ch.2.材料的力學性能

1、鋼筋混凝土設計原理鋼筋混凝土設計原理第二章第二章 材料的力學性能材料的力學性能劉汾濤劉汾濤 主講主講廣東水利電力職業(yè)技術學院廣東水利電力職業(yè)技術學院 土木工程系土木工程系 力學教研室力學教研室項目導入項目導入 鋼筋混凝土由鋼筋和混凝土兩種力學性鋼筋混凝土由鋼筋和混凝土兩種力學性能完全不同的材料所組成。由于混凝土的能完全不同的材料所組成。由于混凝土的抗壓強度較高，但抗拉強度較低，而鋼筋抗壓強度較高，但抗拉強度較低，而鋼筋的抗拉和抗壓強度都很高，因此，將這兩的抗拉和抗壓強度都很高，因此，將這兩種材料合理地結合在一起共同工作，使混種材料合理地結合在一起共同工作，使混凝土承受壓力而鋼筋承受拉力，從而揚

2、長凝土承受壓力而鋼筋承受拉力，從而揚長避短。避短。知識要點知識要點識記識記領會領會應用應用核心概念核心概念鋼筋品種與鋼筋品種與規(guī)格規(guī)格鋼筋性能鋼筋性能鋼筋識圖鋼筋識圖熱軋鋼筋熱軋鋼筋預應力鋼筋預應力鋼筋混凝土強度混凝土強度混凝土變形混凝土變形立方體抗壓強度立方體抗壓強度軸心抗壓強度軸心抗壓強度鋼筋與混凝土鋼筋與混凝土的粘結的粘結鋼筋和混凝鋼筋和混凝土的錨固土的錨固錨固長度錨固長度 3.1 鋼鋼 筋筋3.1 鋼鋼 筋筋3.1 鋼鋼 筋筋HPB300u 非預應力鋼筋非預應力鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋HPB300級級 HRB335級級 、HRBF335級級 HRB400級級 、HRBF400級級HRB50

3、0級級 、HRBF500級級 RRB400級級 3.1 鋼鋼 筋筋數值？數值？u 預應力筋預應力筋1. 中強度預應力鋼絲：中強度預應力鋼絲：光面光面PM 螺旋肋螺旋肋HM2. 消除應力鋼絲：消除應力鋼絲：光面光面P 螺旋肋螺旋肋H3. 鋼絞線：鋼絞線：S，三股、七股，三股、七股4. 預應力螺紋鋼筋：預應力螺紋鋼筋：T，可用螺絲套筒連接和螺帽錨，可用螺絲套筒連接和螺帽錨固固3.1 鋼鋼 筋筋與普通鋼筋的區(qū)別？與普通鋼筋的區(qū)別？3.1 鋼鋼 筋筋 可由鋼筋單向拉伸的可由鋼筋單向拉伸的應力應力應變應變關系曲線說明關系曲線說明l 有明顯有明顯屈服點屈服點鋼筋：鋼筋： 熱軋鋼筋熱軋鋼筋強度相對較低，變形

4、性能好強度相對較低，變形性能好l 沒有明顯屈服點鋼筋：沒有明顯屈服點鋼筋： 鋼絲、鋼絞線鋼絲、鋼絞線強度高、變形性能差強度高、變形性能差( 什么是屈服點？什么是屈服點？3.1 鋼鋼 筋筋s se eu 有明顯屈服點的鋼筋有明顯屈服點的鋼筋a為比例極限為比例極限 s s =Ese eaa為彈性極限為彈性極限ade為強化段為強化段bb為屈服上限為屈服上限c為屈服下限為屈服下限, 即即屈服強度屈服強度 fycdcd為屈服臺階為屈服臺階efue為極限抗拉強度為極限抗拉強度 fu fyf3.1 鋼鋼 筋筋ef為破壞階段為破壞階段Oa為彈性階段為彈性階段Ol 強度指標：強度指標：1. 屈服強度屈服強度fy

5、 : 鋼筋屈服后有較大塑性變形鋼筋屈服后有較大塑性變形, 且卸載時且卸載時不可恢復不可恢復, 使鋼筋混凝土構件產生較大變形和不可閉使鋼筋混凝土構件產生較大變形和不可閉合裂縫合裂縫. 屈服上限與加載速度有關屈服上限與加載速度有關, 不穩(wěn)定不穩(wěn)定, 一般取屈一般取屈服下限為屈服強度服下限為屈服強度鋼筋強度的設計依據。鋼筋強度的設計依據。2. 極限抗拉強度極限抗拉強度fu： 鋼筋應力的最大值鋼筋應力的最大值強屈比強屈比: 反映鋼筋的強度儲備，反映鋼筋的強度儲備，fu/fy=1.25。3.1 鋼鋼 筋筋l 變形指標變形指標塑性指標塑性指標3.1 鋼鋼 筋筋l 應力應力- -應變關系模型應變關系模型 一

6、般可采用雙線性的理想彈塑性關系一般可采用雙線性的理想彈塑性關系 syyyE f seeesee fy ey1Es3.1 鋼鋼 筋筋種種 類類ESHPB300鋼筋鋼筋2.1 105HRB335、 HRB400、 HRB500、RRB400、 HRBF335、HRBF400、HRBF500、預應力螺紋鋼筋、預應力螺紋鋼筋2.0 105消除應力鋼絲、中強度預應力鋼絲消除應力鋼絲、中強度預應力鋼絲2.05 105鋼絞線鋼絞線1.95 105表表3-1 鋼筋的彈性模量鋼筋的彈性模量ES( (MPa) )u 無明顯屈服點的鋼筋無明顯屈服點的鋼筋a0.2%s0.2 fua點點: 比例極限，約為比例極限，約為

7、0.65fua點前點前: 應力應力-應變關系為線彈性應變關系為線彈性a點后點后: 應力應力-應變關系為非線性，應變關系為非線性，有一定塑性變形有一定塑性變形, 且沒有明顯的且沒有明顯的屈服點屈服點條件屈服點條件屈服點強度設計指標強度設計指標:殘余應變?yōu)闅堄鄳優(yōu)?.2%所對應的應力所對應的應力規(guī)范規(guī)范取取s s0.2 =0.85fu3.1 鋼鋼 筋筋3.1 鋼鋼 筋筋 按冶金鋼材質量控制標準，鋼筋的強度標準值是取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，其數值相當于其出廠時的廢品限值，其數值相當于fy,m- -3s s，具有，具有97.73%的保證率，滿足的保證率，滿足建

8、筑結構設計統一標準建筑結構設計統一標準材料強度標準值保證率材料強度標準值保證率95%的要求。的要求。 l 強度標準值強度標準值 普通鋼筋普通鋼筋: 預應力鋼筋預應力鋼筋:l 強度設計值強度設計值: 屈服強度標準值屈服強度標準值/材料分項系數材料分項系數 普通鋼筋普通鋼筋: fy、fy 預應力鋼筋預應力鋼筋: fpy、fpy 3.1 鋼鋼 筋筋屈服強度屈服強度: fyk極限強度極限強度: fstk條件屈服強度條件屈服強度: fpyk極限強度極限強度: fptk3.1 鋼鋼 筋筋牌號牌號符號符號公稱直徑公稱直徑（mm）屈服強度標屈服強度標準值準值 fyk抗拉強度抗拉強度設計值設計值 fy 抗壓強度

9、設抗壓強度設計值計值 fy HPB300622300270270HRB335HRBF335650335300300HRB400HRBF400RRB400650400360360HRB500HRBF500650500435410表表3-2 普通鋼筋強度標準值普通鋼筋強度標準值fyk與設計值與設計值fy 、fy ( (N/mm2) )u 鋼筋的強度取值鋼筋的強度取值3.1 鋼鋼 筋筋 u 冷拉鋼筋冷拉鋼筋: u 冷拔鋼筋冷拔鋼筋: 3.1 鋼鋼 筋筋u 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋:熱軋圓盤條經冷軋后，在其表面熱軋圓盤條經冷軋后，在其表面帶有沿長度方向均勻分布的三面或兩面橫肋的鋼筋帶有沿長度方向均勻分

10、布的三面或兩面橫肋的鋼筋u 冷軋扭鋼筋：冷軋扭鋼筋：3.1 鋼鋼 筋筋v 混凝土結構對鋼筋性能的要求：混凝土結構對鋼筋性能的要求： 1、強度高、強度高 2、變形性能好、變形性能好 3、可焊性好、可焊性好 4、與混凝土有良好的粘結性能、與混凝土有良好的粘結性能 5、經濟性、經濟性3.1 鋼鋼 筋筋v鋼筋的選用原則鋼筋的選用原則 結構規(guī)范結構規(guī)范規(guī)定按下述原則選用鋼筋：規(guī)定按下述原則選用鋼筋： 1、鋼筋混凝土結構中的鋼筋和預應力混凝土結構中、鋼筋混凝土結構中的鋼筋和預應力混凝土結構中的非預應力鋼筋宜采用的非預應力鋼筋宜采用HRB400級和級和HRB335級鋼級鋼筋，也可以采用筋，也可以采用HPB3

11、00級和級和RRB400級鋼筋級鋼筋 2、預應力混凝土結構中的預應力鋼筋宜采用預應力、預應力混凝土結構中的預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線、鋼絲，也可以采用預應力螺紋鋼筋鋼絞線、鋼絲，也可以采用預應力螺紋鋼筋3、使用冷加工鋼筋應符合專門規(guī)定、使用冷加工鋼筋應符合專門規(guī)定3.2 混混 凝凝 土土3.2 混混 凝凝 土土3.2 混混 凝凝 土土3.2 混混 凝凝 土土(軸心抗壓強度軸心抗壓強度)ccuff0.673.2 混混 凝凝 土土tcu2/3ff0.23()3.2 混混 凝凝 土土1.雙向法向應力雙向法向應力s s1和和s s2雙向受拉雙向受拉：強度接近單：強度接近單向受拉強度向受拉強度雙向受壓

12、雙向受壓：抗壓強度和：抗壓強度和極限壓應變均有所提高極限壓應變均有所提高一拉一壓一拉一壓：強度降低：強度降低圖圖3-3 混凝土雙向受力強度混凝土雙向受力強度3.2 混混 凝凝 土土2.2.砼砼在正應力在正應力s s和剪應力和剪應力 作用下作用下的的復合強度復合強度砼砼的抗壓強度的抗壓強度由于由于剪應力剪應力的存在而降低；的存在而降低；s s /fc0.50.6，抗剪強度隨壓應力的增大而剪小，抗剪強度隨壓應力的增大而剪小3.2 混混 凝凝 土土l砼的三向受壓強度砼的三向受壓強度1 1. .三向受壓時，混三向受壓時，混凝土的抗壓強度和凝土的抗壓強度和極限變形都有較大極限變形都有較大提高提高；2.2

13、.在工程實踐中，在工程實踐中，為進一步提高砼的為進一步提高砼的抗壓強度，常采用抗壓強度，常采用橫向鋼筋約束砼。橫向鋼筋約束砼。圖圖3-5 圓柱體三向受壓試驗圓柱體三向受壓試驗(a)(a)三向受壓三向受壓s s1 1- -e e1 1關系關系(b)(b)s s1 1與與s s2 2關系關系3.2 混混 凝凝 土土3.2 混混 凝凝 土土3.2 混混 凝凝 土土chcv3.2 混混 凝凝 土土cc:cep3.2 混混 凝凝 土土砼的彈性模量測定砼的彈性模量測定5cuk10(MPa)34.72.2cEf3.2 混混 凝凝 土土影響徐變因素及減小徐變措施影響徐變因素及減小徐變措施3.2 混混 凝凝 土

14、土3.2 混混 凝凝 土土n混凝土的溫度變形混凝土的溫度變形 當溫度變化時，混凝土也隨之熱脹冷縮當溫度變化時，混凝土也隨之熱脹冷縮n影響混凝土收縮的原因影響混凝土收縮的原因 1.凝縮凝縮: 在硬化初期，水泥與水的水化作用，形成在硬化初期，水泥與水的水化作用，形成一種水化晶體，而這種水泥晶體化合物較原材料一種水化晶體，而這種水泥晶體化合物較原材料的體積小，宏觀上引起混凝土的收縮。的體積小，宏觀上引起混凝土的收縮。 2.干縮干縮: 后期混凝土內自由水分的蒸發(fā)而引起的干后期混凝土內自由水分的蒸發(fā)而引起的干縮?？s。 n減小混凝土收縮減小混凝土收縮和溫變影響的措施和溫變影響的措施3.2 混混 凝凝 土土

15、v建筑工程中，鋼筋混凝土構件的混凝土強度等級建筑工程中，鋼筋混凝土構件的混凝土強度等級不應低于不應低于C20 v當采用當采用HRB335級鋼筋時，不宜低于級鋼筋時，不宜低于C25 v當采用當采用HRB400和和RRB400級鋼筋以及承受重復荷級鋼筋以及承受重復荷載的構件，不得低于載的構件，不得低于C30 v預應力混凝土結構不應低于預應力混凝土結構不應低于C30 ,不宜低于不宜低于C40v采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，不宜低于不宜低于C453.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固v鋼筋與混凝土之間的粘結是這兩種材料

16、共同工作鋼筋與混凝土之間的粘結是這兩種材料共同工作的保證，使之能共同承受外力、共同變形、抵抗的保證，使之能共同承受外力、共同變形、抵抗相互之間的滑移相互之間的滑移; v鋼筋能否可靠地錨固在混凝土中則直接影響到這鋼筋能否可靠地錨固在混凝土中則直接影響到這兩種材料的共同工作，從而關系到結構和構件的兩種材料的共同工作，從而關系到結構和構件的安全和材料強度的充分利用安全和材料強度的充分利用.3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固u 鋼筋與混凝土粘結的作用鋼筋與混凝土粘結的作用 鋼筋鋼筋和混凝土之間的粘結性和混凝土之間的粘結性能可用兩者界面上的粘結應力能可用兩者界面上的粘結應力

17、來說明。來說明。若鋼筋和砼有相對變若鋼筋和砼有相對變形（滑移）形（滑移）,則會在鋼筋和砼接則會在鋼筋和砼接觸面上產生沿鋼筋軸線方向的觸面上產生沿鋼筋軸線方向的剪應力剪應力, 這種剪應力稱為粘結應這種剪應力稱為粘結應力力.圖圖3-12 鋼筋的拔出試驗鋼筋的拔出試驗3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固u 粘結力的組成粘結力的組成 l化學膠結力化學膠結力: : 砼砼凝結時凝結時, ,由于水泥的水化作用在鋼由于水泥的水化作用在鋼筋與筋與砼砼接觸面上產生的化學吸附作用力接觸面上產生的化學吸附作用力l摩擦力摩擦力: :砼砼收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產生的力收縮后將鋼筋緊緊地握裹

18、住而產生的力 l機械咬合力機械咬合力: :鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械咬合作用而產生的力械咬合作用而產生的力 l鋼筋端部的錨固力鋼筋端部的錨固力: :采取錨固措施后所造成的機械采取錨固措施后所造成的機械錨固力錨固力 3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固u 影響粘結性能的因素影響粘結性能的因素l混凝土強度混凝土強度 l混凝土保護層厚度和鋼筋凈距混凝土保護層厚度和鋼筋凈距 l橫向配筋橫向配筋 鋼筋表面和外形特征鋼筋表面和外形特征 l受力情況受力情況 l錨固長度錨固長度3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固u

19、 受拉鋼筋的基本錨固長度受拉鋼筋的基本錨固長度lab :進行拔出試驗時進行拔出試驗時, 受拉鋼筋達到屈服時尚未發(fā)生粘結受拉鋼筋達到屈服時尚未發(fā)生粘結破壞所需的錨固長度破壞所需的錨固長度, 用用lab表示。表示。ysyypyabbbt()14f Afffldddf 3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固u 受拉鋼筋的實際錨固長度受拉鋼筋的實際錨固長度la ：aaabll當縱向受拉普通鋼筋末端采用當縱向受拉普通鋼筋末端采用彎鉤或機械錨固措施彎鉤或機械錨固措施時，包括時，包括彎鉤或錨固端頭在內的錨固長度可取彎鉤或錨固端頭在內的錨固長度可取0.6lab。彎鉤或機械錨固。彎鉤或

20、機械錨固形式：形式：圖圖1-14 鋼筋彎鉤或機械錨固的形式和技術要求鋼筋彎鉤或機械錨固的形式和技術要求（a）900彎鉤；（彎鉤；（b）1350彎鉤；（彎鉤；（c）一側貼焊錨筋；（）一側貼焊錨筋；（d）兩側貼焊錨筋；（）兩側貼焊錨筋；（e）穿孔塞焊錨板；（穿孔塞焊錨板；（f）螺栓錨頭）螺栓錨頭3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固l鋼筋的間距和混凝土的保護層不能太小鋼筋的間距和混凝土的保護層不能太?。籰優(yōu)先采用小直徑的變形鋼筋，光面鋼筋末端應設優(yōu)先采用小直徑的變形鋼筋，光面鋼筋末端應設彎鉤彎鉤； l鋼筋伸入支座應有足夠的錨固長度鋼筋伸入支座應有足夠的錨固長度； l鋼筋不

21、宜在混凝土的拉區(qū)截斷鋼筋不宜在混凝土的拉區(qū)截斷；l在大直徑鋼筋的搭接和錨固區(qū)域內宜設置橫向鋼在大直徑鋼筋的搭接和錨固區(qū)域內宜設置橫向鋼筋筋。u 保證可靠粘結的構造措施保證可靠粘結的構造措施3.3 鋼筋與混凝土之間的粘結鋼筋與混凝土之間的粘結和錨固和錨固u 鋼筋連接的原則鋼筋連接的原則 :1. 接頭應盡量設置在受力較小處接頭應盡量設置在受力較小處,以降低接頭對鋼筋以降低接頭對鋼筋傳力的影響程度傳力的影響程度;2. 在同一鋼筋上宜少設連接接頭在同一鋼筋上宜少設連接接頭,以避免過多的削弱以避免過多的削弱鉻鎳鋼金的傳力性能鉻鎳鋼金的傳力性能;3. 同一構件相鄰縱向受力鋼筋的綁扎搭接接頭宜相同一構件相鄰縱向受力鋼筋的綁扎搭接接頭宜相互錯開互錯開,限制同一連接區(qū)段內接頭鋼筋面積率限制同一連接區(qū)段內接頭鋼筋面積率;4. 在鋼筋連接區(qū)域應采用必要的構造措施在鋼筋連接區(qū)域應采用必要的構造措施.綁扎搭接接頭綁扎搭接接頭的的連接區(qū)段長度連接區(qū)段長度取取1.3倍倍的搭接長度的搭接長度ll，凡搭接接頭中點位于該連接區(qū)段長度內的搭接接頭凡搭接接頭中點位于該連接區(qū)段長度內的搭接接頭均屬于均屬于同一連接區(qū)段同一連接區(qū)段。位于同一連接區(qū)段內的受拉。位于同一連接區(qū)段內的受拉鋼筋搭接接頭的面積百分率：對鋼筋搭接接頭的面積百分率：對梁、板梁、板及及墻墻類構件，類構件，不宜大于不宜大于25%；