第1章-钢筋和混凝土材料的力学性能1

第1章钢筋和混凝土材料的力学性能第1章钢筋和混凝土材料的力学性能主要内容：钢筋的物理力学性能砼的物理力学性能重点：钢筋的级别、强度和变形性能混凝土的强度和变形性能粘结破坏机理第1章钢筋和混凝土材料的力学性能1.1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D—公称直径A—3股钢绞线量测尺寸钢绞线图2-1常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝第1章钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋的应力-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-应变曲线几乎相同第1章钢筋和混凝土材料的力学性能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第1章钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋有明显屈服点钢筋应力-应变关系的数学模型双直线的理想弹塑性模型－－即《规范》模型fyy1Es0.01)()(yyysfE第1章钢筋和混凝土材料的力学性能AB’BCDE变形指标*延伸率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值100%lll伸长率越大，钢筋的塑性和变形能力越好。第1章钢筋和混凝土材料的力学性能2.2钢筋弯芯直径越小，弯转度越大，冷弯性能越好，即塑性越好。D变形指标*冷弯性能：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第1章钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋2钢筋的品种热轧钢筋、钢绞线、高强钢丝、热处理钢筋和冷加工钢筋。热轧钢筋第1章钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋预应力钢筋第1章钢筋和混凝土材料的力学性能热轧钢筋HotRolledSteelReinforcingBarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHotrolledPlainBarHRBHotrolledRolledBarRRBRolledRibbedBar第1章钢筋和混凝土材料的力学性能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，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。RRB400级钢筋为余热处理钢筋第1章钢筋和混凝土材料的力学性能屈服强度标准值钢筋屈服标准值=钢材废品限值，保证率97.73%（95%）种类符号d(mm)fyk、fsk热轧钢筋HPB235（Q235）8~20235HRB335（20MnSi）6~50335HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）6~50400RRB400（K20MnSi）8~40400普通钢筋强度标准值(N/mm2)第1章钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋的弹性模量Es(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（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）2.05×105钢绞线1.95×105第1章钢筋和混凝土材料的力学性能种类符号d(mm)fptk钢绞线1×3s8.6、10.81860、1720、157012.91720、15701×79.5、11.1、12.7186015.21860、1720清除应力钢丝光面螺旋助PH4、51770、1670、157061670、15707、8、91570刻痕I5、71570热处理钢筋40Si2MnHT6147048Si2Mn8.245Si2Cr10预应力钢筋强度标准值（N/mm2）第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土结构对钢筋性能的要求1屈服强度2极限强度3伸长率4冷弯性能5焊接性能6耐火性能7粘结性能变形指标强度指标检验钢筋性能的四大指标9003dHRB40018003dHRB33518001dHPB235冷弯角度冷弯直径D级别参数Dd第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土1.2混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度cufcftf150×150×150150×150×300100×100×500第1章钢筋和混凝土材料的力学性能2.1混凝土（混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标）（1）立方体抗压强度标准值：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。fcu,k=fcu,m(1-1.645)。1.2混凝土的强度1、立方体抗压强度fcu，立方体抗压强度标准值fcu,k第1章钢筋和混凝土材料的力学性能（2）混凝土的强度等级：《规范》是根据混凝土立方体抗压强度标准值来划分的。从C15~C80共划分为14个强度等级（如C30表示fcu,k=30N/mm2），级差为5N/mm2。（3）非标准试块强度换算系数：200mm×200mm×200mm:1.05；100mm×100mm×100mm:0.95。套箍效应:不涂润滑油涂润滑油第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土混凝土强度标准值（N/mm2）混凝土强度等级强度种类符号C15C20C25C30C35轴心抗压强度fck10.013.416.720.123.4轴心抗拉强度ftk1.271.541.782.012.20混凝土强度等级C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10第1章钢筋和混凝土材料的力学性能未采取减摩措施采取减摩措施后第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土2、轴心抗压强度fc（1）轴心抗压强度的概念：也称棱柱体抗压强度（用符号fc表示），是用高宽比为2~4的棱柱体试件测得的抗压强度，我国标准以150×150×300mm的棱柱体试件为标准试件，也常用150×150×450的棱柱体试件。（2）棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系第1章钢筋和混凝土材料的力学性能棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数0.95200×200×400换算系数1.05•考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：•fc=0.76fcu(试验结果)•考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu•对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强度第1章钢筋和混凝土材料的力学性能直接受拉试验ft1001001501505003、砼的抗拉强度ft轴心受拉试件一般为100×100×500mm的柱体第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系0102030405060708090100123456GBJ10-89规范55.0395.0cu,mt,mff3/226.0cu,mt,mffmtf,mcuf,50015015010016轴心受拉试验▲轴心抗拉强度试验第1章钢筋和混凝土材料的力学性能拉压压（由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度）dlFstf2,劈拉强度劈拉试验FdF▲劈裂试验——劈拉强度fts第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土二、混凝土破坏机理fcfcu?（a）不涂润滑剂（b）涂润滑剂≈棱柱体立方体第1章钢筋和混凝土材料的力学性能02468102030(MPa)×10-3第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2混凝土BACEDA点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土A约为(0.3~0.4)fc，对高强混凝土A可达(0.5~0.7)fc。A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土B约为0.8fc，高强强度混凝土B可达0.95fc以上。达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变0，约为0.002。纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变=(2~3)0，应力=(0.4~0.6)fc。2.1混凝土的物理力学性能第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土三、复杂应力下混凝土的受力性能（实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。）双向受压强度大于单向受压强度，最大强度发生在两个压应力之比为0.3~0.6之间，约为(1.25~1.60)fc。（1）双向受压（第三象限）1双轴应力状态第1章钢筋和混凝土材料的力学性能第二章钢筋和混凝土的材料性能混凝土任意应力比情况下，其强度均不超过相应的单轴强度。并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。（2）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）（3）双轴受拉（第一象限）任意应力比情况下，其强度均与单轴抗拉强度相近。第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土（构件受剪或受扭时常遇到）2剪应力t和正应力共同作用下的复合受力情况▲混凝土的强度：拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；压-剪：当时，抗剪强度随压应力提高而增大；当时，抗剪抗压强度均降低。6.0/cf6.0/cft/fc/fc第1章钢筋和混凝土材料的力学性能混凝土（实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。）3三轴应力状态150100500510152025000Mpa214cf