鋼筋混凝土材料的性能

1、第二章第二章 鋼筋混凝土材料的性能鋼筋混凝土材料的性能 第一節(jié)第一節(jié) 鋼筋鋼筋 第二節(jié)第二節(jié) 混凝土的強度混凝土的強度 第三節(jié)第三節(jié) 混凝土的變形性能混凝土的變形性能 第四節(jié)第四節(jié) 鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié) 第五節(jié) 鋼筋混凝土的一般構(gòu)造規(guī)定第一節(jié)第一節(jié) 鋼筋鋼筋主要研究內(nèi)容：了解：鋼筋的類型掌握：鋼筋的力學性能引引 言言鋼筋的力學性能主要決定于其化學成分。碳素鋼：主要成份是鐵元素，少量的碳、錳、硅、硫磷等元素。低碳鋼（含碳量少于0.25%）中碳鋼(0.25%-0.6%)高碳鋼(0.6%-1.4%)。鋼材的種類：按化學成份分，有碳素鋼和普通低合金鋼。含碳量越高,強度越高，但塑性和可焊

2、性 降低。錳、硅元素可提高鋼材的強度，并保持一定的塑性。硫、磷為有害元素：含量超過一定限度時，硫使鋼筋熱脆，磷使鋼筋冷脆。二者焊接質(zhì)量不易保證普通低合金鋼：除碳素鋼已有的成分外，再加入少量的合金元素如硅、錳、鈦、釩、鉻等。第一節(jié)第一節(jié) 鋼筋鋼筋 一、鋼筋的類型一、鋼筋的類型 二、鋼筋的性能二、鋼筋的性能 三、鋼筋的冷加工三、鋼筋的冷加工 四、鋼筋的蠕變、松弛和疲勞四、鋼筋的蠕變、松弛和疲勞一、鋼筋的類型（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預應力混凝土結(jié)構(gòu)）一、鋼筋的類型（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預應力混凝土結(jié)構(gòu)） （一）一）鋼筋按加工方法分 （二）鋼筋在單調(diào)受拉時所反映的應力應變 性質(zhì)的不同分 （三）柔性鋼筋、勁性鋼筋

3、（一）（一）鋼筋按加工方法分 1、熱軋鋼筋熱軋鋼筋 2、冷加工鋼筋、冷加工鋼筋 3、熱處理鋼筋、熱處理鋼筋 4、鋼絲、鋼絲1、熱軋鋼筋熱軋鋼筋為低碳鋼，普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成HPB235、HRB335、HRB400 RRB400四級。HPB235是低碳鋼，外表光圓，稱為光圓鋼筋。HRB335、HRB400 RRB400外表有肋紋， 稱為變形鋼筋。2、冷加工鋼筋、冷加工鋼筋 通過對某些等級的熱軋鋼筋進行冷加工處理。 分為：冷拉鋼筋和冷拔鋼筋；3、熱處理鋼筋、熱處理鋼筋 對某些特定鋼號的熱軋鋼筋進行熱處理得到。4、鋼絲、鋼絲： 分為：碳素鋼絲、消除應力鋼絲和刻痕鋼絲。 刻痕鋼絲：用高碳鋼

4、光圓盤條鋼筋經(jīng)冷拔和矯直回火。（二）按鋼筋在單調(diào)受拉時的應力應變性質(zhì)的不同分 有明顯屈服點的鋼筋 無明顯屈服點的鋼筋（二）按鋼筋在單調(diào)受拉時的應力應變性質(zhì)的不同分 有明顯屈服點的鋼筋（二）按鋼筋在單調(diào)受拉時的應力應變性質(zhì)的不同分 無明顯屈服點的鋼筋（三）柔性鋼筋、勁性鋼筋 柔性鋼筋：光圓（ 級）、變形鋼筋（級、級）綁扎或焊接成鋼筋骨架或鋼筋網(wǎng)，分別用于梁、柱或板、殼結(jié)構(gòu)中 勁性鋼筋：由各種型鋼、鋼軌或用型鋼與鋼筋焊接成的骨架；勁性鋼筋剛度、強度較大二、鋼筋的性能二、鋼筋的性能上圖為有明顯屈服點的鋼筋試件在試驗機上進行拉伸試驗，繪制出應力應變圖形 概念介紹： 比例極限彈性極限、屈服上限屈服下限極

5、限強度彈性階段 屈服階段 強化階段 頸縮階段二、鋼筋的性能二、鋼筋的性能 無明顯屈服點的鋼筋所對應的 應力-應變曲線 在左圖中，找不到一個明顯的屈服點，在達到極限抗拉強度后，由于頸縮現(xiàn)象，曲線具有一個下降段。二、鋼筋的性能二、鋼筋的性能 無明顯屈服點的鋼筋所對應的 應力-應變曲線 分析：以有明顯屈服點鋼筋的思路，在鋼筋塑性變形開始明顯增長處找到一個相當?shù)募傧肭c，以便在設(shè)計中把它作為這類鋼筋可以利用的應力上限，條件屈服強度：一般取殘余應變?yōu)?.2%的應力0以殘余應變0.2%所對應的應力作為無明顯屈服點的鋼筋的應力上限。 軟鋼 硬鋼鋼筋表示形式：HPB235級：級，符號HRB335級、級，符號

6、HRB400級：級，符號RRB400級：余熱處理級，符號三、鋼筋的冷加工三、鋼筋的冷加工 冷拔：將光圓鋼筋通過比其直徑稍小的硬質(zhì)合金拔絲模。鋼筋受縱向的拉力和橫向擠壓力共同工作。使鋼筋截面變小、長度拔長。冷拔可提高鋼筋的抗拉、抗壓強度。 冷拉：通過介紹冷拉過程可了解冷拉的含義。三、鋼筋的冷加工三、鋼筋的冷加工 冷拉：四、鋼筋的蠕變、松弛和疲勞四、鋼筋的蠕變、松弛和疲勞 蠕變：鋼筋在高應力狀態(tài)下，隨時間增長應變繼續(xù)增加的現(xiàn)象。 松弛：鋼筋受力后，若保持長度不變，則其應變隨時間增長而降低的現(xiàn)象。 疲勞破壞：鋼筋在承受重復、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?yōu)榇鄶嗟默F(xiàn)象。鋼筋在疲

7、勞破壞時的強度低于在靜荷載下的極限強度。鋼筋的疲勞強度：在某一規(guī)定的應力幅度內(nèi)，經(jīng)受某一規(guī)定次數(shù)循環(huán)加載后，才發(fā)生疲勞破壞的最大應力值補充:混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 規(guī)定： 普通鋼筋宜用HRB400級和HRB335級鋼筋，也可采用 HPB235級和RRB400級鋼筋； 普通鋼筋指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預應力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預應力鋼筋； HRB400級和HRB335級：現(xiàn)行國家標準鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋GB1499 中HRB400級和HRB335級的鋼筋； HPB235級:現(xiàn)行國家標準 鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋GB13013 中Q235的 鋼筋; RRB400級:現(xiàn)行國家標準鋼筋混凝土用余熱處理鋼

8、筋GB13014中的KL400鋼筋; 參閱附錄主要內(nèi)容：混凝土的組成及強度等級混凝土的組成及強度等級單向受力狀態(tài)下混凝土的強度單向受力狀態(tài)下混凝土的強度了解：了解：混凝土的組成混凝土的組成第二節(jié)第二節(jié) 混凝土的強度混凝土的強度第二節(jié)第二節(jié) 混凝土的強度混凝土的強度 一、混凝土的組成一、混凝土的組成 二、單向受力狀態(tài)下混凝土的強度二、單向受力狀態(tài)下混凝土的強度 三、復合受力狀態(tài)下混凝土的強度（自閱）三、復合受力狀態(tài)下混凝土的強度（自閱）一、混凝土的組成一、混凝土的組成 普通混凝土組成：由水泥、石子、砂子三種材料及水按一定配合比拌合，經(jīng)過凝固硬化后作成的人工石才。 是一種各組份具有不同性質(zhì)的多相復

9、合材料。 分類：微觀結(jié)構(gòu)、亞微觀結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu) 回前文fcufkcuf,kcuf,單向應力狀態(tài)下混凝土強度是復合應力狀態(tài)混凝土強度基礎(chǔ)單向應力狀態(tài)下混凝土強度指標：進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度分析的重要依據(jù)建立強度理論公式的重要依據(jù)試驗設(shè)備復雜理論分析困難單向受力的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件極少一般處于復合應力狀態(tài)復合應力狀態(tài)下混凝土強度如何確定 影響單向應力狀態(tài)下混凝土強度指標的因素較多統(tǒng)一規(guī)定采用普通混凝土力學性能試驗方法二、單向受力狀態(tài)下混凝土的強度二、單向受力狀態(tài)下混凝土的強度（一） 立方體抗壓強度立方體抗壓強度（二）（二）棱柱體抗壓強度棱柱體抗壓強度 （軸心抗壓強度）（軸心抗壓強度）（三）混凝土軸心抗

10、拉強度（一） 立方體抗壓強度立方體抗壓強度1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 規(guī)定2、標準試驗方法標準試驗方法3、混凝土強度指標的確定混凝土強度指標的確定kcuf,（一） 立方體抗壓強度立方體抗壓強度 立方體抗壓強度試驗所需設(shè)備和試驗方法都比較簡單，試驗結(jié)果的離散性相對較小，尤其適用于在施工過程中檢驗和控制混凝土的強度。1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 規(guī)定：邊長150mm150mm 150mm 的立方體在(20 3) 的溫度、 相對濕度90%以上的潮濕空氣養(yǎng)護28天按照標準試驗方法測得的抗壓強度作為混凝土的立方體強度（MPa）kcuf,2、標準試驗方法：、標準試驗方法：（1）試驗方法（2）試件尺寸大?。海?）試驗

11、時加載速度：（4）混凝土立方體抗壓強度與成型后的齡期：2、標準試驗方法：、標準試驗方法：（1）試驗方法：規(guī)范：不涂潤滑油 （2）試件尺寸大小：試件尺寸越小，抗壓強度值越高 換算系數(shù)200mm 200mm 200mm : 1.05100mm 100mm 100mm : 0.952、標準試驗方法：試驗方法：（3）試驗時加載速度：加載速度越快，測得強度越高混凝土強度等級低于C30時：0.30.5MPa/每秒混凝土強度等級 等于/高于C30時：0.50.8MPa/每秒（4）混凝土立方體抗壓強度與成型后的齡期：3、混凝土強度指標的確定、混凝土強度指標的確定 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 規(guī)定：規(guī)

12、定： 混凝土強度指標應按立方體抗壓強度混凝土強度指標應按立方體抗壓強度標準值確定；標準值確定； 規(guī)范中共有14個等級： C15、C20、C25、C30、35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、3、混凝土強度指標的確定、混凝土強度指標的確定 混凝土強度等級要求：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不應低于C15采用HRB335級鋼筋，混凝土強度等級不宜低于C20采用HRB400、 RRB400級鋼筋、承受重復荷載構(gòu)件：不得低于C20預應力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級：不應低于C30采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時：不宜低于C40 立方體抗壓強度是混凝土的基本

13、強度指標，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中所使用的混凝土其它強度指標，都可以根據(jù)立方體強度值換算得出。（二）（二）棱柱體抗壓強度棱柱體抗壓強度 （軸心抗壓強度）（軸心抗壓強度）規(guī)范規(guī)定150mm150mm300mm試件作為軸心抗壓強度.cufcufcf（二）（二）棱柱體抗壓強度棱柱體抗壓強度 （軸心抗壓強度）（軸心抗壓強度）由圖可看出： 和 的統(tǒng)計平均值大致成一條直線，kcuf,kcf,kcuckff,1kcuckff,1kcuckff,1二者比值在0.70-0.92范圍變化立方體抗壓強度 與棱柱體抗壓強度 之間的關(guān)系為：kcuf,kcf,cuf（二）（二）棱柱體抗壓強度（軸心抗壓強度）棱柱體抗壓強度（軸心抗

14、壓強度） kcuckff,.2188012綜合考慮各種因素，立方體抗壓強度標準值與棱柱體抗壓強度標準值的關(guān)系：76. 01式中：0.88 -考慮實際構(gòu)件與試件混凝土強度之間的差異取用的 折減系數(shù); -棱柱體強度與立方體強度之比； -為高強度混凝土的脆性折減系數(shù)； 中間插值76. 0182. 0187. 0200. 1280C40C80C50C（三）混凝土軸心抗拉強度抗拉強度是混凝土的基本力學指標之一，間接衡量混凝土的沖切強度。（三）混凝土軸心抗拉強度 混凝土的抗拉強度遠小于其抗壓強度，一般僅1/17-1/8。 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一般不采用混凝土承受拉力。（三）混凝土軸心抗拉強度 在鋼筋混凝土

15、結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，處于受拉狀態(tài)下的混凝土，在未開裂之前，確實承受一部分拉力。 回前文ktf,kcuf,20.450.55kcu,kt,)0.645(1f0.3950.88f若計算混凝土構(gòu)件在混凝土開裂之前的承載力，若計算混凝土構(gòu)件在混凝土開裂之前的承載力，或控制混凝土構(gòu)件的開裂或控制混凝土構(gòu)件的開裂 需知道混凝土的抗拉強度需知道混凝土的抗拉強度結(jié)構(gòu)中混凝土 的軸心抗拉強度標準值 與立方體抗壓強度標準值 之間的關(guān)系，由試驗結(jié)果得：第三節(jié)第三節(jié) 混凝土的變形性能混凝土的變形性能類型： 受力變形：混凝土在一次短期加載、荷載長期作用和多次重復作用下產(chǎn)生的變形； 體積變形：混凝土由于硬化過程中的收縮、溫度和濕

16、度的變化產(chǎn)生的變形。第三節(jié)第三節(jié) 混凝土的變形性能混凝土的變形性能一、混凝土在一次短期加荷時的變形性能二、混凝土在多次重復荷載作用下的應力應變關(guān)系三、荷載長期作用下混凝土變形性能四、混凝土收縮與膨脹（體積變形） 第三節(jié)第三節(jié) 混凝土的變形性能混凝土的變形性能一、混凝土在一次短期加荷時的變形性能1、混凝土受壓時的應力應變關(guān)系2、混凝土受壓應力應變曲線數(shù)學模型3、混凝土的變形模量4、混凝土軸心受拉時應力應變關(guān)系一、混凝土在一次短期加荷時的變形性能1、混凝土受壓時的應力應變關(guān)系：圖2-91、混凝土受壓時的應力應變關(guān)系 上升段第1 階段（OA）：第2階段（A-B）：第3階段（B-C）： 下降段1、混凝

17、土受壓時的應力應變關(guān)系 上升段：第1 階段（OA）：應力較小，混凝土變形主要是骨料和水泥結(jié)晶體受力產(chǎn)生彈性變形，應力應變接近直線 A點：比例極限點：比例極限1、混凝土受壓時的應力應變關(guān)系第3階段（B-C）：裂縫快速發(fā)展的不穩(wěn)定狀態(tài) ：混凝土棱柱體抗壓強度 ， 對應應變?yōu)?（一般為0.002）max第1 階段（OA）： A點：比例極限第2階段（A-B）： 穩(wěn)定裂縫擴展階段上升段：cf0 下降段： 混凝土到達峰值應力后裂縫繼續(xù)擴展、貫通，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到愈嚴重的破壞荷載傳遞路線不斷減少，試件平均應力降低應力應變曲線出現(xiàn)“拐點”超過“拐點”，結(jié)構(gòu)受力性質(zhì)發(fā)生本質(zhì)的變化：骨料間的咬合力、摩擦力與殘

18、余承受壓力部分共同承力主裂縫貫通、較寬，結(jié)構(gòu)失效。2、混凝土受壓應力應變曲線數(shù)學模型：1）美國E.Hognestad建議的模型： 曲線的上升段為二次拋物線，下降段為斜直線 -峰值應力； -峰值應力對應的應 變，取 -極限壓應變，取02002cfu0001501ucf.cfu000200.00380.u2、混凝土受壓應力應變曲線數(shù)學模型：2）西德Rsch 建議的模型： 曲線的上升段為二次拋物線，下降段為平直線 -峰值應力； -峰值應力 對 應的應變，取 -極限壓應變，取 回02002cfu0cfcf0u00200.00350.ucf3、混凝土的變形模量 混凝土應力應變?yōu)橐磺€ 應力應變關(guān)系在不同

19、應力階段二者之比是一變量 描述混凝土在荷載作用下的變形問題 混凝土的變形模量 1）混凝土的彈性模量 2）混凝土的割線模量 3）混凝土的切線模量3、混凝土的變形模量1）混凝土的彈性模量 混凝土處于彈性階段時： -混凝土原點彈性模量 -混凝土曲線在原點處切線與橫坐標夾角 -混凝土彈性應變 -混凝土彈性階段應力cEeccE0tg0ec3、混凝土的變形模量2）混凝土的割線模量 混凝土進入塑性階段，曲線上任一點應力為 處割線的斜率ccccE1tg3、混凝土的變形模量3）混凝土的切線模量在混凝土應力應變曲線上某一應力處作一切線，應力增量與應變增量的比值為混凝土的切線模量混凝土的切線模量為一變值隨混凝土應力

20、的增大而減小?；豻gEc 4、混凝土軸心受拉時應力應變關(guān)系 分析： 測試混凝土受拉時的應力應變曲線較困難。 回前文二、混凝土在多次重復荷載作用下的應力應變關(guān)系 工程實例： 廠房中的吊車梁、橋梁、氣錘基礎(chǔ)等構(gòu)件，承受重復荷載 疲勞破壞：混凝土在荷載重復作用下引起的破壞。 混凝土疲勞抗壓強度； 采用150mm150mm 300mm 或150mm150mm 450mm 的棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬次或以上次循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應力值稱為混凝土疲勞抗壓強度二、混凝土在多次重復荷載作用下的應力應變關(guān)系三、荷載長期作用下混凝土變形性能1、徐變的概念2、影響混凝土徐變的因素： 1、徐變的概念：

21、結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載或應力不變，而應變或變形隨時間增長的現(xiàn)象稱為徐變2、影響混凝土徐變的因素： 與時間參數(shù)的關(guān)系： 混凝土的應力大小 加載時齡期：加載時混凝土的齡期越早，徐變越大； 混凝土的組成成分： 混凝土養(yǎng)護條件 構(gòu)件形狀、尺寸等2、影響混凝土徐變的因素： 與時間參數(shù)的關(guān)系：2、影響混凝土徐變的因素 混凝土的應力大小2、影響混凝土徐變的因素 加載時齡期：加載時混凝土的齡期越早，徐變越大；2、影響混凝土徐變的因素： 混凝土的組成成分：水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變越大；骨料越堅硬，徐變越?。?、影響混凝土徐變的因素： 與時間參數(shù)的關(guān)系： 混凝土的應力大小 加載時齡期：加載時混凝土的

22、齡期越早，徐變越大； 混凝土的組成成分： 混凝土養(yǎng)護條件 構(gòu)件形狀、尺寸等四、混凝土收縮與膨脹（體積變形）1、概念： 混凝土在凝結(jié)硬化過程中，體積會發(fā)生變化。在水中結(jié)硬時，體積膨脹；在空氣中結(jié)硬時 ，體積收縮 2、影響因素：水泥種類水泥用量 骨料性質(zhì)混凝土制作方法 養(yǎng)護條件使用環(huán)境構(gòu)件體積與表面積比值等構(gòu)件體積與表面積比值等凝結(jié)：凝膠體本身的體積收縮；凝結(jié)：凝膠體本身的體積收縮；干縮：混凝土因失水產(chǎn)生的體積收縮干縮：混凝土因失水產(chǎn)生的體積收縮2、影響因素舉例分析： 養(yǎng)護條件第三節(jié)第三節(jié) 混凝土的變形性能混凝土的變形性能小節(jié)：一、混凝土在一次短期加荷時的變形性能1、混凝土受壓時的應力應變關(guān)系：2

23、、混凝土受壓應力應變曲線數(shù)學模型：3、混凝土的變形模量4、混凝土軸心受拉時應力應變關(guān)系二、混凝土在多次重復荷載作用下的應力應變關(guān)系三、荷載長期作用下混凝土變形性能四、混凝土收縮與膨脹（體積變形） 第四節(jié)第四節(jié) 鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋混凝土： 鋼筋抗拉、抗壓性能均好，混凝土的抗壓性能強，但抗拉性能較弱。 二者結(jié)合一起共同工作，可充分利用材料的性能，其工作前提是： （1）二者溫度線膨脹系數(shù)相接近；（2）二者之間產(chǎn)生良好的粘結(jié)力。（3）鋼筋有良好的錨固第四節(jié)第四節(jié) 鋼筋與混凝土鋼筋與混凝土的粘結(jié)的粘結(jié)一、粘結(jié)的概念二、鋼筋與混二、鋼筋與混凝土凝土的粘結(jié)的粘結(jié)三、粘結(jié)強度四、四、影響粘結(jié)強度的因素一、粘結(jié)的