第2章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能

第2章鋼筋和混凝土的力學(xué)性能

2.1混凝土

2.2鋼筋

2.3鋼筋與混凝土的粘接§2．1混凝土教學(xué)目標(biāo)：1、了解混凝土強度的因素2、掌握混凝土的各項力學(xué)指標(biāo)及變形性能。重點：難點：混凝土的強度指標(biāo)；2.混凝土的變形；混凝土的強度指標(biāo)；2.混凝土的變形；§2．1混凝土

混凝土是由水泥、砂子和石子三種材料及水按一定配合比拌合，經(jīng)過凝固硬化后做成的人工石材；它是一種各組份具有不同性質(zhì)的多相復(fù)合材料。§2.1混凝土2.2.1混凝土的強度1.混凝土的立方抗壓強度fcu

及強度等級。（1）混凝土的立方抗壓強度fcu確定方法：用邊長為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下（溫度20±3℃，相對濕度不小于90%）養(yǎng)護28天后，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（試件的承壓面不涂潤滑劑，加荷速度約每秒0.15～0.3N/mm2）在試驗機上試壓至破壞時，所測出來的極限平均壓應(yīng)力?！?.1混凝土尺寸：邊長為150mm的立方體溫度濕度：溫度20±3℃，相對濕度不小于90%時間：28天試驗方法：不涂潤滑劑，加載速度適當(dāng)

通過上述標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測試出的值就是混凝土的立方抗壓強度fcu

混凝土強度與溫度和齡期增長曲線圖

§2.1混凝土立方體尺寸越小，抗壓強度越高加壓速度快時，立方體抗壓強度提高涂了潤滑劑所測出的強度比不涂潤滑劑的強度低§2.1混凝土不小于95%保證率的立方體抗壓強度值叫做立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的混凝土強度是按立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k確定的

例如：C30就表示該批混凝土立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值

30N/mm2或30MPa

§2.1混凝土2.混凝土的軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fck

我國采用150×150×300mm棱柱體試件測得的強度作為混凝土的軸心抗壓強度?；炷恋妮S心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算：

fck

是混凝土結(jié)構(gòu)計算用的混凝土強度指標(biāo)§2.1混凝土3：軸心抗拉強度ftk

試驗方法：直接測試法，劈裂試驗

強度僅為抗壓強度的1/20~1/8§2.1混凝土2.1.2混凝土的變形混凝土的變形可分為兩類：一類是荷載作用下的受力變形，包括混凝土一次短期加載的變形，荷載長期作用下的變形；另一類是體積變形，一般指混凝土收縮、膨脹以及由于溫度變化產(chǎn)生的變形等?！?.1混凝土1.混凝土一次短期加荷的變形性能（1）混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變曲線該曲線能夠全面的反映混凝土的強度和變形特點?；炷潦軌浩茐臋C理可概括為：隨著應(yīng)力的增大，沿粗骨料界面和砂漿內(nèi)部的微裂縫逐漸延伸和擴展，導(dǎo)致砂漿的損傷不斷積累；裂縫貫通后，混凝土的連續(xù)性遭到破壞，逐漸喪失其承載力，破壞的實質(zhì)是由連續(xù)材料逐步變成不連續(xù)材料的過程。fcsb0

dεu0.3fcs0.8fcs曲線bc段：應(yīng)變增長速度進一步加快，應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率急劇減小，混凝土內(nèi)部微裂縫進入非穩(wěn)定發(fā)展階段

σ

c0a段：應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近于直線a點相當(dāng)于混凝土的彈性極限。變形主要取決于骨料和水泥石的彈性變形，內(nèi)部的初始微裂沒有發(fā)展..曲線cd段：下降段的存在表明受壓破壞后的混凝土仍保持一定的承載能力，它主要是由滑移面上的摩擦咬合力和為裂縫所分割成的混凝土小柱體的殘余強度所提供。混凝土軸心受壓時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

曲線ab段：水泥凝膠體的粘性流動和內(nèi)部微裂縫 的擴展使混凝土表現(xiàn)出越來越明顯的塑性，應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系偏離直線，應(yīng)變的增長速度比應(yīng)力增長 快。內(nèi)部微裂縫有所發(fā)展，但處于穩(wěn)定狀態(tài)，故

b點稱為臨界應(yīng)力點，相應(yīng)的應(yīng)力相當(dāng)于的條件 屈服強度。峰值應(yīng)變ε隨混凝土強度等級不同約在0.0015～0.0025之間變動，結(jié)構(gòu)計算中一般取ε=0.002結(jié)構(gòu)計算中一般取ε=0.003～0.0035，我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010)取ε=0.0033。

εa

ε0§2.1混凝土2.混凝土在長期荷載下的變形性能－徐變定義：混凝土在長期不變荷載作用下，應(yīng)變隨時間繼續(xù)增長的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。

混凝土的徐變——時間曲線圖

混凝土的徐變對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響----在某種情況下，徐變有利于防止結(jié)構(gòu)裂縫形成；有利于構(gòu)件的應(yīng)力重分布，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象及減少溫度應(yīng)力等。----由于混凝土的徐變使構(gòu)件變形增大；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，徐變會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失；徐變使受彎和偏心受壓構(gòu)件的受壓區(qū)變形加大，故而使受彎構(gòu)件撓度增加，使偏壓構(gòu)件的附加偏心距增大而導(dǎo)致構(gòu)件承載力的降低。有利影響不利影響總之，弊多利少，應(yīng)盡量減少徐變。（1）凝期－加載時混凝土的齡期越長，徐變越小。

為了減少徐變，應(yīng)避免過早地給結(jié)構(gòu)施加長期荷載，例如在施工期內(nèi)避免過早地撤除構(gòu)件的模板支柱等，也可以采取加快混凝土硬結(jié)的措施來減小齡期對徐變的影響。影響徐變的原因：影響徐變的原因：（2）應(yīng)力越大，徐變也越大是混凝土內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下不斷發(fā)展和增加，也使徐變增大。（3）材料組成水灰比大，水泥用量多，徐變也越大（4）外部環(huán)境養(yǎng)護環(huán)境濕度愈大，溫度愈高，則水泥水化作用愈充分，徐變就愈小。反之，高溫干燥下徐變就顯著增大§2.1混凝土2.1.3混凝土的選用根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》選用

GB50010-2010§2.2鋼筋教學(xué)目標(biāo)：1、了解鋼筋的種類、級別與形式2、掌握鋼筋應(yīng)力－應(yīng)變曲線的特點重點難點：鋼筋的力學(xué)性能；§2.2鋼筋鋼筋：在鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中采用的棒狀或絲狀鋼材，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中主要用于受拉的材料。鋼筋的主要品種鋼筋按外形分類光面鋼筋變形鋼筋軋制和加 工工藝HPB235HRB400HRB335HRB500宜用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié) 構(gòu)

《混規(guī)》未

列入，執(zhí)行 相應(yīng)的行業(yè) 技術(shù)規(guī)程。

40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr冷拉鋼筋冷軋帶肋鋼筋冷軋扭鋼筋冷撥鋼絲鋼筋的分類熱處理鋼筋冷加工鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋HotRolledSteelReinforcingBarHPB300級、HRB335級、HRB400級、HRB500級HPBBarPlainHotrolledHRBBarRibbedHotrolled屈服強度fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB300級：fyk

=300N/mm2HRB335級：fyk

=335N/mm2HRB400級、RRB400級：fyk

=400N/mm2HRB500級：fyk

=500N/mm2

普通鋼筋普通鋼筋有光面鋼筋和變形鋼筋兩種。

HPB235鋼筋是光面鋼筋，HRB335、HRB400、RRB400鋼筋是帶肋變形鋼筋。光面鋼筋螺紋鋼筋人字紋鋼筋月牙紋鋼筋HPB235HPB300HRB335HRB400RRB400HRB500鋼筋級別

ⅠⅡⅢⅣ鋼筋符號鋼筋外形光圓鋼筋螺紋或月牙紋等螺紋或月牙紋等螺紋或月牙紋等普通鋼筋“施工圖”中表示方法普通鋼筋“施工圖”中表示實例

2.2鋼筋舉例說明：“225”表示有二根直徑為25的Ⅱ級鋼筋?！唉?@150”表示直徑為8的Ⅰ級鋼筋每間距150

布置一根。預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋必須采用高強度材料，可分為消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋。刻痕鋼絲鋼絞線2.2.2鋼筋的力學(xué)性能有明顯屈服點（軟鋼）無明顯屈服點（硬鋼）鋼筋種類熱軋類鋼材，如HPB300,HRB335等鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋鋼筋應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線圖se

有明顯屈服點的鋼筋a’abb下cdfua′為比例極限oa為彈性階段cd為強化階段b為屈服上限b下為屈服下限，即屈服強度fybc為屈服臺階d為極限抗拉強度fufyede為頸縮階段o幾個指標(biāo)：屈服強度：

是鋼筋強度的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將很大的塑性 變形，且卸載時這部分變形不可恢復(fù)，這會使鋼筋混凝 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)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限 作為屈服強度。極限強度：是結(jié)構(gòu)進行抗倒塌設(shè)計的依據(jù)δ5or10l?l0第二章鋼筋和混凝土的材料性能伸長率：鋼筋拉斷時的應(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

=

l0屈強比：反映鋼筋的強度儲備，fy/fu=0.6~0.7。

種類EsHPB235級鋼筋

52.1×10HRB335級鋼筋、HRB400級鋼筋、RRB400級鋼筋、熱處理鋼筋

52.0×10消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲

52.05×10鋼絞線

51.95×10第二章鋼筋和混凝土的材料性能2.1鋼筋有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線性的理想彈塑性關(guān)系ε≥ε

yε＜εyσ=Esεfy1Es

εy

σ=fy鋼筋的彈性模量(N/mm2)無明顯屈服點的鋼筋對于沒有明顯屈服點的鋼材，以殘余變形為0.2%時的應(yīng)力作為名義屈服點，其值約等于極限強度85%。有明顯屈服點（軟鋼）無明顯屈服點（硬鋼）鋼筋種類熱軋類鋼材，如HPB300,HRB335等鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋優(yōu)缺點

有明顯的屈服點，破壞前有明顯的預(yù)兆（較大的變形，即伸長率），屬延性破壞強度高，但塑性差，脆性大。從加載到突然拉斷，屬脆性破壞

鋼筋的力學(xué)性能鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)屈服強度、極限強度，是鋼材的二個基本強度指標(biāo)。

伸長率、冷彎性能，是鋼材的二個基本塑性性能指標(biāo)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋。熱軋光面鋼筋HPB235，HPB300，用于鋼筋混凝土板和小型構(gòu)件的受力鋼筋以及各種構(gòu)件的構(gòu)造鋼筋。熱軋帶肋鋼筋HRB335，HRB400，HRB500用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋以及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋。2.2.3鋼筋的選用余熱處理鋼筋RRB400

RRB系列余熱處理鋼筋由軋制鋼筋經(jīng)高溫淬水，余熱處理后提高強度。其延性、可焊性、機械連接性能及施工適應(yīng)性降低，一般可用于對變形性能及加工性能要求不高的構(gòu)件中，如基礎(chǔ)、大體積混凝土、樓板、墻體以及一些次要的中小結(jié)構(gòu)構(gòu)件中?！?.3鋼筋與混凝土的粘接教學(xué)目標(biāo)：1、理解鋼筋與混凝土之間粘接應(yīng)力的作用2、掌握鋼筋和混凝土之間粘接的構(gòu)造措施

粘接力：指的是鋼筋與混凝土接觸面上的剪應(yīng)力。使鋼筋和混凝土這兩種材料協(xié)同工作。第二章鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能粘結(jié)的工程應(yīng)用1、錨固粘結(jié)anchoragelaM圖Mmax鋼筋截斷

fyfyττ梁柱節(jié)點

鋼筋搭接

柱腳2.3鋼筋與混凝土的粘結(jié)粘接力的組成：

1：膠結(jié)力

----混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力。取決于水泥的性質(zhì)和鋼筋表面的粗糙程度。這種力一般很小，只在鋼筋和混凝土界面存在，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑移時就消失。2：摩擦力----混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住，當(dāng)鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對滑移時，在鋼筋和混凝土界面上將產(chǎn)生摩擦力。鋼筋和混凝土之間的擠壓力越大、接觸面越粗糙，則摩擦力越大。3：機械咬合力

----鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機械咬合作用而產(chǎn)生的力。變形鋼筋的橫肋會產(chǎn)生這種咬合力，它的咬合作用往往很