鋼筋混凝土材料的主要力學(xué)性能(1)ppt課件

1、第1章 鋼筋混凝土資料的主要力學(xué)性能 混凝土構(gòu)造資料 主要力學(xué)性能主要力學(xué)性能混凝土混凝土鋼筋鋼筋強(qiáng)度和變形強(qiáng)度和變形 第一節(jié)第一節(jié) 混凝土的主要力學(xué)性能混凝土的主要力學(xué)性能一混凝土的強(qiáng)度一混凝土的強(qiáng)度 荷載的性質(zhì)和受力條件不同，使混凝土具有荷載的性質(zhì)和受力條件不同，使混凝土具有不同的強(qiáng)度不同的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度單向應(yīng)力形狀下的強(qiáng)度單向應(yīng)力形狀下的強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度復(fù)合應(yīng)力形狀下的強(qiáng)度復(fù)合應(yīng)力形狀下的強(qiáng)度 雙向受力強(qiáng)度雙向受力強(qiáng)度 三向受壓強(qiáng)度三向受壓強(qiáng)度1混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級2/N mmcuf,cu kf規(guī)范實(shí)驗(yàn)條件 規(guī)范方法

2、制造邊長150mm立方體, (203) 濕度90%以上 28天齡期 用規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法測立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值： 95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度值。用途：力學(xué)性能的根本代表值，混凝土強(qiáng)度等級劃分根據(jù)。強(qiáng)度等級：按立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值分為14級，“C+規(guī)范值 ,cu kf常用等級：C15，C20，C25，C30，C35， C40，C45，C50，C55， C60，C65，C70，C75， C80混凝土強(qiáng)度等級：l例如例如 C20, 表示表示 l 2,20/cu kfN mm,1500.95100cu kcu kff當(dāng)邊長不是150mm時(shí)，可經(jīng)過尺寸效應(yīng)換算系數(shù)換算成規(guī)范試塊的強(qiáng)度。規(guī)范規(guī)定其換算關(guān)系為：

3、,1501.05200cu kcu kff混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)破壞照片 影響立方體抗壓強(qiáng)度的要素：影響立方體抗壓強(qiáng)度的要素：1實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法： 分為涂光滑劑和不涂光滑劑。分為涂光滑劑和不涂光滑劑。通常試塊與實(shí)驗(yàn)機(jī)墊板之間存在摩擦，這種摩擦通常試塊與實(shí)驗(yàn)機(jī)墊板之間存在摩擦，這種摩擦對試塊有對試塊有“套箍作用套箍作用引起抗壓強(qiáng)度提高。引起抗壓強(qiáng)度提高。假設(shè)涂光滑劑，摩擦力大大減小，橫向不受約束，假設(shè)涂光滑劑，摩擦力大大減小，橫向不受約束，強(qiáng)度不提高。強(qiáng)度不提高。 留意：我國規(guī)定的規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法是不涂光滑劑留意：我國規(guī)定的規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法是不涂光滑劑的。的。2試件尺寸：尺寸越小，

4、強(qiáng)度越高。試件尺寸：尺寸越小，強(qiáng)度越高。3加載速度：速度越快，強(qiáng)度越高。加載速度：速度越快，強(qiáng)度越高。4混凝土齡期：隨齡期的增長而提高。混凝土齡期：隨齡期的增長而提高。2 2混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度 l 用規(guī)范棱柱體試件150mm 150mm 300 mm采用規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法與立方體一樣測定的混凝土抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度。l 普通以為當(dāng) h / b = 24 時(shí)，可以消除摩擦力的影響，中間為純壓形狀，接近實(shí)踐情況。ckfcfl 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析， l給出軸心抗壓強(qiáng)度規(guī)范值與立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值的關(guān)系按下式確定：l l 棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，C50以下取 l 0.76， C80取0

5、.82。l 高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，C40及以l 下，取1.0，C80取0.87。l 0.88思索實(shí)踐構(gòu)件與試件混凝土之間的差別而取的折減系數(shù)。92. 070. 0/,kcuckff12,0.88ckcccu kff 12l小貼示：在以后計(jì)算受彎構(gòu)件，軸心受壓小貼示：在以后計(jì)算受彎構(gòu)件，軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力時(shí)，構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力時(shí)，都是以都是以 作為強(qiáng)度計(jì)算目的的。作為強(qiáng)度計(jì)算目的的。cf3混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度 l 普通只為抗壓強(qiáng)度的 1/18 1/9。l 軸心抗拉強(qiáng)度可由實(shí)驗(yàn)直接測得 l 軸心受拉實(shí)驗(yàn)直接 l 劈裂實(shí)驗(yàn) 間接tftkfl 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，給出

6、軸心抗拉強(qiáng)度規(guī)范值與立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值的關(guān)系l l留意：混凝土強(qiáng)度越高， 與 的比值越小。0.5520.88 0.395tcufftfcufl小貼示：在以后實(shí)踐計(jì)算時(shí)， ， 不用上式計(jì)算，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級一定時(shí)，直接查表，見附錄。tfcf4、復(fù)合應(yīng)力形狀下的混凝土的強(qiáng)度l實(shí)踐上混凝土構(gòu)件都處于復(fù)合應(yīng)力形狀，實(shí)踐上混凝土構(gòu)件都處于復(fù)合應(yīng)力形狀，l 梁既受梁既受M又受又受V，柱同時(shí)受，柱同時(shí)受M、N、V，所，所以以l 需研討復(fù)合應(yīng)力形狀下混凝土的強(qiáng)度。需研討復(fù)合應(yīng)力形狀下混凝土的強(qiáng)度。1 1混凝土的雙向受力強(qiáng)度正應(yīng)力混凝土的雙向受力強(qiáng)度正應(yīng)力雙向受拉：雙向受拉： 、 相互影響不大，相互影響不大，

7、雙向受拉雙向受拉 強(qiáng)度接近于單向受強(qiáng)度接近于單向受拉強(qiáng)度。拉強(qiáng)度。雙向受壓：雙向受壓： 一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的添一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的添加加 而添加，雙向受而添加，雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓壓強(qiáng)度比單向受壓 強(qiáng)度最多可提高強(qiáng)度最多可提高27% 27% 。一向受壓、一向受拉：一向受壓、一向受拉： 雙向異號應(yīng)力使單向雙向異號應(yīng)力使單向 受受壓或受拉強(qiáng)度降低。壓或受拉強(qiáng)度降低。 122 2在法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合下的混凝在法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合下的混凝土強(qiáng)度土強(qiáng)度l“拉剪形狀拉剪形狀 壓應(yīng)力低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)壓應(yīng)力低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大，當(dāng)壓應(yīng)力超越力的增大而增大，當(dāng)壓應(yīng)力超越 時(shí)，抗時(shí)，

8、抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。l也就是說：由于剪應(yīng)力存在，混凝土的抗壓強(qiáng)也就是說：由于剪應(yīng)力存在，混凝土的抗壓強(qiáng)度低于單向抗壓強(qiáng)度。度低于單向抗壓強(qiáng)度。l“壓剪形狀壓剪形狀 抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力增大而減小?？辜魪?qiáng)度隨拉應(yīng)力增大而減小。l也就是說：由于剪應(yīng)力存在，混凝土的抗拉強(qiáng)也就是說：由于剪應(yīng)力存在，混凝土的抗拉強(qiáng)度降低。度降低。 6 . 0cf3 3混凝土的三向受壓強(qiáng)度混凝土的三向受壓強(qiáng)度l 混凝土在三向受壓時(shí)，由于側(cè)向壓應(yīng)力的約束作用，最大的主壓應(yīng)力軸的抗壓強(qiáng)度大大增大。l實(shí)驗(yàn)閱歷公式：l實(shí)踐工程中，配有螺旋鋼箍柱、鋼管混凝土柱等都是利用此性質(zhì)，強(qiáng)度、延性大大提高l

9、“套箍作用Lcccfff0 . 75 . 4二二. . 混凝土的變形混凝土的變形混凝土的變形分為混凝土的變形分為: 一次短期加載下的變一次短期加載下的變形形 1. 混凝土的受力變形混凝土的受力變形 荷載長期作用下荷載長期作用下的變形的變形 反復(fù)荷載作反復(fù)荷載作用下的變形用下的變形 2. 混凝土的體積變形混凝土的體積變形 收縮、膨脹、溫度收縮、膨脹、溫度變化變化 1. 1. 一次短期加載下混凝土的變形性能一次短期加載下混凝土的變形性能1混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線經(jīng)過應(yīng)力經(jīng)過應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以了解混凝土各階應(yīng)變曲線，可以了解混凝土各階段的強(qiáng)度和變形段的強(qiáng)度和變形 采用棱柱

10、體試件測定混凝土受壓時(shí)應(yīng)力采用棱柱體試件測定混凝土受壓時(shí)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變變?nèi)€，包括：上升段和下降段全曲線，包括：上升段和下降段上升段上升段OC:a加載到加載到 ，接近直線，混凝土處于彈，接近直線，混凝土處于彈性階段；性階段； A點(diǎn)點(diǎn)比例極限。比例極限。b加載加載 ，圖形逐漸彎曲，混凝土，圖形逐漸彎曲，混凝土呈現(xiàn)出彈塑性性質(zhì)，呈現(xiàn)出彈塑性性質(zhì)，E不是常數(shù)；不是常數(shù)； B點(diǎn)點(diǎn)混凝土長期抗壓強(qiáng)度的取值根據(jù)?；炷灵L期抗壓強(qiáng)度的取值根據(jù)。c加載至峰點(diǎn)加載至峰點(diǎn)C，應(yīng)變增大，圖形更彎曲。，應(yīng)變增大，圖形更彎曲。 C點(diǎn)點(diǎn)混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度 ， 對應(yīng)的應(yīng)變對應(yīng)的應(yīng)變 。下降段下降段CE:

11、 緩慢卸荷，裂痕繼續(xù)擴(kuò)展、貫緩慢卸荷，裂痕繼續(xù)擴(kuò)展、貫 通，變形增大。通，變形增大。 收斂點(diǎn)收斂點(diǎn)E應(yīng)變應(yīng)變cf4 . 03 . 0ccff8 . 04 . 03 . 0cf002. 00max0.003 0.004 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1混凝土的應(yīng)力應(yīng)變圖形是一曲線，闡明混凝混凝土的應(yīng)力應(yīng)變圖形是一曲線，闡明混凝土是一種彈塑性資料，只需壓應(yīng)力很小時(shí)，才土是一種彈塑性資料，只需壓應(yīng)力很小時(shí)，才可視為彈性資料?？梢暈閺椥再Y料。2混凝土強(qiáng)度對應(yīng)力應(yīng)變曲線下降段有較大影混凝土強(qiáng)度對應(yīng)力應(yīng)變曲線下降段有較大影響，混凝土強(qiáng)度高，應(yīng)力下降快，延性越差；響，混凝土強(qiáng)度高，應(yīng)力下降快，延性越差；強(qiáng)度低，下降段越平緩，

12、延性好。強(qiáng)度低，下降段越平緩，延性好。 經(jīng)過上述受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，獲得混凝土的變形性能目的 2混凝土的彈性模量、變形模量 是一曲線，非線性，E是變量不是常數(shù)。a彈性模量：過 曲線上的原點(diǎn)作曲線的切線，該切線的斜率為彈性模量原點(diǎn)彈性模量規(guī)定采用反復(fù)加荷的方法確定 對規(guī)范棱柱體試件 ，取 反復(fù)加荷、卸載5至10次，隨加載次數(shù)添加， 接近直線，該直線斜率即為彈性模量 。0tgEccE3300150150mmcf5 . 0 據(jù)實(shí)驗(yàn)值的統(tǒng)計(jì)分析，得出 與 的關(guān)系式： kN/mm2實(shí)踐設(shè)計(jì)時(shí)， 可以根據(jù)混凝土等級查表。 小貼士：只需在應(yīng)力很小時(shí)，才干用 ，混凝土進(jìn)入彈塑性形狀，要用變形模量或切線模量來表示

13、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。cEkcuf,2,1034.72.2ccu kEfcEcEb b變形模量割線模量彈塑性模量變形模量割線模量彈塑性模量 銜接原點(diǎn)至曲線上任一點(diǎn)處割線的斜率為銜接原點(diǎn)至曲線上任一點(diǎn)處割線的斜率為該點(diǎn)的變形模量該點(diǎn)的變形模量 變量，各點(diǎn)不同變量，各點(diǎn)不同 c c切線模量切線模量 過某一應(yīng)力過某一應(yīng)力 作曲線切線，其斜率為作曲線切線，其斜率為 規(guī)律：規(guī)律： 隨荷載增大，隨荷載增大， 和和 不斷減小。不斷減小。 3 3混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 與受壓時(shí)類似與受壓時(shí)類似上升段、下降段上升段、下降段 但其應(yīng)力、應(yīng)變峰值小的多，但其應(yīng)力、應(yīng)變峰值小的多，cE1

14、tgEcc cE cEcE0001. 0u彈性模量彈性模量0tgEc變形模量變形模量1tgEc切線模量切線模量tgEc 混凝土在長期荷載下，壓應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)混凝土在長期荷載下，壓應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間而增長的景象間而增長的景象 徐變徐變徐變景象：在荷載長期作用下，變形將隨時(shí)間徐變景象：在荷載長期作用下，變形將隨時(shí)間而添加；而添加；徐變緣由：凝膠體的粘性流動(dòng)，內(nèi)部微裂痕不徐變緣由：凝膠體的粘性流動(dòng)，內(nèi)部微裂痕不斷產(chǎn)生和開展等斷產(chǎn)生和開展等徐變影響：導(dǎo)致變形增大，應(yīng)力重分布和內(nèi)力徐變影響：導(dǎo)致變形增大，應(yīng)力重分布和內(nèi)力分布等。分布等。 2. 荷載長期作用下混凝土的變形性能荷載長期作用下混凝土的變

15、形性能徐變的特點(diǎn)：徐變的特點(diǎn)：a與時(shí)間有關(guān)：開場添加快，以后慢，六個(gè)月完成大部分，與時(shí)間有關(guān)：開場添加快，以后慢，六個(gè)月完成大部分，12年后穩(wěn)定年后穩(wěn)定.徐變應(yīng)變約徐變應(yīng)變約為瞬時(shí)應(yīng)變的為瞬時(shí)應(yīng)變的14倍倍b與應(yīng)力大小有關(guān)：與應(yīng)力大小有關(guān)： 當(dāng)應(yīng)力較小當(dāng)應(yīng)力較小 時(shí)，徐變大致與應(yīng)力成正比時(shí)，徐變大致與應(yīng)力成正比線性徐變。線性徐變。 當(dāng)應(yīng)力較大時(shí)當(dāng)應(yīng)力較大時(shí) ，徐變增長大于應(yīng)力增長，徐變增長大于應(yīng)力增長非線性徐變。非線性徐變。 當(dāng)應(yīng)力過高當(dāng)應(yīng)力過高 時(shí)，徐變急劇增大，不收斂，試件破壞時(shí)，徐變急劇增大，不收斂，試件破壞 所以普通取所以普通取 為混凝土的長期極限強(qiáng)度。為混凝土的長期極限強(qiáng)度。cf 5

16、 . 0cf5 . 0cf8.0ccff8 . 075. 0c c與混凝土的齡期有關(guān)：與混凝土的齡期有關(guān)： 加載時(shí)混凝土的齡期越早，徐變越大加載時(shí)混凝土的齡期越早，徐變越大d d與混凝土的組成成分有關(guān)：與混凝土的組成成分有關(guān)： 水泥用量越多或水灰比越大，徐變越大。骨料質(zhì)量水泥用量越多或水灰比越大，徐變越大。骨料質(zhì)量好，徐變越小。好，徐變越小。e e與混凝土養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)：與混凝土養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)： 養(yǎng)護(hù)溫度高，濕度大，徐變越小；養(yǎng)護(hù)溫度高，濕度大，徐變越?。?受力后環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。受力后環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。f f與構(gòu)件外形、尺寸有關(guān)：與構(gòu)件外形、尺寸有關(guān)： 體表比大，

17、徐變小。體表比大，徐變小。影響徐變的要素歸納為三個(gè)方面：影響徐變的要素歸納為三個(gè)方面： 內(nèi)在要素、環(huán)境要素、應(yīng)力要素。內(nèi)在要素、環(huán)境要素、應(yīng)力要素。卸載時(shí)變形恢復(fù)卸載時(shí)變形恢復(fù): 瞬時(shí)彈性恢復(fù)、彈性后效，永久應(yīng)變瞬時(shí)彈性恢復(fù)、彈性后效，永久應(yīng)變減小徐變的措施：減小徐變的措施：1選用優(yōu)質(zhì)骨料、優(yōu)質(zhì)水泥，減小水泥用量和水選用優(yōu)質(zhì)骨料、優(yōu)質(zhì)水泥，減小水泥用量和水灰比?；冶?。2加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，盡量搗實(shí)，堅(jiān)持溫度、濕度。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，盡量搗實(shí)，堅(jiān)持溫度、濕度。3適當(dāng)控制混凝土齡期。適當(dāng)控制混凝土齡期。3. 3. 反復(fù)荷載作用下混凝土的變形反復(fù)荷載作用下混凝土的變形 在荷載反復(fù)作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形有很在荷載反

18、復(fù)作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形有很大大變化，混凝土在荷載反復(fù)作用下引起的破壞稱為變化，混凝土在荷載反復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞破壞。 容易出現(xiàn)疲勞破壞的構(gòu)件：容易出現(xiàn)疲勞破壞的構(gòu)件： 吊車梁、鋼筋混凝土道橋、港口海岸的混凝土吊車梁、鋼筋混凝土道橋、港口海岸的混凝土構(gòu)造等。構(gòu)造等。疲勞抗壓強(qiáng)度：混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞實(shí)驗(yàn)測疲勞抗壓強(qiáng)度：混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞實(shí)驗(yàn)測定。疲勞實(shí)驗(yàn)采用定。疲勞實(shí)驗(yàn)采用100mm100mm300mm或或150mm150mm450mm的棱柱體，把能使棱的棱柱體，把能使棱柱體試件接受柱體試件接受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱

19、為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。一次反復(fù)加載下加載：隨應(yīng)力添加應(yīng)變添加卸載：不反復(fù)加載軌跡，有彈性后效和剩余變形 多次反復(fù)加載下峰值小于疲勞強(qiáng)度：每循環(huán)成環(huán)，面積逐漸減少，至直線；峰值大于疲勞強(qiáng)度：開場與小應(yīng)力的類似； 成直線后，凸凹方向改動(dòng)，斜率降低，裂痕和變形嚴(yán)重混凝土疲勞破壞：因荷載反復(fù)作用而引起的破壞混凝土疲勞強(qiáng)度：疲勞破壞需求反復(fù)荷載的最小應(yīng)力峰值 疲勞抗壓強(qiáng)度與應(yīng)力變化幅度有關(guān)：疲勞抗壓強(qiáng)度與應(yīng)力變化幅度有關(guān)：式中：式中： ， 表示截面同一纖維上的混表示截面同一纖維上的混凝土最小應(yīng)力和最大應(yīng)力。凝土最小應(yīng)力和最大應(yīng)力。fcfcfcmax,min,f

20、c min,fc max,4.4.混凝土的收縮和膨脹體積變形混凝土的收縮和膨脹體積變形 混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的景象混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的景象 收縮收縮 混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積增大的景象混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積增大的景象 膨脹膨脹 膨脹值遠(yuǎn)小于收縮值，普通不思索。膨脹值遠(yuǎn)小于收縮值，普通不思索。收縮與時(shí)間有關(guān)，半年完成收縮與時(shí)間有關(guān)，半年完成 80 809090。當(dāng)這種自發(fā)的變形遭到外部支座或內(nèi)部鋼筋的當(dāng)這種自發(fā)的變形遭到外部支座或內(nèi)部鋼筋的約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)的開

21、裂?；炷潦湛s會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。力損失。混凝土收縮在鋼筋混凝土構(gòu)造中會(huì)產(chǎn)生不利影響混凝土收縮在鋼筋混凝土構(gòu)造中會(huì)產(chǎn)生不利影響 開裂開裂第二節(jié)第二節(jié) 鋼筋的主要力學(xué)性能鋼筋的主要力學(xué)性能一、鋼筋的種類和級別一、鋼筋的種類和級別 一鋼筋的種類分類一鋼筋的種類分類按化學(xué)成分分類：按化學(xué)成分分類： 低碳鋼低碳鋼 碳素鋼碳素鋼 中碳鋼中碳鋼 隨含碳量添加，鋼筋強(qiáng)度提高，隨含碳量添加，鋼筋強(qiáng)度提高， 高碳鋼高碳鋼 塑性性能降低。塑性性能降低。 普通低合金鋼：除碳素鋼已有的成分外，再參與少量的普通低合金鋼：除碳素鋼已有的成分外，再參與少量的 硅、錳、鈦、釩等合金元素。硅、錳、鈦、釩等合金元

22、素。 強(qiáng)度顯著提高，塑性性能也好。強(qiáng)度顯著提高，塑性性能也好。 按外形分類按外形分類 光面鋼筋光面鋼筋外表光滑，與混凝土粘結(jié)力差。外表光滑，與混凝土粘結(jié)力差。 變形鋼筋變形鋼筋外表帶肋，螺旋紋、人字紋、外表帶肋，螺旋紋、人字紋、 月牙紋，月牙紋， 與混凝土粘結(jié)力高。與混凝土粘結(jié)力高。 熱軋鋼筋熱軋鋼筋 用于鋼筋混凝土構(gòu)造用于鋼筋混凝土構(gòu)造按消費(fèi)工藝分類按消費(fèi)工藝分類 預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線、熱處置鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線、熱處置鋼筋 用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造 冷加工鋼筋冷加工鋼筋 用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造 三種鋼筋的消費(fèi)工藝不同，見三種鋼筋的消費(fèi)工藝不同，見P22P2

23、2 二鋼筋的級別二鋼筋的級別 1、熱軋鋼筋：由普通低碳碳素鋼、低合金鋼、熱軋鋼筋：由普通低碳碳素鋼、低合金鋼軋制而成軋制而成軟鋼軟鋼 性能：隨著鋼筋級別的添加，強(qiáng)度提高，塑性降低。性能：隨著鋼筋級別的添加，強(qiáng)度提高，塑性降低。 三鋼筋的冷加工對鋼筋進(jìn)展冷加工，可以提高強(qiáng)度1.冷拉 對熱軋鋼筋進(jìn)展張拉，張拉應(yīng)力超越原屈服點(diǎn)，然后放松，再張拉，屈服強(qiáng)度提高了，但塑性降低。伸長率降低 2.冷拔 將 光面鋼筋經(jīng)過強(qiáng)力拔過直徑小的鎢合金拔絲?？?，塑性變形后3，4mm鋼絲。 冷拉：提高抗拉強(qiáng)度不宜作受壓鋼筋冷拔：同時(shí)提高抗拉、抗壓強(qiáng)度,冷拉有屈服明顯的屈服臺階，冷拔那么沒有。86D公稱直徑 A3 股鋼絞線

24、量測尺寸鋼絞線圖 2-1 常用鋼筋形式刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲四影響鋼材性能的普通要素四影響鋼材性能的普通要素(1)化學(xué)成分化學(xué)成分碳：提高強(qiáng)度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。碳：提高強(qiáng)度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。錳：提高強(qiáng)度，改善脆性錳：提高強(qiáng)度，改善脆性,但對可焊性和耐銹力不利。但對可焊性和耐銹力不利。硅：提高強(qiáng)度，但含量過高，對塑性可焊性耐銹力不利。硅：提高強(qiáng)度，但含量過高，對塑性可焊性耐銹力不利。硫：高溫時(shí)變脆，降低塑性韌性抗疲勞才干和耐銹才干。硫：高溫時(shí)變脆，降低塑性韌性抗疲勞才干和耐銹才干。磷：提高強(qiáng)度和耐銹力，低溫變脆，降低塑性可焊性等。磷：提高強(qiáng)度和耐銹力，低溫變脆，降低塑

25、性可焊性等。 (2)鋼材缺陷鋼材缺陷偏析偏析:鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的分層：在厚度方向分成多層，各層相互銜接，并不脫離分層：在厚度方向分成多層，各層相互銜接，并不脫離夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等(3)鋼材的硬化時(shí)效硬化：景象：時(shí)間添加，強(qiáng)度提高，塑性下降。 特點(diǎn)：過程很長，反復(fù)荷載和高溫下易產(chǎn)生。冷作硬化：常溫下產(chǎn)生塑性變形后屈服點(diǎn)提高，塑性降低。應(yīng)變時(shí)效：產(chǎn)生塑性變形后，特別是在高溫下，使曾經(jīng)產(chǎn)生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化。(4)溫度 在正常溫

26、度下：根本不隨溫度變化 在高溫度下：溫度升高，強(qiáng)度、彈性模量均有下降趨勢 藍(lán)脆景象：250左右，抗拉強(qiáng)度反而提高， 塑性和韌性下降。 在低溫時(shí)：溫度降低，強(qiáng)度略提高， 塑性等下降，有脆性傾向。 冷脆景象：當(dāng)溫度降低至某一溫度以下時(shí)， 資料變脆。 五構(gòu)造對鋼材的要求五構(gòu)造對鋼材的要求(1)(1)構(gòu)造對鋼材的要求構(gòu)造對鋼材的要求 具有較高的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度；具有較高的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度； 具有良好的塑性和韌性具有良好的塑性和韌性 具有良好的工藝加工性能；具有良好的工藝加工性能； 良好的耐銹蝕才干良好的耐銹蝕才干 與混凝土良好的粘結(jié)力與混凝土良好的粘結(jié)力(2)(2)鋼材的選擇：鋼材的選擇： 構(gòu)造或

27、構(gòu)件的類型及重要性；構(gòu)造或構(gòu)件的類型及重要性； 作用的性質(zhì)靜力和動(dòng)力作用；作用的性質(zhì)靜力和動(dòng)力作用； 銜接方式焊接、鉚接或螺栓銜接；銜接方式焊接、鉚接或螺栓銜接； 任務(wù)環(huán)境溫度和腐蝕等。任務(wù)環(huán)境溫度和腐蝕等。 二、鋼筋的強(qiáng)度和變形經(jīng)過拉伸實(shí)二、鋼筋的強(qiáng)度和變形經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線來闡明驗(yàn)獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線來闡明1 1、應(yīng)力、應(yīng)力應(yīng)變曲線分兩類：應(yīng)變曲線分兩類：有明顯的流幅：熱軋鋼筋軟鋼有明顯的流幅：熱軋鋼筋軟鋼無明顯的流幅：高碳鋼硬鋼預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、無明顯的流幅：高碳鋼硬鋼預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、熱處置鋼筋熱處置鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值根據(jù)：設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值根據(jù)：有明顯流幅鋼筋，取其屈服點(diǎn)強(qiáng)度作

28、為設(shè)計(jì)取值根據(jù)。有明顯流幅鋼筋，取其屈服點(diǎn)強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)取值根據(jù)。無明顯流幅鋼筋，取無明顯流幅鋼筋，取 極限抗拉強(qiáng)度作為條件極限抗拉強(qiáng)度作為條件屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)。屈服階段彈性階段強(qiáng)化階段頸縮簡單應(yīng)力下鋼材的性能 (1)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 曲線方式： 有明顯流幅的： 彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮階段 沒有明顯流幅的： 沒有明顯的屈服階段 曲線簡化：屈服前：完全彈性的；屈服后：完全塑性的。 (2)鋼材的強(qiáng)度目的屈服強(qiáng)度：設(shè)計(jì)時(shí)鋼材允許到達(dá)的最大應(yīng)力 有明顯流幅的鋼材：取屈服點(diǎn)的應(yīng)力； 無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強(qiáng)度。 條件屈服強(qiáng)度：剩余應(yīng)變?yōu)?.2%對應(yīng)的應(yīng)力；或取 極限抗拉強(qiáng)度作為條件屈服點(diǎn)。極限強(qiáng)

29、度：資料能接受的最大應(yīng)力反映平安貯藏屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度/極限強(qiáng)度 (3)鋼材的塑性目的伸長率：拉斷后構(gòu)件伸長率截面收縮率：拉斷后面積減少率 冷彎性能：以冷彎的角度來衡量 b85. 02、復(fù)雜應(yīng)力下鋼材的性能(1)復(fù)雜應(yīng)力形狀下的屈服條件判別方法：用能量實(shí)際建立屈服條件，用折算應(yīng)力判別 當(dāng) 時(shí)，鋼材沒有屈服 當(dāng) 時(shí)，鋼材屈服。折算應(yīng)力 以主應(yīng)力表示： 以應(yīng)力分量表示 yzsfzs213232221)()()(21zs)(3)(222222zxyzxyxzzyyxzyxzsyzsf 分析結(jié)果： 主應(yīng)力同號時(shí)，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 主應(yīng)力異號時(shí)，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。(

30、2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 疲勞破壞特點(diǎn)： 包括裂紋構(gòu)成，緩慢開展和迅速斷裂三個(gè)過程 沒有明顯的變形，脆性破壞 影響要素： 荷載的的性質(zhì)：拉、壓、剪等 應(yīng)力循環(huán)特征：(應(yīng)力比 ) 靜載=1 同號循環(huán)0 脈沖循環(huán)(=0) 異號循環(huán)(0) 完全對稱循環(huán)-1 循環(huán)次數(shù): 應(yīng)力比一定時(shí)， 疲勞強(qiáng)度與荷載的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。 maxmin/疲勞極限：當(dāng)最大應(yīng)力小于某一數(shù)值， 反復(fù)荷載循環(huán)無窮次，資料也不會(huì)破壞。 疲勞曲線(實(shí)驗(yàn)結(jié)果) 循環(huán)N次 包絡(luò)線ABCD簡化疲勞曲線 ABCD的方程 BCD(拉為主) AB(壓為主) 6102Nmin0maxkkp10ma

31、xkp0min第三節(jié) 鋼筋和混凝土的粘結(jié)與錨固一、粘結(jié)的作用和分類一、粘結(jié)的作用和分類 鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，是保證兩者共同任務(wù)鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，是保證兩者共同任務(wù)的前提。的前提。 鋼筋混凝土構(gòu)造受力后，假設(shè)鋼筋和混凝土有相對變鋼筋混凝土構(gòu)造受力后，假設(shè)鋼筋和混凝土有相對變形滑移就會(huì)在其交界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力形滑移就會(huì)在其交界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力 ,這種剪這種剪應(yīng)力應(yīng)力 稱為鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力。稱為鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力。 部分粘結(jié)應(yīng)力部分粘結(jié)應(yīng)力 粘結(jié)應(yīng)力分為：粘結(jié)應(yīng)力分為： 錨固粘結(jié)應(yīng)力錨固粘結(jié)應(yīng)力 鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力表示圖a錨固粘結(jié)應(yīng)力 b裂痕間的部分粘結(jié)應(yīng)力沒有應(yīng)力差的位置

32、沒有粘結(jié)力 部分粘結(jié)應(yīng)力： 發(fā)生在裂痕間。 作用：鋼筋應(yīng)力發(fā)生變化，使相鄰兩個(gè)裂痕之間的 混凝土參與受拉。 其喪失，會(huì)開裂。 錨固粘結(jié)應(yīng)力： 發(fā)生在鋼筋端部支座內(nèi)。 作用：鋼筋需有一定錨固長度，以積累足夠的粘 結(jié)力，到達(dá)需求的拉力。否那么，發(fā)生錨固 破壞。鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用作用：保證力的相互傳送，是共同任務(wù)的根本條件作用：保證力的相互傳送，是共同任務(wù)的根本條件 單元分析：單元分析：假設(shè)：一端力假設(shè)：一端力T T，另端為，另端為T+dTT+dT根據(jù)平衡條件：根據(jù)平衡條件：分析結(jié)果分析結(jié)果 應(yīng)力變化大，粘結(jié)力大，變化小，粘結(jié)小應(yīng)力變化大

33、，粘結(jié)力大，變化小，粘結(jié)小當(dāng)鋼筋應(yīng)力沒有變化時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力等于零當(dāng)鋼筋應(yīng)力沒有變化時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力等于零 dxdAdxdTss有關(guān)的設(shè)計(jì)問題鋼筋端部的錨固裂痕間應(yīng)力的傳送裂痕截面：拉力為零分開一段間隔：混凝土有拉力 兩條裂痕中間：混凝土拉力最大 鋼筋的根本錨固長度 鋼筋的根本錨固長度取決于鋼筋的強(qiáng)度及混凝土抗拉強(qiáng)度，并與鋼筋的外形有關(guān)。規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的根本錨固長度，其計(jì)算公式為：dfflty二、粘結(jié)力的組成二、粘結(jié)力的組成1鋼筋和混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力鋼筋和混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力化學(xué)膠結(jié)力化學(xué)膠結(jié)力2混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力

34、摩摩阻力阻力3鋼筋外表凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械鋼筋外表凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬協(xié)作用力咬協(xié)作用力機(jī)械咬合力機(jī)械咬合力 光圓鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力。光圓鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力。 變形鋼筋粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合力。變形鋼筋粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合力。三、影響粘結(jié)強(qiáng)度的要素三、影響粘結(jié)強(qiáng)度的要素 平均粘結(jié)應(yīng)力平均粘結(jié)應(yīng)力 式中：式中：N為鋼筋的拉力，為鋼筋的拉力，d為鋼筋的直徑，為鋼筋的直徑，l為粘結(jié)長度。為粘結(jié)長度。 影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要要素：影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要要素：1混凝土強(qiáng)度等級：粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土的抗拉強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度等級：粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土的抗拉強(qiáng)度 大致成比例。大

35、致成比例。2維護(hù)層厚度及鋼筋凈間距：越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。維護(hù)層厚度及鋼筋凈間距：越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。3橫向鋼筋箍筋及側(cè)向壓應(yīng)力：可以限制裂痕的橫向鋼筋箍筋及側(cè)向壓應(yīng)力：可以限制裂痕的開展、提高粘結(jié)強(qiáng)度。開展、提高粘結(jié)強(qiáng)度。4澆注位置。澆注位置。dlNtf四、保證鋼筋和混凝土粘結(jié)力的措施四、保證鋼筋和混凝土粘結(jié)力的措施 用構(gòu)造措施用構(gòu)造措施保證保證1 1對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證基對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證基 本的錨固長度和最小搭接長度。本的錨固長度和最小搭接長度。2 2滿足鋼筋最小間距和混凝土維護(hù)層最小滿足鋼筋最小間距和混凝土維護(hù)層最小 厚度。厚度。3 3加密箍筋接頭范圍內(nèi)。加密箍

36、筋接頭范圍內(nèi)。4 4鋼筋端部設(shè)彎鉤光面鋼筋。鋼筋端部設(shè)彎鉤光面鋼筋。第四節(jié) 鋼筋和混凝土的選用混凝土的選用原那么：混凝土的選用原那么：建筑工程中建筑工程中鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C15; 當(dāng)采用當(dāng)采用HRB335級鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于級鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C20;當(dāng)采用當(dāng)采用HRB400和和RRB400級鋼筋以及接受反復(fù)荷載級鋼筋以及接受反復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不得低于的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不得低于C20; 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30; 當(dāng)采用鋼絞線，鋼絲，

37、熱處置鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，當(dāng)采用鋼絞線，鋼絲，熱處置鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40。u鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20; u當(dāng)采用當(dāng)采用HRB400級鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級不級鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級不得低于得低于C25。u預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C40.公路橋涵中公路橋涵中鋼筋的選用原那么：鋼筋的選用原那么：鋼筋混凝土構(gòu)造中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造中的非預(yù)應(yīng)鋼筋混凝土構(gòu)造中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜優(yōu)先采用力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB335

38、和和HRB400級鋼筋，以節(jié)級鋼筋，以節(jié)省鋼筋用量，改善我國建筑構(gòu)造的質(zhì)量。除此以外，省鋼筋用量，改善我國建筑構(gòu)造的質(zhì)量。除此以外，也可以采用也可以采用HPB235 級和級和RRB400級熱軋鋼筋及強(qiáng)度級熱軋鋼筋及強(qiáng)度級別較低的冷拔，冷軋鋼筋。級別較低的冷拔，冷軋鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，中高強(qiáng)鋼絲，也可以采預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，中高強(qiáng)鋼絲，也可以采用熱處置鋼筋。除此以外，還可以采用冷拉鋼筋和用熱處置鋼筋。除此以外，還可以采用冷拉鋼筋和強(qiáng)度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋鋼筋。公路橋強(qiáng)度級別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋鋼筋。公路橋涵工程中還可以采用精制螺紋鋼筋。涵工程中還可以采用精制

39、螺紋鋼筋。思索題思索題l1-1 混凝土的根本強(qiáng)度目的有哪些？它們之間的換算關(guān)系如何？l1-4 混凝土的軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線有何特點(diǎn)？影響該曲線外形的主要要素有哪些？l1-6 何謂混凝土的徐變？影響混凝土徐變的主要要素有哪些？徐變對混凝土構(gòu)件有何影響？采取什么措施可以減少混凝土的徐變？l1-9 鋼筋混凝土構(gòu)造對鋼筋性能有何要求？l1-13 在實(shí)踐工程中，選用鋼筋和混凝土?xí)r普通應(yīng)思索哪些要素？ 按混凝土試件的按混凝土試件的“尺寸效應(yīng)，一樣的混凝土試尺寸效應(yīng)，一樣的混凝土試塊塊當(dāng)邊長為當(dāng)邊長為200mm、150mm、100mm時(shí)，其實(shí)測立方時(shí)，其實(shí)測立方體強(qiáng)度相對比值為：體強(qiáng)度相對比值為： 。 由混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段可知：混凝土強(qiáng)由混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段可知：混凝土強(qiáng)度越高，剩余應(yīng)力相對的度越高，剩余應(yīng)力相對的 , 高強(qiáng)度混凝土變形能高強(qiáng)度混凝土變形能力力 。 混凝土的極限壓應(yīng)變值包括混凝土的極限壓應(yīng)變值包括 和和 兩部兩部分，其中分，其中 變形越大，闡明混凝土的延性越好。變形越大，闡明混凝土的延性越好。 采用約束混凝土不僅可以提高混凝土的采用約束混凝土不僅可以提高混凝土的 強(qiáng)強(qiáng)度，而且可以提高構(gòu)件的耐受度，而且可以提高構(gòu)件的耐受 的才干。的才干。 混凝土在荷載的混凝土在荷載的 作用