钢筋和混凝土材料力学性能讲义PPT

钢筋和混凝土土材料力学性性能一、钢筋的强强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE上屈服点不稳稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台台CD段为强化段标距有明显流幅的的钢筋钢筋受压和受受拉时的应力力-应变曲线几乎乎相同一、钢筋的强强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线0.2%0.2标距无明显流幅的的钢筋钢筋受压和受受拉时的应力力-应变曲线几乎乎相同一、钢筋的强强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE0.2%0.2强度指标*明显流幅的钢钢筋：下屈服服点对应的强强度作为设计计强度的依据据，因为，钢钢筋屈服后会会产生大的塑塑性变形，钢钢筋混凝土构构件会产生不不可恢复的变变形和不可闭闭合的裂缝，，以至不能使使用*无明显显流幅幅的钢钢筋：：残余余应变变为0.2%时所对对应的的应力力作为为条件件屈服服强度度,随着冶冶金系系统采采用国国际标标准及及质量量的提提高，，在相相应的的产品品标准准中明明确规规定屈屈服强强度σ0.2不得小小于极极限抗抗拉强强度σb的85%（0.85σσb）。因因此，，实际际应用用中可可取极极限抗抗拉强强度σb的85%作为条条件屈屈服点点一、钢钢筋的的强度度和变变形1.钢筋的的应力力-应变曲曲线强度指指标的的确定定强度随机变变量强度标准值根据统统计资资料，，运用用数理理统计计方法法确定定的具具有一一定保保证率率（钢钢筋为为97.73%）的统统计特特征值值：强度标标准值值=强度平平均值值-2××均方差差概率密度材料强度强度平均值强度标准值一、钢钢筋的的强度度和变变形1.钢筋的的应力力-应变曲曲线AB’BCDE0.2%0.2变形指指标*伸长率率：钢钢筋拉拉断后后的伸伸长与与原长长的比比值*冷弯要要求：：将直直径为为d的钢筋筋绕直直径为为D的钢辊辊弯成成一定定的角角度而而不发发生断断裂一、钢钢筋的的强度度和变变形2.钢筋的的成分分、级级别和和品种种按化学学成分分碳素钢钢（铁铁、碳碳、硅硅、锰锰、硫硫、磷磷等元元素））低碳钢钢（含含碳量量<0.25%）中碳钢钢（含含碳量量0.25~0.6%）高碳钢钢（含含碳量量0.6~1.4%）普通低低合金金钢（（另加加硅、、锰、、钛、、钒、、铬等等）锰系硅钒系系硅钛系系硅锰系系硅铬系系一、钢钢筋的的强度度和变变形2.钢筋的的成分分、级级别和和品种种钢筋热轧钢钢筋：：热轧轧光圆圆钢筋筋HPB235，HPB300（HotrolledPlainBars），热热轧带带肋钢钢筋HRB335、HRB400，HRB500(HotrolledRibbedBars),细晶粒粒热轧轧钢筋筋HRBF335、HRBF400，HRBF500(HotrolledRibbedBarsofFinegrains),冷拉钢钢筋：：由热热轧钢钢筋在在常温温下用用机械械拉伸伸而成成热处理理钢筋筋：将将HRB400、HRB500钢筋通通过加加热、、淬火火、回回火而而成按加工工钢丝碳素钢钢丝：：高碳碳镇静静钢通通过多多次冷冷拔、、应力力消除除、矫矫正、、回火火处理理而成成刻痕钢钢丝：：在钢钢丝表表面刻刻痕，，以增增强其其与混混凝土土间的的粘结结力钢绞线线：若若干根根相同同直径径的钢钢丝成成螺旋旋状铰铰绕在在一起起冷拔低低碳钢钢丝：：由低低碳钢钢冷拔拔而成成一、钢钢筋的的强度度和变变形2.钢筋的的成分分、级级别和和品种种按表面面形状状光圆钢钢筋带肋钢钢筋钢筋的的应用用范围围非预应应力钢钢筋：：HPB235，HPB300,HRB335，HRB400，HRB500HRBF335,HRBF400,HRBF500预应力钢筋：：碳素钢丝，，刻痕钢丝，，钢绞线，热热处理钢筋，，冷拉钢筋一、钢筋的强强度和变形3.钢筋的常用直直径光圆钢筋：6,8,10,12,14,16,18,20,22带肋钢筋：6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,50一、钢筋的强强度和变形4.钢筋的冷加工工和热处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应应力控制和应应变控制温度的影响：：温度达700ºC时恢复到冷拉拉前的状态，，先焊后拉特性：只提高高抗拉强度，，不提高抗压压强度，强度度提高，塑性性下降一、钢筋的强强度和变形4.钢筋的冷加工工和热处理冷拔经过冷拔后钢钢筋没有明显显的屈服点和和流幅冷拔既能提高高抗拉强度又又能提高抗压压强度一、钢筋的强强度和变形4.钢筋的冷加工工和热处理热处理对特定钢号的的钢筋进行淬淬火和回火处处理强度提高，塑塑性降低不降低强度的的前提下，消消除由淬火产产生的内力，，改善塑性和和韧性一、钢筋的强强度和变形5.钢筋的徐变和和松弛徐变应力不变，随随时间的增长长应变继续增增加松弛长度不变，随随时间的增长长应力降低对结构，尤其其是预应力结结构，产生不不利的影响，，需采取必要要的措施一、钢筋的强强度和变形6.钢筋的疲劳重复荷载作用用下，钢筋的的强度<静载作用下的的强度规定的应力幅幅度内，经一一定次数的重重复荷载后，，发生疲劳破破坏的最大应应力值称为疲疲劳强度。对对钢筋用疲劳劳应力幅来表表示其疲劳强强度。试验方法单根钢筋的轴轴拉疲劳钢筋埋入混凝凝土中重复受受拉或受弯一、钢筋的强强度和变形7.混凝土结构对对钢筋的要求求强度要求：屈屈服强度和极极限强度，抗抗震设计时还还要求有一定定的屈强比塑性要求：伸伸长率和冷弯弯要求可焊性与混凝土的粘粘结性一、钢筋的强强度和变形8.钢筋应力-应变曲线的数数学模型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显流幅的的钢筋无明显流幅的的钢筋二、混凝土的的强度和变形形1.单轴受力状态态下混凝土的的抗压强度立方体抗压强强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方方法：不涂润润滑剂压力试件裂缝发展扩张整个体系解体体，丧失承载载力另影响强度的的因素还有：：龄期、加载载速率、试块块尺寸等二、混凝土的的强度和变形形1.单轴受力状态态下混凝土的的抗压强度标准试块：150×150××150非标准试块：：100×100××100换算系数0.95200×200××200换算系数1.05立方体抗压强强度是区分混混凝土强度等等级的指标，，我国规范混混凝土的强度度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强强度立方体抗压强强度fcu二、混凝土的的强度和变形形1.单轴受力状态态下混凝土的的抗压强度强度指标的确确定强度随机变量强度标准值根据统计资料料，运用数理理统计方法确确定的具有一一定保证率（（95%）的统计特征征值：强度标准值=强度平均值-1.645×均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值二、混凝土的的强度和变形形1.单轴受力状态态下混凝土的的抗压强度棱柱体抗压强强度fc承压板试块标准试块：150×150××300非标准试块：：100×100××300换算系数0.95200×200××400换算系数1.05考虑到承压板板对试件的约约束，立方体体抗压强度大大于棱柱体抗抗压强度，且且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和和试件的区别别，取fc=0.67fcu对国外（美国国、日本、欧欧洲混凝土协协会等）采用用的圆柱体试试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强强度二、混凝土的的强度和变形形2.单轴受力状态态下混凝土的的抗拉强度直接受拉试验验ft100100150150500试验结果：ft=0.395fcu0.55考虑到构件和和试件的区别别，尺寸效应应，加荷速度度等的影响，，取ft=0.348fcu0.55二、混凝土的的强度和变形形2.单轴受力状态态下混凝土的的抗拉强度劈裂试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈裂裂与抗压试验验结果有：fts=0.19fcu3/4二、混凝土的的强度和变形形3.复合受力状态态下混凝土的的抗拉强度双轴应力下的的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度双向正应力下下的强度曲线线法向应力和剪剪应力下的强强度曲线二、混凝凝土的强强度和变变形3.复合受力力状态下下混凝土土的抗拉拉强度三向受压压时的混混凝土强强度1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱体试试验有侧向约约束时的的抗压强强度无侧向约约束时圆圆柱体的的单轴抗抗压强度度二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的疲劳强强度破坏重复荷载载下的应应力-应变曲线线fcf321疲劳强度<fcfcf的确定原原则：100×100×300或150×150×450的棱柱体体试块承承受200万次（或或以上））循环荷荷载时发发生破坏坏的最大大压应力力值二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压压时的应应力-应变关系系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能单轴受压压时的应应力-应变关系系的数学学模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美国Hognestad模型德国Rüsch模型二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能单轴受压压时的应应力-应变关系系的数学学模型----中国规范范u0ocfcc二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能侧向受约约束时混混凝土的的变形特特点cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc

c02c0

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cco环箍断裂二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能轴向受拉拉时混凝凝土的应应力应变变关系tto

t0

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ftt(MPa)0

(mm)cr=0.00012试件：7619305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06标距＝83mm理论模型型！！！二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能重复荷载载下混凝凝土的变变形性能能pe包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能混凝土的的弹性模模量ccccep01原点切线线模量（（弹性模模量）：：拉压相相同变形模量量（割线线模量、、弹塑性性模量））切线模量量受压时，，为0.4~1.0；受拉破坏坏时，为为1.0二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能混凝土的的弹性模模量的试试验方法法（150×150×300标准试件件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能混凝土的的泊松比比和剪切切模量混凝土的的泊松比比，在压压力较小小时为0.15~0.18，接近破破坏时可可达0.5以上，一一般可取取0.2混凝土的的剪切模模量为二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能长期荷载载作用下下混凝土土的变形形性能----徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0.5fc，线性徐徐变c<0.8fc，非线性性徐变cree’e’’cr’P原因之一一，胶凝凝体的粘粘性流动动原因之二二，混凝凝土内部部微裂缝缝的不断断发展二、混凝凝土的强强度和变变形4.混凝土的的变形性性能长期荷载载作用下下混凝土土的变形形性能----影响徐变变的因素素应力：c<0.5fc，徐