材料力学性能与指标课件

建筑结构与选型Ⅰ2022年12月30日第一部分建筑结构概论第三章结构材料的力学性能及指标建筑结构与选型Ⅰ2022年12月28日第一部分建1结构材料基本要求1结构材料基本要求材料力学性能与指标课件1.结构材料的基本要求支撑起结构的自重及外加荷载；破坏要求预兆；能够承受一定的变形能力；能够长时间使用；能够被大量引用；强度弹性塑性耐久性好取材便利、价廉、可加工1.结构材料的基本要求支撑起结构的自重及外加荷载；破坏要求以材料的力学性能指标评定1.结构材料的基本要求包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛这些力学性能指标如何确定？？？实验的方法以材料的力学性能指标评定1.结构材料的基本要求包括：强度、1.1钢筋1.2混凝土1.3钢筋和混凝土的共同工作1钢筋和混凝土材料的力学性能MechanicalPropertiesofReinforcementandConcrete1.1钢筋1钢筋和混凝土材料的力学性能Mechani钢筋的力学性能混凝土的力学性能混凝土的破坏机理钢筋与混凝土的共同工作主要内容重点：混凝土的破坏机理钢筋与混凝土的共同工作1钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋的力学性能主要内容重点：混凝土的破坏机理1钢筋和混凝土1.2.1混凝土的强度1.2.2混凝土破坏机理1.2.3混凝土的变形1.2.4混凝土的收缩和徐变1.2.5钢筋与混凝土的粘结力1.1钢筋1.1.1钢筋的品种1.1.2混凝土结构对钢筋的要求1.1.4无明显屈服点钢筋的应力-应变关系1.1.3有明显屈服点钢筋的应力－应变关系1.1.5钢筋的冷拉加工1.2混凝土1.1.6钢筋的选用原则1钢筋和混凝土材料的力学性能1.2.1混凝土的强度1.2.2混凝土破坏机理1.2.3钢筋混凝土ReinforcedConcreteAdvantage:

将混凝土和钢材这两种材料有机地、创造性地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。1+1>21钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋混凝土ReinforcedConcreteAdvant材料的力学性能钢筋混凝土两者间的粘结强度变形粘结破坏的过程和机理1钢筋和混凝土材料的力学性能材料的力学性能钢筋混凝土两者间的粘结强度变形粘结◎抗拉和抗压强度都很高

Bothtensileandcompressivestrengthsarehigh◎具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性

DuctileFyF'y=Fy◎但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件F'<<F'y1.1钢筋SteelReinforcement(orRebar)◎抗拉和抗压强度都很高FyF'y=Fy◎但细长的钢筋受（一）钢筋布置和用途架力钢筋：固定箍筋，承受收缩和温度变化产生的内应力弯起钢筋：承受剪力，承受支座负弯矩箍筋：承受剪力，联系受拉及受压钢筋使共同工作，固定纵纵筋纵向受力筋：承受弯矩侧向构造钢筋：增强抗扭能力，承受侧面的温度变形1.1钢筋（一）钢筋布置和用途架力钢筋：固定箍筋，承受收缩和温度变化产除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋思考题：为什么有不同的钢筋品种——工程应用目的和创新1.1.1钢筋的品种热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋思考题：热轧钢筋HotRolledSteelRebar

HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级常用热轧钢筋的分类HPB235（HotRolledPlainBar）热轧光面钢筋Q235HRB335（HotRolledRibbedBar）热轧带肋钢筋20MnSiHRB400（HotRolledRibbedBar）热轧带肋钢筋

20MnSiV,20MnSiNb,20MnTiRRB400（RemainedheattreatmentRibbedBar）

余热处理钢筋

1.1.1钢筋的品种热轧钢筋HotRolledSteelRebar常用国际上200、300级钢筋已基本淘汰，400级钢筋成为普遍应用的品种，而发达国家钢筋的强度已达到500级或更高。我国上世纪50～60年代使用低碳钢筋(HPB235)；70年代通过低合金化(20MnSi)强度提高40%(HRB335)80年代进一步微合金化(20MnSiV)强度又提高20%(HRB400)目前,强度再提高25%的HRB500钢筋已具备生产能力.HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级常用热轧钢筋的分类1.1.1钢筋的品种国际上200、300级钢筋已基本淘汰，400级钢筋成为普遍应钢筋混凝土结构中，钢筋的强度越高越好吗？？？1.1.1钢筋的品种钢筋混凝土结构中，钢筋的强度越高越好吗？？？1.1.1钢筋HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335级(Ⅱ级)和

HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋。为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（DeformedBar）。钢筋直径：d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,401.1.1钢筋的品种HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar）注意：1、等级代号2、等级表示符号3、直径范围及常用直径4、外形1.1.1钢筋的品种注意：1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种复习：强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热轧钢筋钢丝钢绞线热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋强度塑性弱强高低复习：强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热1.1.2混凝土结构对钢筋的要求(1)强度－屈服强度(2)塑性－延伸率和冷弯性能(3)具有较好的可焊性(4)有较好的粘结力－带肋钢筋(5)质量稳定性：指标的离散性要小(6)锚固性能(7)疲劳性能1.1.2混凝土结构对钢筋的要求(1)强度－屈服强度(2)强度延性：变形能力se塑性变形对工程结构有何意义？低强塑性材料好？还是高强弹性材料好？钢筋的强度和变形（1）有明显屈服点的钢筋（2）无明显屈服点的钢筋返回上级目录1.1.2混凝土结构对钢筋的要求强度se塑性变形对工程结构有何意义？钢筋的强度和变形（1）有seabcdefus=Esea为弹性极限

elasticlimitde为强化段strainhardeningstageb为屈服上限upperyieldstrengthc为屈服下限，即屈服强度

fyloweryieldstrengthcd为屈服台阶yieldplateaue为极限抗拉强度

fu

ultimatetensilestrengthfyf1.1.3有明显屈服点钢筋的应力－应变关系cd段为屈服台阶df段为强化段seabcdefus=Esea为弹性极限elastic(1)屈服强度yieldstrength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，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。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。屈服强度、强屈比、延伸率和冷弯性能1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标1.1.3有明显屈服点钢筋的应力－应变关系(1)屈服强度yieldstrength：屈服强度、强屈(2)极限强度：fu

强屈比：反映钢筋的强度储备，fu/fy不小于1.25sefufy问题：强屈比越大越好吗？？？1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标(2)极限强度：fusefufy问题：？？1.1.3.1Bilinearelasto-plasticrelationEs1

fyeyse1.1.3.2双线性的理想弹塑性关系Bilinearelasto-plasticrelati钢筋的强度标准值fyk：《混凝土结构设计规范》取具有95%以上的保证率的屈服强度。钢筋的强度设计值fy：

fy=fyk/γsHPB235级：fyk=235N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N/mm21.1.3.3钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值fyk：《混凝土结构设计规范》取具有95%以elongationstrain：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，在拉断前有足够预兆，延性较好(3)延伸率se只反映钢筋拉断后颈缩局部区域的残余变形，不代表拉断前的平均总变形能力；标距不统一，无法客观比较；?1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标elongationstrain：钢筋拉断时的应变，是反映冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标(4)冷弯性能1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标(4)冷弯性能1.1a点为比例极限，σ≈0.65σb1.1.4无明显屈服点钢筋的应力-应变关系整个应力-应变关系没有明显的屈服点，达极限抗拉强度σb后很快拉断，延伸率很小，破坏呈脆性设计中取残余应变为0.2%所对应的应力，作为钢筋的强度设计指标，称为“条件屈服强度”。一般取σ0.2=0.85σb条件屈服强度

返回上级目录a点为比例极限，σ≈0.65σb1.1.4无明显屈服点钢1.1.5钢筋的冷拉加工（一）冷拉把有明显屈服点的钢筋应力拉到超过其原来的屈服点，然后放松，使钢筋应力重新恢复到零，钢筋发生了残余变形屈服强度提高塑性降低只能提高钢筋的抗抗屈服点，却不能提高其抗压屈服点1.1.5钢筋的冷拉加工（一）冷拉把有明显屈服点的钢筋应力将钢筋用强力拔过经它本身直径还小的硬质合金拔丝模，钢筋受到纵向拉力和横向压力作用，截面变小长度增长强度提高较多塑性降低加热后其力学性能将发生变化返回上级目录1.5钢筋的冷拉加工（二）冷拔将钢筋用强力拔过经它本身直径还小的硬质合金拔丝模，钢筋受到纵返回上级目录1.1.6钢筋的选用原则宜优先选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢筋非预应力钢筋：宜优先选HRB400和HRB335，也可用HPB235和RRB400预应力钢筋：宜优先选用预应力钢绞线、中高强钢丝也可采用热处理钢筋返回上级目录1.1.6钢筋的选用原则宜优先选用强度较高、塑骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础水泥+水Concrete砼的强度及变形随时间、随环境的变化而变化1.2混凝土骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础水泥+水抗压强度高，而抗拉强度却很低

HighCompressiveStrength,butlowerTensilestrength破坏时具有明显的脆性性质(Brittle)

FcFt=(1/8~1/20)Fc1.2混凝土混凝土：抗压强度高，而抗拉强度却很低破坏时具有明显的脆性性质(Br混凝土强度等级（StrengthGrade）

是用抗压强度

(CompressiveStrength)来划分的抗压强度是混凝土力学性能中最基本的指标1.2.1混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土强度混凝土强度等级1.2.1混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝C30：fcu,k=30N/mm2

混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下(20±3℃，≥90%湿度)养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(CubeStrength)，用符号C表示。(一)强度等级的定义1.2.1混凝土的强度C30：fcu,k=30N/mm2混凝土强度等级：边长15《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80C50以上为高强混凝土1.2.1混凝土的强度《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级(二)轴心抗压强度轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。hb棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4通常取150mm×150mm×450mm也常用100×100×300试件1.2.1混凝土的强度AxialCompressiveStrength(二)轴心抗压强度轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号f棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系《规范》规定：小于C50级的混凝土取k=0.76，C80级混凝土取k=0.82其间按线性插值对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。1.2.1混凝土的强度棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系《规范》规定：小于C(三)轴心抗拉强度AxialTensileStrength也是基本力学性能，用符号

ft表示。混凝土构件的开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。1.2.1混凝土的强度(三)轴心抗拉强度AxialTensileStreng劈拉试验PaP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度(SplittingStrength)1.2.1混凝土的强度劈拉试验PaP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方1.2.2混凝土破坏机理fc<fcu

?>UnderstandingFailureMechanism1.2.2混凝土破坏机理fc<fcu?>Unders02468102030s(MPa)e×10-3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，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝Micro-fissure，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缝的发展造成的。BACED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3混凝土在结硬02468102030s(MPa)e×10-3AA点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土主要产生弹性变形,普通强度混凝土sA约为

(0.3~0.4)fcBCED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3AA点以前，02468102030s(MPa)e×10-3BAA点以后，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，应变增长开始加快，应力-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Expansion。但该阶段微裂缝的发展是稳定的CED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BAA点以后02468102030s(MPa)e×10-3BA达到B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，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展，并最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fcCED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BA达到B点02468102030s(MPa)e×10-3BACED达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变

e0，约为0.002。纵向应变发展达到B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1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED达02468102030s(MPa)e×10-3BACED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1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED随02468102030s(MPa)e×10-3BACED混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破坏，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e=(2~3)e0，应力s=(0.4~0.6)fc。1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED混02468102030s(MPa)e×10-3BACEDE点以后，纵向裂缝形成一斜向破坏面，此破坏面受正应力和剪应力的作用继续扩展，形成一破坏带。此时试件的强度由斜向破坏面上的骨料间的摩阻力提供。1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACEDE02468102030s(MPa)e×10-3BACED随应变继续发展，摩阻力和粘结力不断下降，但即使在很大的应变下，骨料间仍有一定摩阻力，残余强度约为(0.1~0.4)fc。1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED随由混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大，并最终导致破坏。对横向变形加以约束(LateralConfinement)，就可以限制微裂缝的发展，从而可提高混凝土的抗压强度。不涂润滑剂涂润滑剂>≈立方体试件受约束范围大，而棱柱体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和破坏形态的不同。1.2.2混凝土破坏机理由混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大，并螺旋箍筋约束混凝土通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压强度。采用配置螺旋箍筋形成所谓“约束混凝土”，可显著提高混凝土的抗压强度，并且可以提高混凝土变形能力。1.2.2混凝土破坏机理螺旋箍筋约束混凝土通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压“约束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋等。钢管混凝土(ConcreteFilledSteelTube)对内部混凝土的约束效果更好，因此近年来在我国工程中得到许多应用。约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力(DeformationCapacity)，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。1.2.2混凝土破坏机理“约束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在1.2.2混凝土破坏机理1.2.2混凝土破坏机理1.2.3混凝土的变形DeformationofConcrete

一次短期加荷时的变形

受力变形

重复荷载作用下的变形

长期荷载作用下的变形

混凝土的变形

混凝土的收缩变形

体积变形

混凝土的膨胀变形

1.2.3混凝土的变形DeformationofCon除了混凝土的力学性能外，混凝土还有哪些性能对结构会有不利影响？1.2.4混凝土的收缩和徐变除了混凝土的力学性能外，混凝土还有哪些性能对结构会有不利影响混凝土的收缩和徐变ShrinkageandCreep收缩和徐变的原因CausesofShrinkageandCreep对混凝土结构的影响AffectiononRCstructure影响收缩和徐变的因素InfluencefactorsonShrinkageandCreep收缩和徐变的表现ExpressionofShrinkageandCreep1.2.4混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变收缩和徐变的原因CausesofShr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）的约束时，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。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。1.2.4.1混凝土的收缩Shrinkage混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩1.2.4混凝土的收缩和徐变收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。1.2.4.墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形1.2.4.1混凝土的收缩墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形1.2.4.1混凝土的收缩高速公路为何破坏如此迅速？1.2.4.1混凝土的收缩高速公路为何破坏如此迅速？1.2.4.1混凝土的收缩高速公路不高速(安徽省内的合巢芜高速公路)这段长约100km的高速公路路面处处千疮百孔、断裂破损，被行车师傅们称为“补丁路”、“搓板路”。这段过去只需1.5h的车程，现在至少要走4h……。1.2.4.1混凝土的收缩高速公路不高速(安徽省内的合巢芜高速公路)1.2.4.1混凝混凝土的收缩是随时间而增长的变形早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，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包括凝缩和干缩两部分凝缩是由于水泥结晶体比原材料的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。混凝土收缩1.2.4.1混凝土的收缩混凝土的收缩是随时间而增长的变形包括凝缩和干缩两部分混凝土水泥用量多、水灰比越大，收缩越大骨料弹性模量高、级配好，收缩就小干燥失水及高温环境，收缩大构件的体积与表面积比值越小，收缩越大高强混凝土收缩大(一)影响混凝土的收缩因素受结构周围的温度、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等许多因素有关：影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难1.2.4.1混凝土的收缩水泥用量多、水灰比越大，收缩越大(一)影响混凝土的收缩因素受徐变会使结构的变形增大，特别是自重为主的大跨结构徐变会引起预应力损失在长期高应力作用下，徐变甚至会导致破坏不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变Creep产生徐变的主要原因是水泥凝胶体和内部微裂缝的扩展

1.2.4.2混凝土的徐变徐变会使结构的变形增大，特别是自重为主的大跨结构混凝土在荷载瞬时恢复弹性后效残余应变收缩应变徐变应变瞬时应变在应力（≤0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（70~80）%，以后增长逐渐缓慢，2~3年后趋于稳定1.2.4.2混凝土的徐变瞬时恢复弹性后效残余应变收缩应变徐变应变瞬时应变在应力（≤0胶着力摩擦力机械咬合力粘结破坏的机理1.2.5钢筋与混凝土的粘结力胶着力摩擦力机械咬合力粘结破坏的机理1.2.5钢筋与混凝土化学胶着力：混凝土在硬结过程中，水泥胶体与钢筋间产生吸附胶着作用摩擦力：混凝土的收缩使钢筋周围的混凝土裹压在钢筋上，当钢筋混凝土间出现相对滑动的趋势，将出现摩阻力机械咬合力：钢筋表面粗糙不平所产生的机械咬合作用粘结破坏的机理化学胶着力：混凝土在硬结过程中，水泥胶体与钢筋间产生吸附胶着光圆钢筋措施：粘结力：主要是胶结力和摩擦力。没有产生滑移前，只有化学吸附作用，一旦混凝土和钢筋产生滑移有摩擦力，但粘结强度较小，易拔出。破坏过程：端部做弯钩和足够的锚固长度（受压时，可不做弯钩）1.2.5钢筋与混凝土的粘结力光圆钢筋措施：粘结力：主要是胶结力和摩擦力。没有产生滑先有胶结力，滑移产生之后，有摩擦力、机械咬合力。当混凝土较薄时，肋间挤压力引起的环向拉应力或斜向拉应力大于混凝土抗拉强度，混凝土破坏，产生劈裂破坏。当混凝土较厚时，或布置箍筋时，产生刮犁式破坏，钢筋被拨出。变形钢筋1.2.5钢筋与混凝土的粘结力粘结力：破坏过程：措施：变形钢筋端部可不做弯钩，应有足够的锚固长度。胶结力、摩擦力、机械咬合力

先有胶结力，滑移产生之后，有摩擦力、机械咬合力。变形钢筋1.（五）粘结力的主要影响因素混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱位置容易出现劈裂裂缝，促使粘结力提早破坏；钢筋表面形状：带肋钢筋表面凹凸不平，与混凝土之间的机械咬合力较好，破坏时粘结强度大；光面钢筋的粘结强度则较小，所以要在钢筋端部做成弯钩，可以增加其拔出力；横向压应力：如支座处的反力作用在钢筋锚固端，增大了摩阻力，有利于粘结锚固。1.2.5钢筋与混凝土的粘结力（五）粘结力的主要影响因素混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土强度等级不宜太低受力较大钢筋采用变形钢筋保证钢筋周围的混凝土有足够的厚度；(保护层厚度及钢筋净距)保证锚固长度和搭接长度；接头部位、锚固区箍筋加密光圆筋在端部做成弯钩。（六）保证粘结力的措施1.2.5钢筋与混凝土的粘结力混凝土强度等级不宜太低（六）保证粘结力的措施1.2.5钢筋在钢筋混凝土中，宜采用哪些钢筋，为什么？混凝土立方强体抗压强度能不能代表实际构件中的混凝土强度？除立方强体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度？什么叫混凝土的徐变？混凝土的收缩徐变有什么本质区别？钢筋与混凝土之间的的粘结力是如何产生的？小结与思考题小结：本章介绍的主要内容（提问）思考题：在钢筋混凝土中，宜采用哪些钢筋，为什么？小结与思考题小结：本建筑结构与选型Ⅰ2022年12月30日第一部分建筑结构概论第三章结构材料的力学性能及指标建筑结构与选型Ⅰ2022年12月28日第一部分建1结构材料基本要求1结构材料基本要求材料力学性能与指标课件1.结构材料的基本要求支撑起结构的自重及外加荷载；破坏要求预兆；能够承受一定的变形能力；能够长时间使用；能够被大量引用；强度弹性塑性耐久性好取材便利、价廉、可加工1.结构材料的基本要求支撑起结构的自重及外加荷载；破坏要求以材料的力学性能指标评定1.结构材料的基本要求包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛这些力学性能指标如何确定？？？实验的方法以材料的力学性能指标评定1.结构材料的基本要求包括：强度、1.1钢筋1.2混凝土1.3钢筋和混凝土的共同工作1钢筋和混凝土材料的力学性能MechanicalPropertiesofReinforcementandConcrete1.1钢筋1钢筋和混凝土材料的力学性能Mechani钢筋的力学性能混凝土的力学性能混凝土的破坏机理钢筋与混凝土的共同工作主要内容重点：混凝土的破坏机理钢筋与混凝土的共同工作1钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋的力学性能主要内容重点：混凝土的破坏机理1钢筋和混凝土1.2.1混凝土的强度1.2.2混凝土破坏机理1.2.3混凝土的变形1.2.4混凝土的收缩和徐变1.2.5钢筋与混凝土的粘结力1.1钢筋1.1.1钢筋的品种1.1.2混凝土结构对钢筋的要求1.1.4无明显屈服点钢筋的应力-应变关系1.1.3有明显屈服点钢筋的应力－应变关系1.1.5钢筋的冷拉加工1.2混凝土1.1.6钢筋的选用原则1钢筋和混凝土材料的力学性能1.2.1混凝土的强度1.2.2混凝土破坏机理1.2.3钢筋混凝土ReinforcedConcreteAdvantage:

将混凝土和钢材这两种材料有机地、创造性地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。1+1>21钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋混凝土ReinforcedConcreteAdvant材料的力学性能钢筋混凝土两者间的粘结强度变形粘结破坏的过程和机理1钢筋和混凝土材料的力学性能材料的力学性能钢筋混凝土两者间的粘结强度变形粘结◎抗拉和抗压强度都很高

Bothtensileandcompressivestrengthsarehigh◎具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性

DuctileFyF'y=Fy◎但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件F'<<F'y1.1钢筋SteelReinforcement(orRebar)◎抗拉和抗压强度都很高FyF'y=Fy◎但细长的钢筋受（一）钢筋布置和用途架力钢筋：固定箍筋，承受收缩和温度变化产生的内应力弯起钢筋：承受剪力，承受支座负弯矩箍筋：承受剪力，联系受拉及受压钢筋使共同工作，固定纵纵筋纵向受力筋：承受弯矩侧向构造钢筋：增强抗扭能力，承受侧面的温度变形1.1钢筋（一）钢筋布置和用途架力钢筋：固定箍筋，承受收缩和温度变化产除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式1.1钢筋热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋思考题：为什么有不同的钢筋品种——工程应用目的和创新1.1.1钢筋的品种热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋思考题：热轧钢筋HotRolledSteelRebar

HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级常用热轧钢筋的分类HPB235（HotRolledPlainBar）热轧光面钢筋Q235HRB335（HotRolledRibbedBar）热轧带肋钢筋20MnSiHRB400（HotRolledRibbedBar）热轧带肋钢筋

20MnSiV,20MnSiNb,20MnTiRRB400（RemainedheattreatmentRibbedBar）

余热处理钢筋

1.1.1钢筋的品种热轧钢筋HotRolledSteelRebar常用国际上200、300级钢筋已基本淘汰，400级钢筋成为普遍应用的品种，而发达国家钢筋的强度已达到500级或更高。我国上世纪50～60年代使用低碳钢筋(HPB235)；70年代通过低合金化(20MnSi)强度提高40%(HRB335)80年代进一步微合金化(20MnSiV)强度又提高20%(HRB400)目前,强度再提高25%的HRB500钢筋已具备生产能力.HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级常用热轧钢筋的分类1.1.1钢筋的品种国际上200、300级钢筋已基本淘汰，400级钢筋成为普遍应钢筋混凝土结构中，钢筋的强度越高越好吗？？？1.1.1钢筋的品种钢筋混凝土结构中，钢筋的强度越高越好吗？？？1.1.1钢筋HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335级(Ⅱ级)和

HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋。为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（DeformedBar）。钢筋直径：d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,401.1.1钢筋的品种HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar）注意：1、等级代号2、等级表示符号3、直径范围及常用直径4、外形1.1.1钢筋的品种注意：1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种1.1.1钢筋的品种复习：强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热轧钢筋钢丝钢绞线热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋强度塑性弱强高低复习：强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热1.1.2混凝土结构对钢筋的要求(1)强度－屈服强度(2)塑性－延伸率和冷弯性能(3)具有较好的可焊性(4)有较好的粘结力－带肋钢筋(5)质量稳定性：指标的离散性要小(6)锚固性能(7)疲劳性能1.1.2混凝土结构对钢筋的要求(1)强度－屈服强度(2)强度延性：变形能力se塑性变形对工程结构有何意义？低强塑性材料好？还是高强弹性材料好？钢筋的强度和变形（1）有明显屈服点的钢筋（2）无明显屈服点的钢筋返回上级目录1.1.2混凝土结构对钢筋的要求强度se塑性变形对工程结构有何意义？钢筋的强度和变形（1）有seabcdefus=Esea为弹性极限

elasticlimitde为强化段strainhardeningstageb为屈服上限upperyieldstrengthc为屈服下限，即屈服强度

fyloweryieldstrengthcd为屈服台阶yieldplateaue为极限抗拉强度

fu

ultimatetensilestrengthfyf1.1.3有明显屈服点钢筋的应力－应变关系cd段为屈服台阶df段为强化段seabcdefus=Esea为弹性极限elastic(1)屈服强度yieldstrength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，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。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。屈服强度、强屈比、延伸率和冷弯性能1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标1.1.3有明显屈服点钢筋的应力－应变关系(1)屈服强度yieldstrength：屈服强度、强屈(2)极限强度：fu

强屈比：反映钢筋的强度储备，fu/fy不小于1.25sefufy问题：强屈比越大越好吗？？？1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标(2)极限强度：fusefufy问题：？？1.1.3.1Bilinearelasto-plasticrelationEs1

fyeyse1.1.3.2双线性的理想弹塑性关系Bilinearelasto-plasticrelati钢筋的强度标准值fyk：《混凝土结构设计规范》取具有95%以上的保证率的屈服强度。钢筋的强度设计值fy：

fy=fyk/γsHPB235级：fyk=235N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N/mm21.1.3.3钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值fyk：《混凝土结构设计规范》取具有95%以elongationstrain：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，在拉断前有足够预兆，延性较好(3)延伸率se只反映钢筋拉断后颈缩局部区域的残余变形，不代表拉断前的平均总变形能力；标距不统一，无法客观比较；?1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标elongationstrain：钢筋拉断时的应变，是反映冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标(4)冷弯性能1.1.3.1反映钢筋力学性能的基本指标冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标(4)冷弯性能1.1a点为比例极限，σ≈0.65σb1.1.4无明显屈服点钢筋的应力-应变关系整个应力-应变关系没有明显的屈服点，达极限抗拉强度σb后很快拉断，延伸率很小，破坏呈脆性设计中取残余应变为0.2%所对应的应力，作为钢筋的强度设计指标，称为“条件屈服强度”。一般取σ0.2=0.85σb条件屈服强度

返回上级目录a点为比例极限，σ≈0.65σb1.1.4无明显屈服点钢1.1.5钢筋的冷拉加工（一）冷拉把有明显屈服点的钢筋应力拉到超过其原来的屈服点，然后放松，使钢筋应力重新恢复到零，钢筋发生了残余变形屈服强度提高塑性降低只能提高钢筋的抗抗屈服点，却不能提高其抗压屈服点1.1.5钢筋的冷拉加工（一）冷拉把有明显屈服点的钢筋应力将钢筋用强力拔过经它本身直径还小的硬质合金拔丝模，钢筋受到纵向拉力和横向压力作用，截面变小长度增长强度提高较多塑性降低加热后其力学性能将发生变化返回上级目录1.5钢筋的冷拉加工（二）冷拔将钢筋用强力拔过经它本身直径还小的硬质合金拔丝模，钢筋受到纵返回上级目录1.1.6钢筋的选用原则宜优先选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢筋非预应力钢筋：宜优先选HRB400和HRB335，也可用HPB235和RRB400预应力钢筋：宜优先选用预应力钢绞线、中高强钢丝也可采用热处理钢筋返回上级目录1.1.6钢筋的选用原则宜优先选用强度较高、塑骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础水泥+水Concrete砼的强度及变形随时间、随环境的变化而变化1.2混凝土骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础水泥+水抗压强度高，而抗拉强度却很低

HighCompressiveStrength,butlowerTensilestrength破坏时具有明显的脆性性质(Brittle)

FcFt=(1/8~1/20)Fc1.2混凝土混凝土：抗压强度高，而抗拉强度却很低破坏时具有明显的脆性性质(Br混凝土强度等级（StrengthGrade）

是用抗压强度

(CompressiveStrength)来划分的抗压强度是混凝土力学性能中最基本的指标1.2.1混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土强度混凝土强度等级1.2.1混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝C30：fcu,k=30N/mm2

混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下(20±3℃，≥90%湿度)养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(CubeStrength)，用符号C表示。(一)强度等级的定义1.2.1混凝土的强度C30：fcu,k=30N/mm2混凝土强度等级：边长15《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80C50以上为高强混凝土1.2.1混凝土的强度《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级(二)轴心抗压强度轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。hb棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4通常取150mm×150mm×450mm也常用100×100×300试件1.2.1混凝土的强度AxialCompressiveStrength(二)轴心抗压强度轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号f棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系《规范》规定：小于C50级的混凝土取k=0.76，C80级混凝土取k=0.82其间按线性插值对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。1.2.1混凝土的强度棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系《规范》规定：小于C(三)轴心抗拉强度AxialTensileStrength也是基本力学性能，用符号

ft表示。混凝土构件的开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。1.2.1混凝土的强度(三)轴心抗拉强度AxialTensileStreng劈拉试验PaP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度(SplittingStrength)1.2.1混凝土的强度劈拉试验PaP拉压压由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方1.2.2混凝土破坏机理fc<fcu

?>UnderstandingFailureMechanism1.2.2混凝土破坏机理fc<fcu?>Unders02468102030s(MPa)e×10-3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，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝Micro-fissure，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缝的发展造成的。BACED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3混凝土在结硬02468102030s(MPa)e×10-3AA点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土主要产生弹性变形,普通强度混凝土sA约为

(0.3~0.4)fcBCED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3AA点以前，02468102030s(MPa)e×10-3BAA点以后，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，应变增长开始加快，应力-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Expansion。但该阶段微裂缝的发展是稳定的CED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BAA点以后02468102030s(MPa)e×10-3BA达到B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，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展，并最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fcCED1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BA达到B点02468102030s(MPa)e×10-3BACED达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变

e0，约为0.002。纵向应变发展达到B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1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED达02468102030s(MPa)e×10-3BACED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1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED随02468102030s(MPa)e×10-3BACED混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破坏，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e=(2~3)e0，应力s=(0.4~0.6)fc。1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED混02468102030s(MPa)e×10-3BACEDE点以后，纵向裂缝形成一斜向破坏面，此破坏面受正应力和剪应力的作用继续扩展，形成一破坏带。此时试件的强度由斜向破坏面上的骨料间的摩阻力提供。1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACEDE02468102030s(MPa)e×10-3BACED随应变继续发展，摩阻力和粘结力不断下降，但即使在很大的应变下，骨料间仍有一定摩阻力，残余强度约为(0.1~0.4)fc。1.2.2混凝土破坏机理02468102030s(MPa)e×10-3BACED随由混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大，并最终导致破坏。对横向变形加以约束(LateralConfinement)，就可以限制微裂缝的发展，从而可提高混凝土的抗压强度。不涂润滑剂涂润滑剂>≈立方体试件受约束范围大，而棱柱体试件中部未受约束，因此造成了不同受压试件强度的差别和破坏形态的不同。1.2.2混凝土破坏机理由混凝土的破坏机理可知，微裂缝的发展导致横向变形的增大，并螺旋箍筋约束混凝土通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压强度。采用配置螺旋箍筋形成所谓“约束混凝土”，可显著提高混凝土的抗压强度，并且可以提高混凝土变形能力。1.2.2混凝土破坏机理螺旋箍筋约束混凝土通过约束混凝土的横向变形来提高混凝土的抗压“约束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在工程中许多地方都有应用，如螺旋箍筋柱、后张法预应力锚具下局部受压区域配置的钢筋网或螺旋筋等。钢管混凝土(ConcreteFilledSteelTube)对内部混凝土的约束效果更好，因此近年来在我国工程中得到许多应用。约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝土的变形能力(DeformationCapacity)，这一点对于抗震结构非常重要。在抗震结构对于可能出现塑性铰的区域，均要求加密箍筋配置来提高构件的变形能力，达到坏而不倒的目的。1.2.2混凝土破坏机理“约束混凝土(ConfinedConcrete)”的概念在1.2.2混凝土破坏机理1.2.2混凝土破坏机理1.2.3混凝土的变形DeformationofConcrete

一次短期加荷时的变形

受力变形

重复荷载作用下的变形

长期荷载作用下的变形

混凝土的变形

混凝土的收缩变形

体积变形

混凝土的膨胀变形

1.2.3混凝土的变形DeformationofCon除了混凝土的力学性能外，混凝土还有哪些性能对结构会有不利影响？1.2.4混凝土的收缩和徐变除了混凝土的力学性能外，混凝土还有哪些性能对结构会有不利影响混凝土的收缩和徐变ShrinkageandCreep收缩和徐变的原因CausesofShrinkageandCreep对混凝土结构的影响AffectiononRCstructure影响收缩和徐变的因素InfluencefactorsonShrinkageandCreep收缩和徐变的表现ExpressionofShrinkageandCreep1.2.4混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变收缩和徐变的原因CausesofShr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