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成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构1编号2)年月日课题第2章钢筋和混凝土的力学性能2.1钢筋的力学性能课时2教学目的①熟悉钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构所用钢筋的主要品种;②熟悉钢筋的应力应变曲线及各项力学性能指标的意义,了解冷加工钢筋的性能;③了解混凝土结构对钢筋性能的要求。教学重点①软钢、硬钢的应力应变曲线;②钢筋的力学性能指标:屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能的概念及工程意义。教学难点钢筋的强度与塑性指标教学关键点①软钢、硬钢的应力应变曲线;②钢筋的力学性能指标:屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能的概念及工程意义。教具《建筑结构》教材及教案板书设计第2章钢筋和混凝土的力学性能2.1钢筋的力学性能一、钢筋的分类1.按化学成分2.按外形3.按加工方法二、钢筋的强度和变形1.钢筋屈服强度的取值:软钢和硬钢2.钢筋的变形力学指标:伸长率和冷弯性三.混凝土结构对钢筋性能的要求1.较高的强度;2.良好的塑性;3.良好的可焊性;4.较强的耐火性;5.钢筋与混凝土良好的粘结力。四、钢筋的选用1.钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级热轧钢筋2.预应力钢筋宜采用钢丝、钢绞线和热处理钢筋,成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构2教案内容及教学过程提示与补充课题导入:复习提问:①建筑结构基本概念;②建筑结构分类;③钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构的特点及应用范围。钢筋混凝土结构是最重要的结构形式之一,其组成材料钢筋和混凝土的性能对结构的影响很大课程新授:第2章钢筋和混凝土的力学性能本章学习要点1、熟悉钢筋的分类及混凝土结构和预应力混凝土结构所用钢筋的主要品种及性能;2、熟悉有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋的应力应变曲线;3、熟悉钢筋的力学性能指标及意义;4、了解钢筋冷加工的概念及冷加工钢筋的性能与应用;5、熟悉混凝土结构对钢筋性能的要求;6、熟悉混凝土的强度概念及三个强度指标,了解混凝土强度等级的选用;7、熟悉混凝土一次短期加载时混凝土的受压应力应变曲线;8、熟悉混凝土收缩、徐变的概念,影响因素,对工程的影响及工程中为减小收缩和徐变所采取的措施;9、钢筋与混凝土共同工作的原因10、粘结强度及影响因素11、保证粘结强度的构造措施成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构3教案内容及教学过程提示与补充2-1钢筋的力学性能2.1.1混凝土结构用钢筋的种类1、按化学成分分类低碳钢(含碳量<0.25%)碳素钢中碳钢(含碳量0.25~0.6%)高碳钢(含碳量>0.6%)普通低合金钢含碳量越高,强度越高,但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢。普通低合金钢是在碳素钢的基础上,再加入微量的合金元素,如硅、锰、钒、钛、铌等,目的是提高钢材的强度,改善钢材的塑性性能。2、按生产加工工艺和力学性能分类HPB235:光圆筋Φ热轧钢筋HRB335:变形筋(月牙纹)ΦHRB400、RRB400:变形筋(螺纹、人字纹、月牙纹)热处理钢筋:经淬火、回火处理钢丝、钢绞线3、钢筋按其外形不同分为光面钢筋变形钢筋(螺纹、人字纹和月牙纹)目前常用的是月牙纹钢筋,如图1-1。通常变形钢筋直径不小于10mm,光面钢筋直径不小于6mm。预应力混凝土成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构4教案内容及教学过程提示与补充图2-1月牙肋钢筋2.1.2钢筋的主要力学性能1、钢筋σS–εS曲线有屈服点钢筋:强度较低、塑性变形大无屈服点钢筋:强度高、塑性变形小2、钢筋的力学性能指标(1)、钢筋的强度对于有明显屈服点钢筋,取屈服强度fy作为钢筋强度的计算指标。这是因为当钢筋屈服后,钢筋虽然没有断裂,但会产生较大的塑性变形,即使荷载不增加,构件也会产生很大的裂缝和变形,超出正常使用的允许值。图2-2钢筋的应力-应变曲线(a)εs0εyσsfufy(b)00.2%εsσsσbσ0.2成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构5教案内容及教学过程提示与补充对于无明显屈服点钢筋,为了防止构件的突然破坏并防止构件的裂缝和变形太大,设计强度取其条件屈服强度σ0.2作为钢筋强度的计算指标。目前,《规范》统一取σ0.2为极限抗拉强度σb的0.85倍,即σ0.2=0.85σb。(2)、钢筋的塑性性能指标钢筋的伸长率(δ5或δ10):伸长率大,则钢筋塑性好,拉断前有明显的预兆,属于延性破坏;伸长率小,说明钢筋塑性较差,拉断前变形小,破坏突然,属于脆性破坏。钢筋的冷弯性能:在常温下将钢筋绕规定的直径D弯曲α角度而不出现裂纹、鳞落和断裂现象,既认为钢筋的冷弯性能符合要求。D愈小,α愈大,则弯曲性能愈好。钢筋的力学性能指标表2-1钢筋级别钢号公称直径d(mm)屈服强度N/mm2抗拉强度N/mm2伸长率δ5冷弯性能α—弯曲角度D-弯心直径弹性模量N/mm2HPB235Q2358~2023537025α=180°D=d2.1×105HRB33520MnSi6~2533549016α=180°D=3d2.0×10528~50α=180°D=4dHRB40020MnSiV20MnSiNb20MnTi6~2540057014α=180°D=4d2.0×10528~50α=180°D=5dRRB400K20MnSi8~2540060014α=90°D=3d2.0×10528~40α=90°D=4d成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构6教案内容及教学过程提示与补充表1-1列出了热轧钢筋的强度、伸长率和冷弯性能、弹性模量等各项指标。3、钢筋的冷加工(1)、冷拉:在常温下将热轧钢筋拉到超过其屈服强度进入强化阶段的某一应力值,然后卸荷至零,利用“冷拉时效”,使钢筋的强度得到提高,但其塑性有所下降。(2)、冷拔:将热轧钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模,可使钢筋强度大幅提高,但塑性大幅度下降。(3)、冷轧:在常温下将热轧钢筋表面轧制成不同的形状,其材料内部组织变得更加密实,钢筋的强度及与混凝土的粘结力有所提高,但塑性性能有所下降。目前常用的冷轧钢筋有冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋两种。冷加工钢筋强度虽然提高了,但塑性大幅下降,所以《规范》不推荐使用冷加工钢筋(规范未列入)。2.1.3混凝土结构对钢筋性能的要求1、一般要求⑴有较高的强度和适宜的屈强比。⑵有较好的塑性。⑶具有较好的焊接性能。⑷与混凝土之间具有良好的粘结。2、抗震要求对于有抗震要求的混凝土结构用钢筋,除上述一般要求外,还有以下具体要求:⑴抗震等级为一、二级的框架结构,其纵向受力钢筋采用普通钢筋时,应满足:①钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值(强屈比)不应小1.25,目的是为了保证当构件某个部位出现塑性铰后,塑性铰处有足够的转动能力与耗能能力成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构7教案内容及教学过程提示与补充②钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3,目的是为了保证结构设计中强柱弱梁、强剪弱弯的设计要求。⑵普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋。纵向受力钢筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋,箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构用钢筋,《规范》规定如下:普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋;预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝,也可采用热处理钢筋。课课堂堂巩巩固固::思考题1-6本本节节小小结结::混凝土结构用钢筋多为低碳钢和普通低合金钢,普通钢筋主要是热轧钢筋(有HPB235、HRB335、HRB400、RRB400四级),预应力钢筋主要有预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋;有明显屈服点钢筋的力学性能指标有屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能,屈服强度是钢筋强度取值依据,无明显屈服点钢筋取条件屈服强度;混凝土结构对钢筋的性能要求有:强度高、塑性好、可焊性好、与混凝土有良好的粘结等。作作业业布布置置:思考题4、5成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构8(编号2)年月日课题2.2混凝土的力学性能课时2教学目的①熟悉混凝土强度的概念及一次短期加载下的应力应变曲线;②熟悉混凝土收缩与徐变及其对工程的影响。教学重点混凝土的强度及受压的应力应变曲线教学难点混凝土的强度及受压的应力应变曲线教学关键点混凝土的强度及受压的应力应变曲线教具《建筑结构》教材及教案板书设计2.2混凝土的力学性能一、混凝土的强度1.混凝土立方体抗压强度与混凝土强度等级2.混凝土的轴心抗压强度3.混凝土的轴心抗拉强度二.混凝土的变形1.一次短期加载下混凝土的变形性能(1)混凝土受压时的应力-应变关系(2)混凝土的横向变形系数(3)混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量2.混凝土在荷载重复作用下的变形(疲劳变形)3.荷载长期作用下混凝土的变形性能(1)徐变:在长期不变的荷载作用下,结构或构件产生的应变或变形;(4)影响徐变的因素:A.保持的应力(荷载)大小B.加载时的龄期:龄期早,徐变大;C.其它:水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。(5)徐变对结构的影响A.使结构产生应力重分布;B.使预应力产生损失。4.混凝土的收缩、膨胀和温度变形成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构9教案内容及教学过程提示与补充课题导入:复习提问:①钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构所用钢筋的种类——热轧钢筋(共四个品种HPB235、HRB335、HRB400、RRB400)及预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋;②钢筋的力学性能指标——强度、伸长率、冷弯性能;③混凝土结构对钢筋性能的要求——强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结。新课导入:混凝土是钢筋混凝土结构的另一重要材料,它的性能如何?工程中如何选用混凝土?课程新授:2.2混凝土的力学性能2.2.1混凝土的强度1.立方体抗压强度《规范》规定:按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度标准值,用fcu,k表示,单位为N/mm2(Mpa)。立方体抗压强度是衡量混凝土强度高低的基本指标值,是确定混凝土强度等级的依据。现行规范将混凝土划分为14个强度等级,一般将C50以上的混凝土称为高强混凝土。工程当用到边长100mm或200mm的非标准试件时,应将其立方体抗压强度实测值分别乘以换算系数0.95和1.052、轴心抗压强度采用150×150×300mm的棱柱体试件测得的抗压强度为混凝土的轴心抗压强度标准值,用fc,k表示。其与立方体抗压强度标准值之间近似下列关系:fc,k=0.88αc1αc2fcu,k(2-1)成都市建设学校教案钢筋混凝土与砌体结构10教案内容及教学过程提示与补充式中αc1——棱柱体强度与立方体强度之比值,对≤C50混凝土取αc1=0.76,对C80取αc1=0.82,中间按线性规律变化;αc2——C40以上混凝土脆性折减系数,对C40取αc2=1.0,对C80取αc2=0.87,中间按线性规律变化;0.88——考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而引入的修正系数。混凝土轴心抗压强度是钢筋混凝土结构构件承载力计算的强度指标。3、轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度很低(约为抗压强度的1/10~1/8),其标准值可采用轴向拉伸试验或劈裂抗拉试验来确定。混凝土的轴心抗拉强度标准值ft,k与立方体抗压强度标准值fcu,k之间具有以下对应关系:ft,k=0.88×0.39555.ocukf(1-1.645δ)0.45×αc2(2-2)式中δ——混凝土强度变异系数。混凝土轴心抗拉强度是钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝宽度和变形验算时的强度指标。4、复合应力状态下的混凝土强度在复合应力状态下,混凝土的强度和变形性能与单轴应力状态下有明显的不同。混凝土三向受压时,混凝土一向的抗压强度随另两向压应力的增加而增大,并且混凝土的极限压应变也大大增加。因为侧向压力约束了混凝土的横向变形,抑制了混凝土内部裂缝的出现和开展,使得混凝土的强度和延性均有明显提高。在工程中常采用密排箍筋柱、螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱,其核芯区形成“约束混凝土”
本文标题:2章钢筋和混凝土力学性能3
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