2钢筋和混凝土材料的力学性能-2015

会计学12钢筋和混凝土材料的力学性能——2015钢筋混凝土结构的优缺点？钢筋和混凝土共同工作（worktogether）的原因？素混凝土梁与钢筋混凝土梁的受力特点？回顾

CH1.绪论（Introduction）CH1.绪论第1页/共38页PPPP素混凝土梁一裂即坏，破坏突然，承载力低，材料强度未能充分利用。钢筋混凝土梁裂后不坏，破坏前有预兆，承载力高，材料强度充分利用。在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋，可以收到如下效果：①结构的承载能力有很大的提高；②结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有明显的预兆，即：变形和裂缝都较明显）。1.1混凝土结构的概念和特点总结CH1.绪论第2页/共38页PP钢筋（加筋）+混凝土钢筋混凝土结构（构件）拉压性能均好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）----各尽其能，相得益彰1.1混凝土结构的概念和特点CH1.绪论第3页/共38页*两者之间通过界面粘结力可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形；粘结力是两种材料共同工作的基础。*两者的温度线膨胀系数接近，混凝土:(1.0~1.5)×10-5，钢筋:1.2×10-5

；避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力。PP混凝土包裹在钢筋的外部，对钢筋起到保护作用。1.1混凝土结构的概念和特点钢筋和混凝土共同工作的原因CH1.绪论第4页/共38页2023/1/16CH2

MECHANICALPROPERTIESOFMATERIALS第5页/共38页本章内容（content）CH2.MechanicalPropertiesofMaterials2.1钢筋的基本性能(basicperformanceofsteelbar)。2.2混凝土的基本性能(basicperformanceofconcrete)。2.3钢筋与混凝土的粘结（bondbetweensteelbarandconcrete）。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能第6页/共38页AbstractofthechapterThischapterdiscussedthemechanicalpropertiesofmaterials(steelbarandconcrete)ofRCstructure,youshouldmasterthemechanicalpropertiesofsteelreinforcementandconcreteandunderstandthebondbetweensteelreinforcementandconcrete.CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能第7页/共38页本章重点(Emphasis)熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（thevariety，level，performanceandselectionprincipleofrebar）；

熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能（strengthanddeformationofconcreteundervariousloads)及其选用原则；

了解钢筋与混凝土的粘结性能(bondbetweensteelbarandconcrete)。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能CH2.MechanicalPropertiesofMaterials第8页/共38页定义（definition）

在混凝土结构中采用的棒状、丝状钢材。2.1PerformanceofSteelBarThesteelbarorwireusedinconcretestructure.CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能第9页/共38页按化学成分(Chemicalcomposition)碳素钢CarbonSteel

（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢LowAlloyedSteel

（加入硅、锰、钛、钒、铬等）锰系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系1钢筋的分类(classificationofsteelbar)含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性等变差合金元素含量<3%硫、磷是有害元素，应严格控制其含量。提高强度，改善塑性。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第10页/共38页按表面形状光圆钢筋

plainbar变形钢筋（ribbedbar)deformedbar硬钢(hardsteel):无明显屈服点钢筋按力学性能软钢(mildsteel):有明显屈服点钢筋按使用用途热轧钢筋(hotrolledsteelbar)预应力钢筋(prestressedreinforcement)螺旋纹人字纹月牙纹1钢筋的分类(classificationofsteelbar)CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第11页/共38页CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar光圆钢筋月牙纹钢筋热轧钢筋（普通钢筋(hotrolledsteelbar)第12页/共38页强度等级代号d/mm符号fyk(ftk)/MPaHPB3006~22300(420)HRB335HRBF3356~50335(455)HRB400HRBF400RRB4006~50400(540)HRB500HRBF5006~50500(630)附表1热轧钢筋的种类、直径范围、符号、强度标准值注：第一个字母H（hotrolled）表示热轧，R(Remainedheattreated)表示为余热处理；第二个字母P(Plain)表示光圆，R(ribbed)表示带肋；第三个字母B（Bar）代表钢筋；第四个字母F（FineGrains）代表细晶粒；数字表示屈服强度标准值。

CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第13页/共38页

细晶粒热轧带肋钢筋

细晶粒热轧带肋钢筋是我国冶金行业研究开发的新型热轧钢筋，这种钢筋生产过程中不需添加或只需添加很少的钒、钛等合金元素，通过控轧和控冷工艺形成超细组织（金属晶粒越细小，材料强度、硬度越高，塑性、韧性也越大），细晶粒热轧带肋钢筋代替我国目前大量使用的低合金热轧钢筋可节约国家宝贵的钒、钛等合金元素资源，降低钢筋价格，社会效益和经济效益均十分显著。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第14页/共38页

钢厂提供的钢筋直径为6mm，8mm，（8.2mm），10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm和50mm。其中，d=8.2mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。常用钢筋直径CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar设计时，应在附表1的直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。当采用直径大于40mm的钢筋时，应有可靠的工程经验。第15页/共38页

钢丝、钢绞线Steelwireorstrandedwire

预应力钢筋PrestressedReinforcement5mm、6mm、7mm、8mm、9mm2股、3股、7股抗拉强度最高可达1960MPa预应力钢筋（prestressedreinforcement）光圆钢丝CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能第16页/共38页螺旋肋钢丝刻痕钢丝钢绞线CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能预应力钢筋（prestressedreinforcement）第17页/共38页AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台flowstageCD段为强化段strain-hardeningstage标距有明显流幅的钢筋Mildsteel无明显流幅的钢筋Hardsteel钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同1）钢筋的应力-应变曲线stress-straincurveofsteelbar2StrengthandDeformationofSteelBarO比例极限CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar拉断钢筋颈缩比例极限0.2abc第18页/共38页AB’BCDE2）强度指标Strengthindex

*有明显流幅的钢筋：在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时，以下屈服点对应的强度作为设计时钢筋强度的取值（fy）。应力-应变曲线两点简化：

A.钢筋应力不大于屈服点时应力-应变关系一直服从胡克定律，即处于理想弹性阶段；

B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力。钢筋的极限强度作为一种安全储备。Ultimatestressfu

RebarwithyieldstepCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBarYieldingstressfy

第19页/共38页*无明显流幅的钢筋：取残余应变为0.2%时所对应的应力作为其强度限值，称为条件屈服强度(Conditionalyieldingstrength)，混凝土规范取0.2＝0.85b，b为极限抗拉强度(ultimatetensilestrength)

。RebarwithoutyieldstepCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar2）强度指标Strengthindex

0.20.2%ab第20页/共38页钢筋加工钢筋拉直钢筋切割钢筋弯折第21页/共38页3）变形指标Indexofdeformation*伸长率（延伸率）elongation

:钢筋拉断后的伸长与原长的比值

为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还应具有一定的塑性变形能力(deformationcapacity)。

伸长率越大，塑性越好。伸长率用δ表示，用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率表示)作伸长率，即伸长率测试CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第22页/共38页*伸长率（延伸率）elongation

:钢筋拉断后的伸长与原长的比值伸长率仅能反映钢筋拉断时残余变形的大小，其中还包含了断口颈缩区域的局部变形。缺陷：1.不同量测标距长度所得结果不一致；2.忽略了钢筋的弹性变形，不能反映钢筋受力时的总体变形能力；3.易产生人为误差。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar伸长率测试3）变形指标Indexofdeformation第23页/共38页*最大力下的总伸长率（均匀伸长率）至少100mm——表示钢筋的变形能力AB’BCDE残余变形最大力下总伸长率弹性变形CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能

反映钢筋的残余变形和弹性变形，量测结果受原始标距影响小，也不产生人为误差。2.1PerformanceofSteelBar3）变形指标Indexofdeformationsb第24页/共38页*冷弯性能Cold-formedcapacity:将直径为d的钢筋绕直径为D的辊轴弯成一定的角度而无裂纹、断裂及起层现象。

为防止在弯折加工时断裂和使用过程中脆断，钢筋还应具有一定的塑性变形能力(deformationcapacity)。弯芯的直径越小，弯转角越大，塑性越好CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar3）变形指标Indexofdeformation第25页/共38页CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第26页/共38页钢筋的力学性能指标Indexofmechanicalpropertiesfyfu--屈服强度---极限抗拉强度fy/fu---屈强比强度储备塑性指标（延伸率elongation）冷弯性能强度指标strengthIndexPlasticityindexcold-formedcapacityultimatetensilestrengthyieldingstrength均匀伸长率CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar小结第27页/共38页热轧钢筋低合金钢筋冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭冷加工钢筋强度提高,塑性降低colddrawing,cold-rolled,cold-rolledandtwistedColdDrawnSteelBarsImprovingstrengthReducingdeformationcapacityHot-RolledSteelBar

LowAlloyedSteel3钢筋的冷加工（coldworkingsteel）CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第28页/共38页冷拉ColdDrawnBKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制特性：只提高抗拉屈服强度，抗压强度降低，塑性下降。不宜作受压钢筋Thetensilestrengthismuchincreased,butthematerialbecomesverybrittle.3钢筋的冷加工（coldworkingsteel）温度影响：温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态，工程中应先焊后拉。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第29页/共38页冷拔（colddrawing）经过冷拔后钢筋强度提高，塑性降低，没有明显的屈服点和流幅。特点：既能提高抗拉强度又能提高抗压强度。Itnotonlycanimprovethetensilestrengthandcanimprovethecompressivestrength.冷拔CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar硬质合金拔丝模第30页/共38页冷轧带肋钢筋ColdRolledRibbedBars

以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。冷轧扭钢筋ColdRolled-TwistedSteel

以热轧光面钢筋为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第31页/共38页冷轧扭钢筋CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第32页/共38页强度要求：保证经济性。屈服强度和极限强度，还要求有适当的的屈强比。塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求。可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。与混凝土的粘结性：