混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理022鋼筋

1、第二章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能Mechanical Properties of Reinforcement and Concrete第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼 筋 Reinforcement (or Rebar,Steel reinforcement,) Steel reinforcement bar, Reinforcement bar, Rreinforced bar, Reinforcing bar,Bar)鋼筋混凝土 Reinforced concrete,Steel reinforced concreteQuestions:1. Reinforcement Types

2、?2. What about the usage for different rebars types?3. What mechanical properties should we know?4. How to determine the rebars strength for structural design?2.2 鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼 筋 Steel Reinforcement一、鋼筋的品種熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋，由于強(qiáng)度高、 性能 鋼筋可充分供應(yīng)，故冷 鋼筋不再列入規(guī)范。所謂“環(huán)?！笔侵浮肮?jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)”，是目前住宅小區(qū)建設(shè)

3、中的最高標(biāo)準(zhǔn) 之一。提倡采用高強(qiáng)、高性能鋼筋，滿足四節(jié)-環(huán)保要求。2.2 鋼筋熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB300級、HRB335級、HRBF400級、RRB400級HPBBar PlainHot rolledHRBBar Rolled Hot rolled熱軋光圓鋼筋熱軋帶肋鋼筋HPB300級： fyk = 300N/mm2直徑622mmHRB335級： fyk = 335 N/mm2直徑650mm屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB3

4、00級、HRB335級、HRBF400級、RRB400級HRBFFine Bar RolledHot rolledRRBBar Ribbed Rolled細(xì)粒徑熱軋帶肋鋼筋余熱處理鋼筋HRBF335級： fyk = 335 N/mm2直徑650mmRRB400級： 熱軋后立即穿水，進(jìn)行表面冷卻，然后利用芯部余熱自身完成回火處理所得的鋼筋，延性和 比較低， 用于基礎(chǔ) 、樓板等對變形和 性能不高的構(gòu)件。表中的屈服強(qiáng)度為條件屈服強(qiáng)度。第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼 筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能u 縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400級、HRBF500鋼筋，也可采

5、用HPB300、HRB335、 HRBF335級、RRB400。u 梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400 、 HRB500 、HRBF400級、HRBF500鋼筋。u 箍筋宜采用HRB40、HRBF400級、HRB500、HRBF500、HPB300鋼筋，也可采用HRB335、 HRBF335級鋼筋。用于抗剪、抗扭及抗沖切設(shè)計(jì)時(shí)，不宜采用強(qiáng)度高于400MPa級的 鋼筋；當(dāng)用于約束混凝土的配筋時(shí)，其高強(qiáng)度可以得到充分 發(fā)揮，采用500MPa級的鋼筋更 。u 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用鋼絲、鋼絞線和螺紋鋼筋。2.2 鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能 國際上200、300級的鋼筋已基本淘汰，普遍應(yīng)用400

6、級，發(fā)達(dá) 已達(dá)到599級甚至更高； 我國上世紀(jì)50-60年度代，使用底碳鋼（HPB2335） ； 70 年代通過低合金（ 20MnSi) 強(qiáng)度通過40%（ HRB335) ；1974版、1989版規(guī)范 80 年代進(jìn)一步微合金化（ 20MnSiV ） 強(qiáng)度有通過 20%（HRB400）； 2002版規(guī)范 HRB500級鋼筋已基本生產(chǎn)能力，強(qiáng)度再提高25%，限制并逐 步淘汰335級鋼筋 。 2010版規(guī)范2.2 鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變 Stress-Strain Relation P.23-24 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋 Rebar with yield point（軟鋼P(yáng)

7、.21）sefbaacdea為比例極限proportional limit2.2 鋼筋fu fye為極限抗拉強(qiáng)度 fuultimate tensile strengths =Esea為彈性極限elastic limitb為屈服上限upper yield strength c為屈服下限，即屈服強(qiáng)度 fylower yield strengthcd為屈服臺階yield plateau de為強(qiáng)化段strain hardeningstage 第二章鋼筋和混凝土的材料性能幾個(gè)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度yield strength：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)殇摻钋髮⒑艽蟮乃苄宰冃危倚遁d時(shí)這部分變形不可恢復(fù)，這

8、會使鋼 筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加 載速度有關(guān)，不太 ， 取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。延伸率elongation strain（P.9）：鋼筋拉斷時(shí)的應(yīng)變，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性 較好dor=l - l010l052.2 鋼筋d (%) = L(Lgt-0L+ s b )Es均勻延伸率dgt對應(yīng)最大應(yīng)力時(shí)應(yīng)變，了殘余應(yīng)變和彈性應(yīng)變，反映了鋼 的變形能力。P.9有較高抗震性能要求的熱軋帶肋 鋼筋HRB400E、HRBF400E、HRB500E、HRBF500E等， gt不小于9.0%。 比反映鋼筋的強(qiáng)度儲備，fu/fy=1.4

9、-1.6。sefbaacde歐洲規(guī)范Eurocode （ 2004）fu版將鋼筋分為三個(gè)類別： A類：fu/fy 不小于1.05，gtfy不小于2.5%； B類： fu/fy 不小于1.08 ， gt 不小于5%； C類：fu/fy不小于1.15，也不大于1.35， gt不小于7.5；混凝土對鋼筋的其他要求：質(zhì)量 性、錨固性能、疲勞性能、可焊性、耐久性。我國規(guī)范： 鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測值與屈服強(qiáng)度的實(shí)測值的比值不應(yīng)小于1.25； 鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值（超強(qiáng)比）不應(yīng)大于1.3； 鋼筋最大拉力下的總伸長率gt實(shí)測值不應(yīng)小于9%。歐洲規(guī)范Eurocode （ 2004） 版將鋼筋分為

10、三個(gè)類別： A類：fu/fy 不小于1.05，gt 不小于2.5%； B類： fu/fy 不小于1.08 ， gt 不小于5%； C類：fu/fy不小于1.15，也不大于1.35， gt不小于7.5；避免鋼筋超強(qiáng)過多而造成延性不足，使結(jié)構(gòu)薄弱部位（例如塑 性鉸）轉(zhuǎn)移或破壞形態(tài)變化。由鋼筋屈服的延性彎曲破壞轉(zhuǎn)為 混凝土碎裂的脆性破壞。有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變 （軟鋼） （P.11）可采 線性的理想彈塑性Bilinear elasto-plastic relationEs1鋼筋彈性模量（×105MPa）種類彈性模量HPB3002.10HRB335、HRB400、HRB500、HRBF

11、335、HRBF400、HRBF500RRB400、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋2.00消除應(yīng)力鋼絲、中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲2.05鋼絞線1.95fys = Eses = f ye £ e yee>yey 無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋 Rebar without yield point （硬鋼） P.11fus0.2a0.2%a點(diǎn)：比例極限，約為0.65fu ；a點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變 為線彈性；a點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變 為非線性， 有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點(diǎn)；條件屈服點(diǎn)：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力，規(guī)范取s0.2 =0.85 fu三、鋼筋的疲勞 ( Fatigue Character of Rebar)

12、P.26鋼筋的疲勞是指鋼筋在承受重復(fù)、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(qiáng)度是指鋼筋在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù) 循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。疲勞應(yīng)力比值指截面同一纖維上鋼筋最小應(yīng)力與最大應(yīng)力比值。r f= s f mins f max鋼筋的疲勞強(qiáng)度主要與疲勞應(yīng)力比值、最小應(yīng)力的大小及鋼筋本身的特性有關(guān)。鋼筋的疲勞驗(yàn)算采用疲勞應(yīng)力幅限值，而不直接采用鋼筋的疲勞強(qiáng)度。Key notes:1. Usage of different rebars types and grades2. Two types of stress-strain relati

13、on3. Characteristic strength4. Deformation capacityYield strength Elongation strain Modulus of elasticity2.2 鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能本節(jié)要點(diǎn):1. 常用鋼筋種類及表達(dá) ；2. 鋼筋標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的定義及確定 ；3. 鋼筋的幾個(gè)重要指標(biāo)（屈服強(qiáng)度、條件屈服強(qiáng)度、延伸率、 比）。2.2 鋼筋四、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值( Characteristic or Standard Strength)按冶金鋼材質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是取其出廠時(shí) 的廢品限值，其數(shù)值相當(dāng)于fy,m-3s，具有97.7

14、3%的保證率，滿足 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率95%的要求。f yk=fym- 3sf ymfs：標(biāo)準(zhǔn)差ym樣本中各數(shù)據(jù)與樣本平均數(shù)差的平方的平均數(shù)叫做樣本方差， 樣本方差的算術(shù)平方根叫做樣本標(biāo)準(zhǔn)差，又稱為均方差。四、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值( Characteristic or Standard Strength)按冶金鋼材質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是取其出廠時(shí)的廢品限值，其數(shù)值相當(dāng)于fy,m-3s，具有97.73%的保證率，滿足 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率95%的要求。軟鋼（有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，如熱軋鋼筋）的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值由屈服 強(qiáng)度確定，用fyk表示；硬鋼（無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，

15、如預(yù)應(yīng)力鋼 絞線）的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值由極限抗拉強(qiáng)度確定，用fptk表示。 P.11第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼 筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼 筋 Steel ReinforcementP.21鋼筋種類很多，通常按化學(xué)成分、生產(chǎn)工藝、軋制外形、供應(yīng)形式、直徑大小， 以及在結(jié)構(gòu)中的用途進(jìn)行 ：（一）按軋制外形分（1） 光面鋼筋：I級鋼筋（Q235鋼鋼筋）均軋制為光面圓形截面，供應(yīng)形式有盤圓，直徑不大于10mm，長度為6m12m。（2） 帶肋鋼筋：有螺旋形、人字形和月牙形三種， 、級鋼筋軋制成人字形，級鋼筋軋制成螺旋形及月牙形。（3） 鋼線（分低碳鋼絲和碳素鋼絲兩種）及鋼絞線。（4）

16、 冷軋扭鋼筋：經(jīng)冷軋并冷扭成型。（二）按直徑大小分鋼絲（直徑35mm）、細(xì)鋼筋（直徑610mm）、粗鋼筋（直徑大于22mm）。（三）按力學(xué)性能分級鋼筋（235/370級）；級鋼筋（335/510級）；級鋼筋（370/570）和級 鋼筋（540/835）（四） 按生產(chǎn)工藝分熱軋、冷軋、 的鋼筋，還有以級鋼筋經(jīng)熱處理而成的熱處理鋼筋，強(qiáng)度比前者更高。（五）按在結(jié)構(gòu)中的作用分：受壓鋼筋、受拉鋼筋、架立鋼筋、分布鋼筋、箍筋等2.2 鋼 筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼 筋 Steel ReinforcementP.21圓鋼標(biāo)識為HPB235， 采用的直徑為6.5、8、10、12，再粗的就不常用

17、了，而且以6.5和8最為常用，用做箍筋。螺紋鋼常見標(biāo)識是HRB335， 采用的直徑為12到22的偶數(shù)、25、28、32、40、50，再粗的出現(xiàn)在大體積混凝土工程中，不常用，在25以下的最為常用，2.2 鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能鋼絲 Wire ：中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為8001200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線(Strand or Tendon)的為 1470 1860MPa；延伸率d 10=6%， d100=3.54%；鋼絲的直徑39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.515.2 mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。冷 鋼筋 Cold work

18、ing rebar：是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)、冷拔、冷軋、冷扭 后而成。冷 的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷 后，鋼筋的延伸率降低。近年來， 冷 鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。（1） 在常溫下將鋼筋拉伸至超過其屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力 點(diǎn) (P.8）后卸荷至零，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而提高鋼筋強(qiáng)度。 前后彈性模量幾乎不變。 只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，不能提高鋼筋的抗壓強(qiáng)度。2.2 鋼筋第二章鋼筋和混凝土的材料性能（2） 冷拔 把鋼筋用力拔過比它本身直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，使鋼筋的強(qiáng)度得到提高。冷拔可同時(shí)提高鋼筋的抗拉、抗 壓強(qiáng)度（如CPB550級冷拔光面鋼筋）（3） 冷軋帶肋鋼筋 由低碳鋼、低合金鋼的熱軋盤條經(jīng)鋼 筋冷軋扭機(jī)調(diào)直并冷軋而成，表面為變形鋼筋，但直徑比熱軋 級、級鋼筋小，它有CRB5