第3章 钢筋和混凝土材料的力学性能

一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE0.2%0.2强度指标*明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用*无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-2×均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值一、钢筋的强度和变形1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE0.2%0.2变形指标*伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值*冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂一、钢筋的强度和变形2.钢筋的级别和品种钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB300，普通热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、HRB500，细晶粒热轧带肋钢筋HRBF400、HRBF500、HRBF335冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成余热处理带肋钢筋：将HRB400、通过加热、淬火、回火而成（RRB400）。按加工钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成一、钢筋的强度和变形2.钢筋的级别和品种按表面形状光圆钢筋变形钢筋钢筋的应用范围非预应力钢筋：HPB300，HRB335，HRBF335，HRB400，HRBF400，HRB500，HRBF500，RRB400预应力钢筋：中强度预应力钢丝，消除应力钢丝，钢绞线，预应力螺纹钢筋一、钢筋的强度和变形3.钢筋的冷加工和热处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降一、钢筋的强度和变形3.钢筋的冷加工和热处理冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度一、钢筋的强度和变形4.钢筋的徐变和松弛徐变应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施一、钢筋的强度和变形5.混凝土结构对钢筋的要求•强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比•塑性要求：伸长率和冷弯要求•可焊性•与混凝土的粘结性二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂•压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力•另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度标准试块：150×150×150非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05•立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：•C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度标准值为60N/mm2立方体抗压强度fcu二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度混凝土强度等级应按下列规定选用：素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30二、混凝土的强度和变形1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc承压板试块标准试块：150×150×300•fck=0.88αc1αc2fcu，k•0.88为考虑结构中混凝土的实体强度与立方体试件混凝土强度之间的差异，对试件混凝土强度的修正系数。•αc1为轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值，对C50及以下取0.76，对高强混凝土C80取0.82，中间按线性内插。•αc2对C40以上混凝土考虑脆性折减系数，对C40以下混凝土取αc2＝1.0，对C80取αc2＝0.87，中间按线性插值。二、混凝土的强度和变形2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度直接受拉试验ft100100150150500•ftk=0.88×0.395fcu，k0.55(1-1.645δ）0.45×αc2•δ为变异系数•0.395和指数0.55为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系，是根据试验数据进行统计分析后确定的。二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压时的应力-应变关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能重复荷载下混凝土的变形性能pe包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能混凝土的弹性模量ccccep01原点切线模量（弹性模量）：拉压相同ecctgE/0变形模量（割线模量、弹塑性模量）ccctgE/'1切线模量cccddtgE''cccecEEE'受压时，为0.4~1.0；受拉破坏时，为1.0二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能混凝土的弹性模量的试验方法（150×150×300标准试件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec)/(74.342.21025mmNfEcuc二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能混凝土的泊松比和剪切模量•混凝土的泊松比，在压力较小时为0.15~0.18，接近破坏时可达0.5以上，一般可取0.2•混凝土的剪切模量为)1(2cccEG二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能----徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c0.5fc，线性徐变c0.8fc，非线性徐变cree’e’’cr’P•原因之一，胶凝体的粘性流动•原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能----影响徐变的因素•应力：c0.5fc，徐变变形与应力成正比----线性徐变0.5fcc0.8fc，非线性徐变c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定•加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大•水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大•骨料越硬，徐变越小二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能混凝土的收缩----结硬过程中混凝土体积缩小的性质•水泥品种：等级越高，收缩越大•水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大•骨料：骨料越硬，收缩越小•养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能徐变对混凝土结构的影响PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s，c二、混凝土的强度和变形4.混凝土的变形性能收缩对混凝土结构的影响AssAss收缩：钢筋受压，混凝土受拉As一、粘结作用和粘结机理PP裂缝出现后的粘结作用T两种粘结作用锚固粘结保证钢筋和混凝土共同工作缝间粘结改善钢筋混凝土的耗能性能一、粘结作用与粘结机理2.粘结机理光圆钢筋粘附力摩擦力机械咬合力（钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力）有滑移时粘附力即消失钢筋受力较大时粘结力主要由此二部分组成一、粘结作用与粘结机理2.粘结机理变形钢筋粘附力摩擦力机械咬合力主要作用一、粘结作用与粘结机理3.粘结试验拔出试验搭接长度延伸长度半梁试验搭接长度试验延伸长度试验一、粘结作用与粘结机理4.粘结破坏形态光圆钢筋钢筋拔出二、钢筋与混凝土间粘结强度lTu一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间的平均粘结强度lTsuu钢筋周长埋置长度拔出拉力影响因素混凝土强度浇注位置（水平浇注、竖向浇注）钢筋的外形特征保护层厚度和钢筋的净距三、锚固、搭接长度1.锚固长度的理论分析原则钢筋屈服时正好发生锚固破坏对象以直径为2c的混凝土试件内配直径为d的变形钢筋为例假定纵裂发生在刮出式破坏以前三、锚固、搭接长度2.实用锚固长度的计算公式yabtfldfaaabllla基本锚固长度（GB50010）：锚固钢筋的外形系数：光圆钢筋0.16；带肋钢筋0.14；螺旋肋钢丝0.13；三股钢绞线0.16；七股钢绞线0.17。对不同的情况还要作修正对上式作修正可得搭接长度受拉钢筋的锚固长度按下式计算，且不应小于200mmllall三、锚固、搭接长度2.实用锚固长度的计算公式ζa——为纵向受拉钢筋锚固长度修正系数：当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.10；环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25；施工过程中易受扰动钢筋取1.10；当纵向受拉钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正。锚固钢筋的保护层厚度为3d时修正系数可取0.80，保护层厚度为5d时修正系数可取0.70，中间按内插取值，此处d为锚固钢筋的直径。三、锚固、搭接长度2.实用锚固长度的计算公式ζl——纵向受拉钢筋搭接长度修正系数纵向搭接钢筋接头面积百分率（%）≤2550100ζl1.21.41.6