第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能1

1、第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能第第1章章 鋼筋和混凝土材料的鋼筋和混凝土材料的主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能砼的物理力學(xué)性能砼的物理力學(xué)性能重點：重點：鋼筋的級別、強度和變形性能鋼筋的級別、強度和變形性能混凝土的強度和變形性能混凝土的強度和變形性能粘結(jié)破壞機理粘結(jié)破壞機理第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋D公稱直徑 A3 股鋼絞線量測尺寸鋼絞線圖 2-1 常用鋼筋形式刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段

2、0.2%0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同應(yīng)變曲線幾乎相同第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能ABBCDE0.2%0.2* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應(yīng)的明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應(yīng)的強度作為設(shè)計強度的依據(jù)，強度作為設(shè)計強度的依據(jù)，因為，鋼因為，鋼筋屈服后會產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋筋屈服后會產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用不可閉合的裂縫，以至不能使用 * 無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)闊o明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力作為時所對應(yīng)的應(yīng)

3、力作為條件屈服條件屈服強度強度 第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋 fy y1Es0.01)( )( yyysfE第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能ABBCDE鋼筋拉斷后的伸長鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值與原長的比值100%lll伸長率伸長率越大，鋼筋的越大，鋼筋的塑性塑性和和變形能力變形能力越好越好。第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能2.2 鋼筋彎芯直徑彎芯直徑越小，越小，彎轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)度度越大，越大，冷彎性能冷彎性能越越好，即好，即塑性塑性越好。越好。 D：將直徑為將直徑為d的鋼筋繞直徑為的鋼筋繞直徑為D的鋼輥的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂 第1章 鋼筋和混凝土材

4、料的力學(xué)性能鋼筋 熱軋鋼筋熱軋鋼筋、鋼絞線鋼絞線、高強鋼絲、熱處理鋼筋高強鋼絲、熱處理鋼筋和和冷冷加工鋼筋。加工鋼筋。 熱軋鋼筋熱軋鋼筋第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能熱軋鋼筋熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能uHPB235級(級)鋼筋鋼筋多為光面鋼筋（多為光面鋼筋（Plain

5、Bar），），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋uHRB335級(級)和 HRB400級(級)鋼筋鋼筋強度強度較高，多較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用寸較大的構(gòu)件，也有用級鋼筋作箍筋的級鋼筋作箍筋的為增為增強與混凝土的粘結(jié)，外形制作成月牙肋或等高強與混凝土的粘結(jié)，外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋肋的變形鋼筋。uRRB400級鋼筋為余熱處理鋼筋鋼筋為余熱處理鋼筋第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋屈服標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋屈服標(biāo)準(zhǔn)值= =鋼材廢品限值，保證率鋼材廢品限值，保證率97.73% 97.73% （95%95%

6、）種類符號 d(mm)fyk、 fsk熱軋鋼筋HPB235（Q235）820235HRB335（20MnSi）650335HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）650400RRB400（K20MnSi）840400第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能Es種種 類類EsHPB235級鋼筋級鋼筋2.1105HRB335HRB335級鋼筋、級鋼筋、HRB400HRB400級鋼筋、級鋼筋、 RRB400 RRB400級鋼筋、級鋼筋、熱處理鋼筋熱處理鋼筋2.0105消除應(yīng)力鋼絲（光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲）消除應(yīng)力鋼絲（光面鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲）2.05105鋼絞線鋼絞線

7、1.95105第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能種種 類類符號符號 d(mm) fptk13 s8.6、10.81860、1720、157012.91720、1570179.5、11.1、12.7 186015.21860、1720光面光面螺旋助螺旋助 P H4、51770、1670、157061670、15707、8 、91570刻痕刻痕 I5、7157040Si2Mn HT6147048Si2Mn8.245Si2Cr10第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能1 屈服強度屈服強度2 極限強度極限強度3 伸長率伸長率4 冷彎性能冷彎性能5 焊接性能焊接性能6 耐火性能耐火性能7 粘結(jié)性能粘結(jié)性能變

8、形指標(biāo)變形指標(biāo)強度指標(biāo)強度指標(biāo)檢驗鋼筋性能檢驗鋼筋性能的四大指標(biāo)的四大指標(biāo)9003dHRB40018003dHRB33518001dHPB235冷彎角冷彎角度度 冷彎直冷彎直徑徑D級別級別參數(shù)參數(shù)D d第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土混凝土立方抗壓強度混凝土立方抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度混凝土抗拉強度cufcftf150 150 150150 150 300100 100 500第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能2.1 混凝土 （混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強度抗壓強度。因此抗壓強。因此抗壓強度是混凝土力學(xué)性能中度是混凝土

9、力學(xué)性能中最主要最主要和和最基本的指標(biāo)最基本的指標(biāo)） 邊長邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（203，90%濕度）養(yǎng)護(hù)濕度）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑兩端不涂潤滑劑）測得的）測得的具有具有95%保證率保證率的立方體抗的立方體抗壓強度。壓強度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645 )。 第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能 （2）混凝土的強度等級：混凝土的強度等級： 規(guī)范規(guī)范是根據(jù)混凝土立是根據(jù)混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值來劃分的。從方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值來劃分的。從C15C

10、80共劃分為共劃分為14個強度等級（如個強度等級（如C30表示表示fcu,k =30N/mm2），級差為，級差為5N/mm2。 （3）非標(biāo)準(zhǔn)試塊強度換算系數(shù)：非標(biāo)準(zhǔn)試塊強度換算系數(shù)： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。 套箍效應(yīng)套箍效應(yīng): 不涂潤滑油不涂潤滑油 涂潤滑油涂潤滑油第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級強度種類強度種類符號符號C15C20C25C30C35軸心抗壓強度軸心抗壓強度fck10.013.416.720.123.4軸心抗拉強度軸心抗拉強度ftk1.2

11、71.541.782.012.20混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能未采取減摩措施未采取減摩措施采取減摩措施后采取減摩措施后第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土也稱棱柱體抗壓強度也稱棱柱體抗壓強度（用符號（用符號fc表示）表示），是用高寬比為，是用高寬比為24的棱柱體試件測的棱柱體試件測得的抗壓強度，我國標(biāo)準(zhǔn)以得的抗壓強度，我國標(biāo)準(zhǔn)以150150300mm

12、的棱柱的棱柱體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，也常用也常用150150450的棱柱體的棱柱體試件。試件。第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：標(biāo)準(zhǔn)試塊：150150 300非標(biāo)準(zhǔn)試塊：非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100100 300 換算系數(shù)換算系數(shù) 0.95 200200 400 換算系數(shù)換算系數(shù) 1.05考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強度大于棱柱體抗壓強度，且有：度大于棱柱體抗壓強度，且有： fc=0.76fcu (試驗結(jié)果試驗結(jié)果)考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu 對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會

13、等）對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（采用的圓柱體試件（d=150, h=300），有），有fc=0.79fcu 圓柱體抗壓強度第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能ft100100150150500100100500mm的柱體的柱體第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土0102030405060708090100123456 GBJ10-89規(guī)范規(guī)范55. 0395. 0cu,m t,mff 3/226. 0 cu,mt,mff mtf,mcuf, 500 150 15010016軸心受拉試驗第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能拉壓壓 （由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用

14、立方體或圓柱體由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈劈裂試驗裂試驗測定混凝土的抗拉強度測定混凝土的抗拉強度）dlFstf2,劈拉試驗FdFfts第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土fc 第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能02468102030(MPa) 10-3第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA點以前點以前，微裂縫沒有，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點應(yīng)力隨混凝土強度的點應(yīng)力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強提高而增加，對普通強度混凝土度混凝土 A約為約為

15、 (0.30.4)fc ，對高強混，對高強混凝土凝土 A可達(dá)可達(dá)(0.50.7)fc。A點以后點以后，由于微裂縫，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的?；炷猎诮Y(jié)硬過程中，混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石原

16、因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K弱部位。混凝土的最終破壞就是由于這些微裂破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的?？p的發(fā)展造成的。達(dá)到達(dá)到B點，內(nèi)部一些微點，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取致破壞。取B點的應(yīng)力點的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土強度。普通強度

17、混凝土 B約為約為0.8fc，高強強度，高強強度混凝土混凝土 B可達(dá)可達(dá)0.95fc以上。以上。達(dá)到達(dá)到C點點fc，內(nèi)部微裂縫，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，增長速度明顯加快，C點的縱向應(yīng)變值稱為峰點的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變值應(yīng)變 0，約為，約為0.002?？v向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點，點，內(nèi)部裂縫在試件表面出內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。力方向的縱向裂縫。隨應(yīng)變增長，試件上相隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，發(fā)展

18、，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。通形成斜向破壞面。E點的應(yīng)變點的應(yīng)變 = (23) 0，應(yīng)力應(yīng)力 = (0.40.6) fc。2.1 混凝土的物理力學(xué)性能第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土 （實際結(jié)構(gòu)中，混凝土（實際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少很少處于單向受力狀態(tài)。處于單向受力狀態(tài)。更多更多的是的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。）處于雙向或三向受力狀態(tài)。）雙向受壓強度雙向受壓強度大于大于單單向受壓強度，向受壓強度，最大強最大強度發(fā)生在度發(fā)生在兩個壓應(yīng)力兩個壓應(yīng)力之比為之比為0.3 0.6之間，之間，約為約為(1.251.60 )fc。第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能第二章 鋼筋和混凝土的材料性能混凝土 任意應(yīng)力比情況下，任意應(yīng)力比情況下，其強度均不超過其強度均不超過相應(yīng)的單軸相應(yīng)的單軸強度。強度。并且抗壓強度或抗拉強度均隨并且抗壓強度或抗拉強度均隨另一方向拉應(yīng)力另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小?；驂簯?yīng)力的增加而減小。 任意應(yīng)力比情況下，任意應(yīng)力比情況下，其強度其強度均均與單軸抗拉強與單軸抗拉強度度相近相近。第1章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能混凝土（構(gòu)件受剪或受扭時常遇到）（