第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能_钢筋

混凝土结构ConcreteStructure第二章钢筋和混凝土材料的力学性能MechanicalPropertiesofReinforcementandConcrete第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋§2.2钢筋的物理力学性能2.2.1钢筋的品种2.2.2钢筋的应力-应变关系2.2.3混凝土结构对钢材性能的要求第二章钢筋和混凝土材料的力学性能基本要求重点、难点钢筋的典型应力应变关系；种类和级别，冷加工钢筋强度指标和变形能力指标。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋§2.1钢筋SteelReinforcement2.1.1钢筋的品种第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋热轧钢筋HotRolledSteelReinforcingBarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N/mm2第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（PlainBar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335级(Ⅱ级)和HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（DeformedBar）。Ⅳ级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋延伸率：d5=25、16、14、10%，直径8~40。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋钢丝Wire：中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线(StrandorTendon)的为1470~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；钢丝的直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋Coldworkingrebar：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋Heattreatment：是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋◆钢筋拉伸试验lPPAAPll2.1.2钢筋的应力-应变关系Stress-StrainRelation第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋◆(1)有明显屈服点的钢筋Rebarwithyieldpoint(热轧钢筋、冷拉钢筋)a’为比例极限proportionallimit=Esa’a为弹性极限elasticlimitade为强化段strainhardeningstagebb为屈服上限upperyieldstrengthc为屈服下限，即屈服强度fyloweryieldstrengthcdcd为屈服台阶yieldplateauefue为极限抗拉强度fuultimatetensilestrengthfyf比例极限屈服强度极限强度流幅第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋几个指标：屈服强度yieldstrength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。伸长率elongationstrain：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好0010or5llld屈强比反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7。残余变形r弹性变形e均匀伸长率dgt对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力(≥2.5%)第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系Bilinearelasto-plasticrelationyyysfEfyy1Es钢筋的弹性模量(N/mm2)种类EsHPB235级钢筋2.1×105HRB335级钢筋、HRB400级钢筋、RRB400级钢筋、热处理钢筋2.0×105消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05×105钢绞线1.95×105第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋◆(2)无明显屈服点的钢筋Rebarwithoutyieldpoint(钢丝、热处理钢筋)a0.2%0.2fua点：比例极限，约为0.65fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标——条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取0.2=0.85fu第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于fy,m-3，具有97.73%的保证率，满足《建筑结构设计统一标准》材料强度标准值保证率95%的要求。普通钢筋强度标准值（N/mm2）种类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)4002.1.3钢筋的强度标准值(CharacteristicorStandardStrength)第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋预应力钢筋强度标准值（N/mm2）种类fptk消除应力钢丝螺旋肋钢丝4~91470157016701770刻痕钢丝5、714701570二股d=10.0d=12.01720三股d=10.8d=12.91720钢绞线七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.21860186018601860，1820，1720热处理钢筋40Si2Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)14701、钢绞线直径d系指钢绞线外接圆直径2、各种直径、钢丝、钢绞线的截面积见附录2.1.4钢材的冷加工•冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。•冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高钢材强度，节约钢筋。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形o'abcc'd'd冷拉无时效冷拉经时效冷拉第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。冷拉时应力值必须超过钢筋的屈服强度。时效硬化。可采用控制应力和控制冷拉率两种方法。冷扎冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性要好一些。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋冷拔可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。d1d2Pd2d1冷拔第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋2.1.5混凝土结构对钢材性能的要求：强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结。在严寒地区，还应考虑钢筋的低温性能。Keynotes:1.Usageofdifferentrebar’stypesandgrades2.Twotypesofstress-strainrelation3.Characteristicstrength4.DeformationcapacityYieldstrengthElongationstrainModulusofelasticity第二章钢筋和混凝土的材料性能2.1钢筋