹性骨架弹性骨架（混凝土）（混凝土）水泥水泥+水水砂、石砂、石强度等级：强度等级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共共14级级立方体抗压强度是指按照立方体抗压强度是指按照标准方法标

12、准方法制作养护的边长为制作养护的边长为150mm的的立方体立方体试件，在试件，在28天龄期，用标准试验方天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。法测得的抗压强度。如如C20中中C混凝土混凝土;20立方体抗压强度的标准值为立方体抗压强度的标准值为20N/mm2砼强度等级砼强度等级 1.立方体抗压强度立方体抗压强度150mm150mm150mmcuf建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料定义：定义：换算：换算：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为150mm150mm高高300mm的棱柱体，在的棱柱体，在28天龄期

13、，天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。用标准试验方法测得的抗压强度。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）抗压强度随试件高度增大而降低抗压强度随试件高度增大而降低轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值高强混凝土脆性折减系数高强混凝土脆性折减系数0.88经验折减系数经验折减系数cucccff2188. 0a aa a= =cf1ca2capp建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料3. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度FF45. 055. 0,2)645. 11 (395. 088. 0a=kcutkff混凝土的抗拉

14、强混凝土的抗拉强 度比抗压强度低得多，一般只有度比抗压强度低得多，一般只有 抗压强度的抗压强度的 1/18-1/9 。混凝土的材料分项系数混凝土的材料分项系数c取取1.4轴心抗拉强度设计值轴心抗拉强度设计值 混凝土强度设计值混凝土强度设计值 轴心抗压强度设计值轴心抗压强度设计值 建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料ckfcftkftf表2-5 混凝土强度标准值和设计值/Nmm-2强度强度种类种类符符号号混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80轴抗轴抗压强压强度度10.013.416.7

15、20.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.27.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.9轴抗轴抗拉强拉强度度1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.110.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22混凝土的变形混凝土的变形混凝土的受力变形混凝土的受力变形混凝土的非受力变形混凝土的非受力变形建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结

16、构材料建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料a1a割线割线切线切线 cc0ceEtgsae=0a原点切线原点切线 弹性模量弹性模量cc1cEtgsae =变形模量变形模量cccdEtgdsae=切线模量切线模量混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料混凝土的弹性模量测定混凝土的弹性模量测定标准尺寸标准尺寸150mm150mm150mm150mm300mm300mm的棱柱的棱柱体试件，先加载至体试件，先加载至c=0.5=0.5fc，然后卸，然后卸载至零，再重复加载、卸载载至零，再重复加载、卸载

17、5 51010次。次。由于混凝土不是弹性材料，每次卸载由于混凝土不是弹性材料，每次卸载至应力为零时，存在残余变形，随着至应力为零时，存在残余变形，随着加载次数增加，应力应变曲线渐趋加载次数增加，应力应变曲线渐趋稳定并基本上趋于直线。该直线的斜稳定并基本上趋于直线。该直线的斜率即定为混凝土的弹性模量。率即定为混凝土的弹性模量。 建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料表2-6 混凝土的弹性模量(104/Nmm-2)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80Ec2.202.552.803.003.153.253.353.4

18、53.553.603.653.703.753.80原点弹性模原点弹性模量计算公式量计算公式混凝混凝土的土的强度强度等级等级建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料a.a. 收缩原因收缩原因 ：水分蒸发：水分蒸发c. 影响收缩的因素：配合比、养护、体表比等影响收缩的因素：配合比、养护、体表比等b. 对构件影响对构件影响：1)1)构件产生裂缝；构件产生裂缝；2)2)引起预应力损失引起预应力损失砼的收缩砼的收缩砼在空气中硬化体积减小的现象砼在空气中硬化体积减小的现象 在某一不变荷载的长期作用下，其在某一不变荷载的长期作用下，其 应变随时间而增长的现象应变随时间而增长

19、的现象砼的徐变砼的徐变原因：原因：a.a.水泥石由结晶体和凝胶体组成，在外力长期水泥石由结晶体和凝胶体组成，在外力长期持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产生持续变形；生持续变形；b.b.混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩展，导致应变的增加。展，导致应变的增加。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料减小徐变的措施：加强养护、减小水泥用量及水减小徐变的措施：加强养护、减小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密实度等灰比、增加混凝土的密实度等影影响响徐徐变变的的因因素素养护及使用条件下

20、的温湿度养护及使用条件下的温湿度混凝土应力条件混凝土应力条件加荷时混凝土的龄期加荷时混凝土的龄期骨料骨料混凝土的组成和配合比混凝土的组成和配合比构件形状及尺寸构件形状及尺寸建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料2-4 2-4 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结1. 粘结机理粘结机理a.钢筋和砼之间的钢筋和砼之间的胶结力胶结力b.砼收缩和钢筋之间的砼收缩和钢筋之间的摩擦力摩擦力c.钢筋表面凸凹不平或弯钩和砼之间的钢筋表面凸凹不平或弯钩和砼之间的机械咬合力机械咬合力2. 粘结强度粘结强度 钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力

21、的最大值。应力的最大值。影响因素：影响因素：a. 钢筋的表面形状、直径；钢筋的表面形状、直径；b. 砼的强度等级、保护层厚度；砼的强度等级、保护层厚度；c. 侧向压力及横向钢筋；侧向压力及横向钢筋；d. 浇筑位置；等浇筑位置；等3. 构造措施：构造措施：钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料钢筋与混凝土的粘结强度钢筋与混凝土的粘结强度通常采用通常采用拔出试拔出试 验验来测定。来测定。设拔出力为设拔出力为F，则则以粘结以粘结破

22、坏破坏 (钢筋拔出或混凝土钢筋拔出或混凝土 劈裂劈裂)时钢筋与混凝时钢筋与混凝 土截土截面上的最大平均粘结应力面上的最大平均粘结应力作为粘结强度。作为粘结强度。 dlFbpt钢筋拔出试验钢筋拔出试验建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料锚固长度锚固长度 普通钢筋：普通钢筋： 预应力钢筋：预应力钢筋： la 受拉钢筋的锚固长度；受拉钢筋的锚固长度； fy ,fpy 普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值； 混凝土轴心抗拉强度设计值；混凝土轴心抗拉强度设计值；d 钢筋的公称直径；钢筋的公称直径； 钢筋的外形系数，按照表钢筋的外形系数，按照表2-7采用。采用。tfa a式中：式中：建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图第二章第二章 建筑结构材料建筑结构材料因钢筋