鋼筋和混凝土材料的物理力學(鋼筋)

1、 2.2 鋼筋的物理力學性能 鋼筋的種類和級別碳素鋼高碳鋼：含碳量(0.61.4)%中碳鋼：含碳量(0.250.6)%低碳鋼：含碳量0.25%低合金鋼1、按化學成份分：錳系20MnSi、25MnSi 硅釩系40Si2MnV、45SiMnV 硅鈦系45Si2MnTi 硅錳系40Si2Mn、48Si2Mn 硅鉻系45Si2Cr 20MnSi含碳量萬分之二十 含錳量1% 含硅量1% 含碳量越高鋼材的強度越高，塑性和可焊性降低。 參加這些元素后可以有效的提高鋼材的強度和改善鋼材的其它性能。 我國鋼筋產(chǎn)品主要分為： 1、熱軋鋼筋 2、熱處理和冷加工鋼筋 3、中高強鋼絲和鋼絞線2、按生產(chǎn)工藝分鋼筋混凝土結

2、構：熱軋鋼筋預應力混凝土結構：預應力鋼絞線、消除應力鋼絲、熱處理鋼筋1熱軋鋼筋：低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成。熱軋鋼筋HPB235（級，符號） HRB335（級，符號 ） HRB400（級，符號 ） RRB400（余熱處理級，級，符號 R） 強度高低塑性差好HPB235級 Hot rolled熱軋Plain光面Bar 鋼筋HRB335級、HRB400級Hot rolled 熱軋Ribbed帶肋Bar鋼筋RRB400級Remained heat treatment余熱處理Ribbed 帶肋Bar鋼筋熱軋鋼筋：軟鋼，其強度較低、塑性較好。按照外形特征可分為光圓鋼筋和變形鋼筋。 HPB2

3、35級(級)鋼筋多為光面鋼筋，作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和構造鋼筋、箍筋； HRB335級(級)和 HRB400級(級)鋼筋強度較高，多作為鋼筋混凝土構件的受力鋼筋；尺寸較大的構件，為增強與混凝土的粘結也用外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋HRB335級鋼筋作箍筋的。 RRB400級(級)強度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構件中的配筋，一般冷拉后作預應力筋。 2熱處理鋼筋硬鋼 將級鋼筋再通過加熱、淬火和回火等調制工藝處理的鋼筋。熱處理后鋼筋強度得到大幅度的提高，而塑性延伸率降低并不多。用于預應力混凝土結構。 3冷加工鋼筋 常溫下采用某種工藝對熱軋鋼筋進行加工得到的鋼筋。分為冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭四種

4、工藝。目的是為了提高鋼筋的強度以節(jié)約鋼材。冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年來，冷加工鋼筋的品種很多，根據(jù)專門規(guī)程使用。 冷拉只能提高抗拉強度；冷拔可同時提高抗拉和抗壓強度。 4鋼絲和鋼絞線 鋼絲分為碳素鋼絲、消除應力鋼絲和刻痕鋼絲三種。鋼絲直徑49mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋三種。鋼絞線外接圓直徑8.615.2mm。中強鋼絲的強度為8001200MPa，高強鋼絲、鋼絞線的強度為 14701860MPa。冷拉低碳鋼絲消除應力鋼絲b 碳素鋼絲 s 刻痕鋼絲 k 鋼絞線 j 消除應力鋼絲：鋼筋拉拔后，較直，經(jīng)中溫回火消除應力并穩(wěn)定化處理的鋼絲。螺旋肋鋼絲是以普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，

5、經(jīng)冷軋減徑后在其外表冷軋成兩面或三面有月牙紋的鋼筋。光面鋼絲和螺旋肋鋼絲按直徑可分為4、5、6、7、8、9六個級別。 刻痕鋼絲：光面鋼絲的外表上進行刻痕處理，以增加和混凝土的粘結能力，分5和7兩種。鋼絞線：多根高強鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理去除內應力后而制成，分為3股和7股。中高強鋼絲和鋼絞線以及熱處理鋼筋都可用在預應力混凝土結構中。鋼筋的直徑： 6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40 鋼筋的強度和變形有明顯屈服點鋼筋的強度和變形如：熱軋低碳鋼和普通熱軋低合金鋼所制成的鋼筋 無明顯屈服點鋼筋的強度和變形如：熱處理鋼筋和鋼絲、鋼絞線 有明顯屈服點鋼筋的

6、應力-應變-關系曲線 a點以前，與成比例，即 =Es， Es 為彈性模量，a點應力稱為比例極限proportional limit a點過后，與不再成比例，但仍為彈性變形； a點以后為非彈性， a點稱為彈性極限elastic limit 到達b點時，出現(xiàn)塑性流動現(xiàn)象，b點位置與加載速度、斷面形式、外表光潔度等因素有關，稱為屈服上限upper yield strength 降至c點后，不增加而急劇增加，-關系接近水平，直至d點，c點稱為屈服下限lower yield strength ，cd段稱為屈服臺階yield plateau d點以后，隨的增加而繼續(xù)增加，至e點達最大值，e點對應的稱為鋼筋

7、的極限強度 ultimate tensile strength，de段稱為強化階段 strain hardening stagee點以后，試件的薄弱位置將產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，變形迅速增加，斷面縮小，應力降低，ef段稱為頸縮階段strain weakening stage ，直至f點拉斷 se一、鋼筋的應力-應變關系 有明顯屈服點的鋼筋aabcdefufyfa為比例極限 s =Esea為彈性極限de為強化段b為屈服上限c為屈服下限，即屈服強度 fycd為屈服臺階e為極限抗拉強度 fu 無明顯屈服點鋼筋的應力-應變-關系曲線整個應力-應變關系沒有明顯的屈服點，達極限抗拉強度后很快拉斷，延伸率很小，破壞呈

8、脆性。圖中a點為比例極限，0.65b 。條件屈服強度設計中取剩余應變?yōu)?.2%所對應的應力 ，作為無明顯屈服點鋼筋的強度設計指標，稱為“條件屈服強度。取0.2 = 0.85b 無明顯屈服點的鋼筋鋼筋的強度標準值( Characteristic or Standard Strength) 按冶金鋼材質量控制標準，鋼筋的強度標準值是取其出廠時的廢品限值，其數(shù)值相當于fy,m-3s，具有97.73%的保證率，滿足?建筑結構設計統(tǒng)一標準?材料強度標準值保證率95%的要求。二、鋼筋的冷加工 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。冷加工的目的：改變鋼材內部結構，提高 鋼材強度，節(jié)約鋼筋。冷加工對鋼材性能的影響。

9、冷拉冷拉強化或冷作硬化時效硬化冷拉的目的提高抗拉強度，節(jié)約鋼材用量，同時可以除銹。 采用控制應力和控制冷拉率兩種方法。冷拉后可提高鋼材的抗拉強度，屈服臺階變短。冷拉時應力值必須超過鋼筋的屈服強度。冷拉o冷拉控制應力(N/mm2)冷拉率殘余變形oabccdd冷拉無時效冷拉經(jīng)時效冷拔d1d2Pd2d1 將低碳熱軋鋼筋或低合金鋼通過直徑較小孔洞的硬質合金模，在常溫下用強力拔制而成。 冷拔后的鋼筋抗拉和抗壓強度提高，但塑性降低很多。 c.冷扎 冷軋后，鋼筋外表軋成帶肋，強度與冷拔低碳絲接近，塑性好一些。實際計算分析中，一般采用雙線性的理想彈塑性關系鋼筋的理想彈塑性應力-應變關系 式中 Es鋼筋的彈性模

10、量； 鋼筋的屈服應變； = / Es 。1、?標準?理想彈塑性應力-應變-模型鋼筋應力-應變-曲線的數(shù)學模型 鋼筋的彈性模量1Es0.01 B C D y s，h s，u fy fs，u o b、三折線 2、三折線完全彈塑性加硬化模型 對于流幅后立即發(fā)生硬化的鋼材,可采用三直線模型，以正確的估計高出屈服應變后的應力。此模型適用于流幅較短的軟鋼，其數(shù)學表達式如下： 當s y 時，s= Ess （Es= fy /y ） 當y s s，h 時， s= fy 當s，h s s，u 時， s= fy+（s -s，h ）tg c、雙斜線彈塑性模型 對于沒有明顯流幅的高強鋼筋或鋼絲，應力應變曲線可采用雙斜線

11、。數(shù)學表達式如下：當s y 時, s= Ess （Es= fy /y ）當y s s，u 時， s= fy+（s y）tg B o C s，u fy fs，u c、雙斜線 反映鋼筋變形的根本指標延伸率：是反映鋼筋塑性性能的指標，指鋼筋拉斷時f點對應的應變，按下式確定: 式中： L0 試件拉伸前量測標距的長度，一般取5d或10d L 拉斷時量測標距的長度，量測標距包括頸縮區(qū)冷彎性能 為了使鋼筋在彎折加工時不致斷裂和在使用過程中不致脆斷，進行冷彎試驗，保證滿足規(guī)定的指標。冷彎是將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的剛錕，彎成一定的角度而無裂紋、鱗落且不發(fā)生斷裂現(xiàn)象。圖中叫冷彎角度。彎心直徑冷彎角度 1、鋼筋

12、的蠕變徐變：鋼筋在高應力作用下，應變隨時間增長而增加的現(xiàn)象。 2、鋼筋的松弛：指鋼筋受力后，在保持長度不變的情況下，其應變隨時間增長而降低的現(xiàn)象。 3、影響蠕變和松弛因素： 蠕變和松弛隨時間增長而增大，初始應力大，蠕變和松弛也大，溫度增加時蠕變和松弛增大。2.2.4 鋼筋的蠕變、松弛和疲勞 4、鋼筋的疲勞 鋼筋在承受重復、周期性的動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。鋼筋的疲勞強度：是指在某一規(guī)定應力幅度內，經(jīng)受一定次數(shù)我國：2106循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應力值。鋼筋疲勞斷裂的原因：在鋼筋內部和外部的缺陷處，容易引起應力集中。應力過高，產(chǎn)生疲勞裂縫，應力重復次數(shù)增加，裂紋擴展，造成斷裂。鋼筋在重復性荷載作用下的疲勞強度低于其在靜載作用下的極限強度原狀鋼筋的疲勞強度低于埋置在混凝土中的鋼筋的疲勞強度 影響鋼筋疲勞強度的因素：應力幅度、最小大應力值、鋼筋外外表及幾何尺寸和形狀、鋼筋的直徑、鋼筋的強度、鋼筋使用環(huán)境以及加載頻率等。2.2.5 混凝土結構對鋼筋性能的要求強度高：構件的承載力越高，鋼材的用量越少 塑性好：結構在破壞前有明顯的預兆 鋼筋加工成型也越容易具有良好的可焊性：在一定的工藝條件下鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好 和混凝土之間具有良好的粘結性能：保證鋼筋和混凝土共同工作 反映鋼筋性能的