第二章-力學(xué)性能

1、 第二章第二章鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能 建筑中常用鋼材分為四類熱軋鋼筋冷拉鋼筋鋼絲熱處理鋼筋2.1 鋼筋的形勢和品種鋼筋的形勢和品種 熱軋鋼筋按其強(qiáng)度由低到高分為HPB235、HRB335、HRB400和RRB400冷拉鋼筋和冷拔鋼筋是通過對某些等級的熱軋鋼筋進(jìn)行冷加工而成，熱處理鋼筋是對某些特定型號的熱軋鋼筋進(jìn)行處理得到的。光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋 鋼絲是由熱軋鋼筋經(jīng)冷拔而成，根據(jù)原材料不同又分為冷拔低碳鋼絲和碳素鋼絲，鋼絲可刻痕(刻痕鋼絲)和鉸成鋼絞線，故鋼絲有：冷拉低碳鋼絲 b 碳素鋼絲 s 刻痕鋼絲 k 鋼絞線 j 熱處理鋼筋是對某些特定鋼號的熱軋鋼筋進(jìn)行熱處理得到的。 鋼

2、筋的 曲線lPPAAPll2.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能比例極限屈服強(qiáng)度極限強(qiáng)度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa彈性階段a比例極限b屈服強(qiáng)度cd強(qiáng)化階段0.2% 0.2(N/mm2)od極限強(qiáng)度de 頸縮階段 0.2條件屈服強(qiáng)度由力學(xué)性能不同分成：軟鋼軟鋼：有明顯屈服臺階的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋)硬鋼硬鋼：無明顯屈服臺階的鋼筋(鋼絲、熱處理鋼筋) 鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強(qiáng)度 fy 作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強(qiáng)度 0.2作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能。取相應(yīng)于殘余應(yīng)變 = 0.2%時(shí)的應(yīng)力 0.2作為名

3、義屈服點(diǎn)。常取 0.2=0.8 fsu。伸長率：%100112lll冷彎性能：彎心直徑冷彎角度dldl10511015110.2的定義： 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。 冷加工的目的：改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高 鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼筋。 冷加工對鋼材性能的影響。熱處理是對某些特定型號的熱軋鋼進(jìn)行淬火和回火處理。 2.3 鋼筋的冷加工的熱處理鋼筋的冷加工的熱處理 o冷拉控制應(yīng)力(N/mm2)冷拉率殘余變形oabccdd冷拉無時(shí)效冷拉經(jīng)時(shí)效(a)(b)d1d2Pd2d1(a) 為冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，但其屈服臺階變短。(b) 為冷拔，可同時(shí)提高鋼材的抗拉和抗壓

4、強(qiáng)度。塑性降低很多。 冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，強(qiáng)度與冷拔低碳 絲接近，塑性要好一些。2.4 對鋼筋質(zhì)量的要求對鋼筋質(zhì)量的要求1.強(qiáng)度是剛勁質(zhì)量的重要目標(biāo)。2.極限抗拉強(qiáng)度要滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。3.伸長率%100112lll4.冷彎要求2.5 鋼筋的蠕變、松弛和疲勞鋼筋的蠕變、松弛和疲勞 鋼筋在高應(yīng)力作用下，隨時(shí)間增長其應(yīng)變繼續(xù)增加的現(xiàn)象為蠕變。 鋼筋受力后，若保持長度不變，則其應(yīng) 力隨時(shí)間增長而降低的現(xiàn)象稱為松弛。 鋼筋的疲勞破壞是指鋼筋在承受重復(fù)、周期動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，從塑性破壞的性質(zhì)轉(zhuǎn)變成脆性突然斷裂的現(xiàn)象。混凝土的組份：骨料水泥結(jié)晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎(chǔ)塑性變形的基礎(chǔ)混

5、凝土的強(qiáng)度及變形隨時(shí)間、隨環(huán)境的變化而變化。水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級的砼。2.6 混凝土的強(qiáng)度等級2.7.1. 立方體的抗壓強(qiáng)度 fcu 影響立方體強(qiáng)度的因素：試件尺寸、溫度、濕度、試驗(yàn)方法。 由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)2.7 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)制作方式制成的150150mm的立方體試塊，在28天齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得具有95保證率的抗壓強(qiáng)度。常用等級：C15，C20， C25，C30， C35， C40， C45，C55， C60，C65 ，C70， C75， C80混

6、凝土強(qiáng)度等級：2.7.2. 軸心抗壓強(qiáng)度 fc真實(shí)反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度。為消除端部約束的影響 用立方體強(qiáng)度反映：考慮實(shí)際情況(施工狀況、養(yǎng)護(hù)條件等)53bhcucff76. 0cucucfff67. 076. 088. 02.7.3. 軸心抗拉強(qiáng)度 ft混凝土的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小得多，為抗壓強(qiáng)度 。18191直接測試方法間接測試方法(彎折，劈裂)dlPf2t32ff)(26. 0cut考慮施工因素，取32ff)(26. 088. 0cut32f)(23. 0cu2.7.4. 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度 雙向正應(yīng)力作用(如圖)1, 2 (壓壓) 強(qiáng)度增加1, 2 (拉壓) 強(qiáng)

7、度降低1, 2 (拉拉) 強(qiáng)度基本不變6 . 04 . 02 . 00 . 12 . 18 . 04 . 02 . 06 . 08 . 00 . 12 . 12112c2/ fc1/ fc227. 1f1c22c1c25 . 12fc127. 1maxfc15 . 0f01 . 0應(yīng)力應(yīng)變曲線： 正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用 三軸受壓：(如圖)2cc1 . 4 :ffc抗壓強(qiáng)度提高工程應(yīng)用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋2003= 50N/mm235N/mm213310N/mm215010050051015202512(N/mm2)1 ()2.8.1 混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系OA 彈性階段A : 0.3fcA

8、B 彈塑性階段 : 0.3fc 0.8fc 裂縫穩(wěn)定階段BC 裂縫不穩(wěn)定階段 : 0.8 fc 1.0 fcCBDEfc00Acu2.8荷載作用下混凝土的變形性能荷載作用下混凝土的變形性能 特征點(diǎn)：特征點(diǎn)：0 對應(yīng)于峰值點(diǎn)應(yīng)變 規(guī)范0 = 0.002cu 混凝土極限壓應(yīng)變規(guī)范cu = 0.0033fc 軸心抗壓強(qiáng)度2.8.2 混凝土在多次重復(fù)荷載下的應(yīng)混凝土在多次重復(fù)荷載下的應(yīng) 力應(yīng)變關(guān)系力應(yīng)變關(guān)系 如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)數(shù)值，然后卸荷至零，并把這一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時(shí)發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)

9、度，用符號 表示。ffc2.8.3 混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量kcc0cecp0h原點(diǎn)彈性模量：cee0ctgE)N/nm(7 .342 . 2102cu5cfE1716割線模量：ccpcecececcpceccccEtgE19切線模量： 彈性系數(shù)01.0cccddtgE 110剪切模量：c = ce + cp18G = 0.4Ec2.9 混凝土的徐變和收縮混凝土的徐變和收縮混凝土在受到荷載作用后，在荷載(應(yīng)力) 不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象。161284369121518212427Acecr徐變ce彈性變形ch收縮ceaeerBCD(104)t (月)0徐變：混凝

10、土的級配、水灰比、初始加載齡期、初應(yīng)力大小，養(yǎng)護(hù)使用條件等。徐變性質(zhì)：線性徐變 初應(yīng)力 c0.5fc 徐變與初應(yīng)力呈正比非線性徐變 c 0.5fc當(dāng)c 0.8fc ，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。 徐變的影響因素：0.8fc徐變對結(jié)構(gòu)的影響： 使構(gòu)件的變形增加； 在截面中引起應(yīng)力重分布； 在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。蒸汽養(yǎng)護(hù)常溫養(yǎng)護(hù)051015200.10.20.30.4收縮(103)時(shí)間 (月)收縮：收縮的性質(zhì)自由收縮約束收縮來自內(nèi)部的鋼筋約束來自支座的外部約束收縮對結(jié)構(gòu)的影響自由收縮一般不會引起拉應(yīng)力，故不會開裂約束收縮產(chǎn)生收縮應(yīng)力甚至開裂 產(chǎn)生鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的主要原因： 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力； 混凝土顆料的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力； 鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的局部粘結(jié)應(yīng)力。2.10 鋼筋與混凝土間的粘結(jié)鋼筋與混凝土間的粘結(jié) 粘結(jié)應(yīng)力的類型： 由彎曲引起粘結(jié)應(yīng)力； 兩相鄰裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻引起的局部粘結(jié)應(yīng)力； 錨固粘結(jié)應(yīng)力。lTdmax 以錨固粘結(jié)應(yīng)力為例：udlTu錨固設(shè)計(jì)的基本原則是必須保證足夠的錨固粘結(jié)強(qiáng)度以使鋼筋強(qiáng)度得以充分利用，即yfddl42ndldfly