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1、会计学1溷凝土结构溷凝土结构(jigu)材料的力学性能材料的力学性能第一页，共111页。2.1 2.1 钢筋钢筋(gngjn)(gngjn)形式和品形式和品种种 一、化学成分一、化学成分(chng fn)钢筋的力学性能主要取决于它的化学成分钢筋的力学性能主要取决于它的化学成分(chng fn)。其主要成分。其主要成分(chng fn)是铁元素是铁元素,此外还含有少量的碳、锰、硅、硫等元素。此外还含有少量的碳、锰、硅、硫等元素。增加含碳量可提高钢材的强度增加含碳量可提高钢材的强度,但塑性和可焊性降低。锰、硅元素可提高钢材强度但塑性和可焊性降低。锰、硅元素可提高钢材强度,并保持一定塑性并保持一定塑
2、性;磷、硫是有害元素磷、硫是有害元素,其含量超过一定限度时其含量超过一定限度时,钢材塑性明显降低钢材塑性明显降低,磷使钢材冷脆磷使钢材冷脆,硫使钢材热脆硫使钢材热脆,且焊接质量也不易保证。除上述元素外且焊接质量也不易保证。除上述元素外,再加入少量合金元素再加入少量合金元素,如锰、硅、钒、钛等即制成低合金钢。如锰、硅、钒、钛等即制成低合金钢。第1页/共111页第二页，共111页。二、分类二、分类1.按加工方法分：按加工方法分：热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、钢丝、钢绞线等种类热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、钢丝、钢绞线等种类,其中应用量最大的是热轧钢筋其中应用量最大的是热轧钢筋.2.按使用用
3、途分：普通按使用用途分：普通(ptng)钢筋、预应力钢筋钢筋、预应力钢筋3.按化学成分分：低碳钢钢筋、普通按化学成分分：低碳钢钢筋、普通(ptng)低合金钢钢筋低合金钢钢筋4.按力学性能分：有明显屈服点钢筋（按力学性能分：有明显屈服点钢筋（“软钢软钢”）、无明显屈服点钢筋（）、无明显屈服点钢筋（“硬钢硬钢”）5.按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋第2页/共111页第三页，共111页。(1)热轧钢筋热轧钢筋 热轧钢筋是钢厂用普通低碳热轧钢筋是钢厂用普通低碳钢钢(含碳含碳 量不大于量不大于0.25)和和普通低合金钢普通低合金钢(合金元素不大合金元素不大于于5)
4、制成。制成。其常用种类、代表符号其常用种类、代表符号(fho)和直径范围如表和直径范围如表 1-1所所示。示。第3页/共111页第四页，共111页。强度等级代号强度等级代号钢种钢种符号符号d d/mm/mmHPB235HPB235Q235Q235（低碳钢）（低碳钢）6 62020HRB335HRB33520MnSi20MnSi（低合金钢）（低合金钢）6 65050HRB400HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金钢）（低合金钢）6 65050RRB400RRB400K20MnSiK20MnSi（低合金钢）（低合金钢）8
5、84040HPB235为热轧光面钢筋，普通钢筋，为热轧光面钢筋，普通钢筋，“软钢软钢”HRB335和和HRB400是热轧变形钢筋，普通钢筋，是热轧变形钢筋，普通钢筋，“软钢软钢”RRB400是余热处理钢筋余热处理钢筋是将屈服强度相当于是余热处理钢筋余热处理钢筋是将屈服强度相当于HRB335的的钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面(biomin)的的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近于淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近于 HRB400级钢筋，但级钢筋，但不如不如 HRB400级钢筋稳定，焊接时钢筋回火强度有所降低，因
6、此应用范级钢筋稳定，焊接时钢筋回火强度有所降低，因此应用范围受到限制。围受到限制。表表1-1 常用热轧钢筋的种类、代表符号常用热轧钢筋的种类、代表符号(fho)和直径范围和直径范围 第4页/共111页第五页，共111页。在公路桥涵工程中，热轧光面钢筋用在公路桥涵工程中，热轧光面钢筋用R235表示，余热表示，余热处理钢筋用处理钢筋用KL400表示。表示。钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋钢厂都生产。钢厂都生产。钢厂提供的钢筋直径为钢厂提供的钢筋直径为6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16
7、mm，18 mm，20 mm，22 mm，25 mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和和 50 mm。其中，。其中，d=8.2 mm的钢筋仅适用于有纵肋的的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表热处理钢筋。设计时，应在表1-1的直径范围和上述的直径范围和上述(shngsh)提供的直径内选择钢筋。直径大于提供的直径内选择钢筋。直径大于40 mm的钢的钢筋主要用于大坝一类大体积混凝土结构中。当采用直径大筋主要用于大坝一类大体积混凝土结构中。当采用直径大于于40 mm的钢筋时，应有可靠的工程经验。的钢筋时，应有可靠的工程经验。第5页/共111页第六页，共111页。钢筋表面形状
8、的选择取决于钢筋的强度。为了使钢筋的强度能够充分地利用，强度越高的钢筋要求(yoqi)与混凝土粘结的强度越大。提高粘结强度的办法是将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹，称为变形钢筋。HPB235钢筋的强度低，表面做成光面即可(图1-1a)其余级别的钢筋强度较高，表面均应做成带肋形式。变形钢筋的表面形状，我国以往长期采用螺旋纹和人字纹两种(图1-1b，c)，表面花纹由两条纵助和螺旋形横助或人字形横肋组成。鉴于这种形式的横肋较密，消耗于肋纹的钢材较多，纵肋和横肋相交，容易造成应力集中，第6页/共111页第七页，共111页。对钢筋对钢筋(gngjn)的动力性能不利，故近几年来我国已将变形钢筋的动力性能不利
9、，故近几年来我国已将变形钢筋(gngjn)的肋纹改为月牙纹的肋纹改为月牙纹(图图1-1d)。月牙纹钢筋。月牙纹钢筋(gngjn)的特点是横肋呈月牙形，与纵肋不相交，且横肋的间距比老式变形钢筋的特点是横肋呈月牙形，与纵肋不相交，且横肋的间距比老式变形钢筋(gngjn)大，故可克服老式钢筋大，故可克服老式钢筋(gngjn)的缺点，而粘结强度降低不多。的缺点，而粘结强度降低不多。冷拉钢筋冷拉钢筋(gngjn)和冷拔钢筋和冷拔钢筋(gngjn)是通过对某些等级的热轧钢筋是通过对某些等级的热轧钢筋(gngjn)进行冷加工而成进行冷加工而成,热处理钢筋热处理钢筋(gngjn)是对某些特定钢号的热轧钢筋是对
10、某些特定钢号的热轧钢筋(gngjn)进行热处理得到的进行热处理得到的.钢丝分碳素钢丝、消除应力钢丝和刻痕钢丝三种钢丝分碳素钢丝、消除应力钢丝和刻痕钢丝三种.刻痕钢丝是用高碳钢光圆盘条钢筋刻痕钢丝是用高碳钢光圆盘条钢筋(gngjn)经冷拔和矫直回火经冷拔和矫直回火.再将表面经过机械刻痕制成再将表面经过机械刻痕制成.钢绞线则是由几根高强钢丝用绞盘绞成一股而成钢绞线则是由几根高强钢丝用绞盘绞成一股而成.第7页/共111页第八页，共111页。根据钢筋在单调根据钢筋在单调(dndio)(dndio)受拉时所反应的应力受拉时所反应的应力-应变性质的不同应变性质的不同,可以把钢筋分为有明显屈服点的和没有明显
11、屈服点的两大类可以把钢筋分为有明显屈服点的和没有明显屈服点的两大类,有时也分别称为有明显物理流限和无明显物理流限的钢筋有时也分别称为有明显物理流限和无明显物理流限的钢筋.热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋;钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋.1.2 钢筋(gngjn)的力学性能 第8页/共111页第九页，共111页。(1)热轧钢筋的力学性能热轧钢筋的力学性能 应力应力应变曲线的一般特征应变曲线的一般特征热轧钢筋具有热轧钢筋具有(jyu)明显的屈服点和屈服台阶明显的屈服点和屈服台阶(图图1-2)。根据热轧钢筋
12、应力。根据热轧钢筋应力应变曲线的基本特征，在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点简化：应变曲线的基本特征，在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点简化：A.忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性应变，即假设钢筋应力不大于屈服点时应力忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性应变，即假设钢筋应力不大于屈服点时应力-应变关系应变关系-直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；第9页/共111页第十页，共111页。第10页/共111页第十一页，共111页。B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点 应力，应变则
13、处于流幅以内(y ni)。通常热轧钢筋也称为“软钢”。经上述简化后，热轧钢筋的应力-应变关系可简化为图1-3所示的曲线(图中fy为钢筋抗拉强度设计值)。第11页/共111页第十二页，共111页。(2)钢丝和钢绞线钢丝直径为410 mm，捻制成钢绞线后也不超过15.2 mm。钢丝外形有光面、刻痕、月牙(yuy)肋及螺旋肋几种，而钢绞线则为绳状，由2股、3股或7股钢丝捻制而成，均可盘成卷状。刻痕钢丝、螺旋肋钢丝和绳状钢绞线的形状如图1-6所示。第12页/共111页第十三页，共111页。钢丝和钢绞线均无明显的屈眼点和屈服台阶，也称为“硬钢”，其抗拉强度很高：钢丝的抗拉强度为8001370 MPa，高
14、强钢丝、钢绞线的抗拉强度为 14701860 MPa。伸长率则很小，100=3.54。钢丝和钢绞线的应力-应变特征(tzhng)如图1-7所示。图中0.2为对应于残余应变为0.2的应力，称之为无明显屈服点钢筋的条件屈服点。第13页/共111页第十四页，共111页。钢丝和钢绞线用作预应力混凝土结构的钢筋。在预应力混凝土结构中，除了采用钢丝外，还采用热处理钢筋。热处理钢筋是将强度很高的热轧(r zh)钢筋经过加热、淬火和口火等调质工艺处理的热轧(r zh)钢筋。其抗拉强度为1470MPa，伸长率106，无明显的屈服点和屈服台阶。钢丝和钢绞线的强度标准值取具有95以上保证率的抗拉强度值。设计值取条件
15、屈服点除以分项系数s。条件屈服点不小于抗拉强度的85，建筑工程中取材料分项系数s=1.20。建筑工程规范中，钢丝、钢绞线和热处理钢筋的代表符号、直径范围、强度标准位见附表2-2，设计值见附表2-4，弹性模量见附表2-5。第14页/共111页第十五页，共111页。1.冷加工钢筋冷加工钢筋是指在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行(jnxng)加工得到的钢筋。常用的加工工艺有冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭四种。其目的都是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。但是，经冷加工后的钢筋在强度提高的同时，延伸率显著降低，除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋均无明显屈服点和屈服台阶。1.3 钢筋(gngjn)的冷
16、加工和热处理 第15页/共111页第十六页，共111页。(1)冷拉钢筋冷拉钢筋 所谓冷拉是指有明显屈服点的钢筋用卷扬机或其他拉伸装置逐根拉到其应力超过原有的屈服强度所谓冷拉是指有明显屈服点的钢筋用卷扬机或其他拉伸装置逐根拉到其应力超过原有的屈服强度,使之进入应力使之进入应力-应变曲线的强化阶段应变曲线的强化阶段,然后卸掉全部拉力然后卸掉全部拉力,使钢筋应力重新恢复到零使钢筋应力重新恢复到零,并停留一段时间并停留一段时间.冷拉只能提高冷拉只能提高(t go)钢筋的抗拉强度钢筋的抗拉强度.第16页/共111页第十七页，共111页。第17页/共111页第十八页，共111页。(2)冷拔钢筋冷拔是将钢筋
17、用强力拔过比其直径小的硬质合金拨丝模(图1-9)。这时钢筋受到纵向拉力和横向压力的作用，内部结构发生变化，截面变小而长度增加。经过几次冷拔，钢筋强度比原来的有很大提高，但塑性(sxng)则显著降低。且没有明显的屈服点(图1-10)。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。第18页/共111页第十九页，共111页。冷拔低碳钢丝为光圆钢丝，直径为3 mm，4 mm，5 mm，强度为550 MPa，650 MPa和750MPa三种。其中，550 MPa冷拔低碳钢丝用作非预应力钢筋，其余用作预应力钢筋。冷拉和冷拔固然可以提高钢筋的强度,但同时也会使钢筋的脆性增加,使钢筋受力后容易发生(fshng)突
18、然断裂,因此不宜推广使用.第19页/共111页第二十页，共111页。(3)冷轧带肋钢筋(gngjn)冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋肋的钢筋(图图1-11)1-11)。它的极限强度。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。用这种冷拔低碳钢丝有明显提高。用这种钢筋逐步取代普通低碳钢筋和冷拔钢筋逐步取代普通低碳钢筋和冷拔低碳钢丝，可以改善构件低碳钢丝，可以改善构件(gujin)(gujin
19、)在正常使在正常使 用阶段的受力性能和节省用阶段的受力性能和节省钢材。钢材。第20页/共111页第二十一页，共111页。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋(gngjn)(gngjn)的直径从的直径从4 412mm12mm，按，按0.5mm0.5mm变化；其抗拉强度分别为变化；其抗拉强度分别为550MPa550MPa，650MPa650MPa，800MPa800MPa，970MPa970MPa和和 1170MPa 1170MPa几种。其中，几种。其中，550MPa550MPa的冷轧带肋钢筋的冷轧带肋钢筋(gngjn)(gngjn)用作非预应力钢筋用作非预应力钢筋(gngjn)(gngjn)，其余的用作预应
20、力钢筋，其余的用作预应力钢筋(gngjn)(gngjn)。第21页/共111页第二十二页，共111页。(4)冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋HPB 235为原材料，按规定的工艺参数为原材料，按规定的工艺参数(cnsh)，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状的冷强化钢筋，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状的冷强化钢筋(图图 1-12)。其规格按原材料直径中。其规格按原材料直径中 6.5，8，10和和12分别有分别有r6.5，r8，r10和和r12，抗拉强度标准值为，抗拉强度标准值为600 Nmm2。第22页/共111页第二十三页，共111页。
21、冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋都有专门的设计与施工规程，供设计与施工时查用。2.热处理是对某些特定钢号的热轧钢筋进行淬火和回火处理.钢筋经淬火后,硬度(yngd)大幅度提高,但塑性和韧性降低,通过回火又可以在不降低强度的前提下,消除由淬火产生的内应力,改善塑性和韧性,使这些钢筋成为较理想的预应力钢筋.第23页/共111页第二十四页，共111页。1.混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求 1.强度高强度高采用较高强度的钢筋可以节省钢材采用较高强度的钢筋可以节省钢材(gngci)，获得较好的经济效益。，获得较好的经济效益。2.塑性好塑性好要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以
22、破坏的预兆。因此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以破坏的预兆。因此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。1.4 对钢筋的质量(zhling)要求 第24页/共111页第二十五页，共111页。3.可焊性好在很多情况下，钢筋的接长和钢筋之间的连接需通过焊接。钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。4.与混凝土的粘结(zhn ji)锚固性能好为了使钢筋的强度能够充分被利用和保证钢筋与混凝土共同工作，二者之间应有足够的粘结(zhn ji)力。在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。第25页/共111页第二十六页，共111页。2.钢筋(gng
23、jn)的选用原则 1.钢筋(gngjn)混凝土结构中的钢筋(gngjn)和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋(gngjn)宜优先采用HRB400级和HRB335级钢筋(gngjn)，以节省钢筋(gngjn)用量，改善我国建筑结构的质量。除此之外，也可以采用HPB235级和RRB400级热轧钢筋(gngjn)以及强度级别较低的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋(gngjn)。第26页/共111页第二十七页，共111页。2.预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强(goqing)钢丝，也可以采用热处理钢筋。除此之外，还可以采用冷拉钢丝，也可以采用热处理钢筋。除此之外，还可以采用冷
24、拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。公路桥钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。公路桥涵工程中还可以选用精制螺纹钢筋。涵工程中还可以选用精制螺纹钢筋。在我国经济困难、物资短缺的年代，冷加工钢筋为我国在我国经济困难、物资短缺的年代，冷加工钢筋为我国的基本建设事业做出过极大的贡献。但是，冷加工钢筋在强的基本建设事业做出过极大的贡献。但是，冷加工钢筋在强度提高的同时，塑性大幅度地降低，导致结构构件的塑性减度提高的同时，塑性大幅度地降低，导致结构构件的塑性减小，脆性加大。当前，我国的钢产量已位于世界之首，质优、小，脆性加大。当前，我国的钢产量已位于世界之首，质优、价廉的钢材不断出现
25、，为了提高结构构件的质量，应尽量选价廉的钢材不断出现，为了提高结构构件的质量，应尽量选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材。用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材。第27页/共111页第二十八页，共111页。3.钢筋的重要指标(1)强度 是钢筋质量的重要指标.取屈服强度(或条件屈服强度)作为可以利用的应力上限,也就是钢筋的强度.因此,屈服强度就成为钢筋最关键的质量标准.(2)极限抗拉强度(kn l qin d)与屈服强度的比值为了保证钢筋能满足所规定的综合强度性能,在检验钢筋的质量时还要保证它的极限抗拉强度(kn l qin d)满足检验标准的要求.在抗震结构中,考虑到钢筋可能受拉进入强化阶段,
26、因此还要保证极限抗拉强度(kn l qin d)与屈服强度的比值不低于1.25.第28页/共111页第二十九页，共111页。强度及弹性模量热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据。为什么不采用极限抗拉强度为依据？这是因为钢筋应力超过屈眼点后将产生过大的应变，导致混凝土的裂缝将过宽。但是作为一种安全储备，钢筋的极限抗拉强度仍有重要意义。即通常希望构件的某个(或某些)截面已经破坏时，钢筋仍不致被拉断而造成整个结构倒塌。要求(yoqi)钢筋的屈服应力不低于规定值。而且“屈服应力极限抗拉强度”值(通常称为“屈强比”)不宜过大。钢筋强度用标准值和设计值表示。规范取具有95以上的保证率的屈服强度作为钢筋的强度标准
27、值fyk。钢筋强度的设计值fy等于钢筋强度标准值除以材料分项系数s，即 第29页/共111页第三十页，共111页。(1-3)由于钢材的均质性较好，质量波动较小，因此，建筑工程规范对各种热轧钢筋统-取s=1.10。公路桥涵工程的可靠度要求比建筑工程高一些，取s=1.20。建筑工程的热轧钢筋强度标准值见附表2-1，设计值见附表2-3，弹性模量(tn xn m lin)见附表2-5。公路桥涵工程的热轧钢筋强度标准值见附表10-4，设计值见附表10-6，弹性模量(tn xn m lin)见附表10-8。钢筋的强度标准值用于正常使用极限状态的验算，设计值用于承载能力极限状态的计算。第30页/共111页第
28、三十一页，共111页。(3)伸长率-试件断裂前的永久变形与原标定长度的百分比.伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸长率越大，塑性越好。伸长率用表示(biosh)，我国以往用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率表示(biosh)作伸长率，即(1-1)式中式中l钢筋拉伸试验试件的应变量测标距；钢筋拉伸试验试件的应变量测标距；l试件经拉断并重新拼合试件经拉断并重新拼合(pn h)后量测断口两侧的后量测断口两侧的 标距，即产生残留伸长后的标距。标距，即产生残留伸长后的标距。第31页/共111页第三十二页，共111页。(1-2)(4)冷弯试验。冷弯试验是检冷弯试验。冷弯试验是检验钢筋验钢筋(gn
29、gjn)塑性的另塑性的另-种方种方法。伸长率一般不能反映钢材脆法。伸长率一般不能反映钢材脆化的倾向。化的倾向。为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应进行冷弯试验，并保证满足规定的指标。冷弯试验的示意图如应进行冷弯试验，并保证满足规定的指标。冷弯试验的示意图如图图1-51-5。图中。图中D D称为弯心直径称为弯心直径(zhjng)(zhjng)；为冷弯角度。为冷弯角度。冷弯试验的合格标准为在规定的冷弯试验的合格标准为在规定的D D和和下冷弯后的钢筋应无裂纹、下冷弯后的钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。鳞落或断裂现象。第32页/共
30、111页第三十三页，共111页。(1-2)在对有明显屈服点的钢筋进行质量检验时在对有明显屈服点的钢筋进行质量检验时,主要应测定主要应测定(cdng)屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能这四项指标屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能这四项指标.必要时必要时,还必须补充进行抗冲击韧性和反弯性能等项检验。还必须补充进行抗冲击韧性和反弯性能等项检验。对于没有明显屈服点的钢筋的质量检验需要测定的指标一般只有对于没有明显屈服点的钢筋的质量检验需要测定的指标一般只有(zhyu)(zhyu)三项三项:极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能。极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能。第33页/共111页第三十四页，共11
31、1页。(1-2)蠕变蠕变:钢筋在高应力作用下钢筋在高应力作用下,随时间增长其应变继续增加的现象。随时间增长其应变继续增加的现象。松弛松弛:钢筋受力后钢筋受力后,若保持长度若保持长度(chngd)(chngd)不变不变,则其应力随时间增则其应力随时间增长而降低的现象。长而降低的现象。蠕变蠕变(r bin)(r bin)和松弛随时间的增长而增大和松弛随时间的增长而增大,它们与钢筋初始应力它们与钢筋初始应力的大小、钢材品种和温度等因素有关的大小、钢材品种和温度等因素有关,通常初始应力大时蠕变通常初始应力大时蠕变(r(r bin)bin)和松弛也大。温度增加时蠕变和松弛也大。温度增加时蠕变(r bin
32、)(r bin)和松弛则增大和松弛则增大.1.5 钢筋的蠕变、松弛(sn ch)和疲劳 第34页/共111页第三十五页，共111页。(1-2)疲劳破坏疲劳破坏:钢筋在承受重复、周期动荷载作用下钢筋在承受重复、周期动荷载作用下,经过一定次经过一定次数后数后,从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象(xinxing)(xinxing)。疲劳强度疲劳强度:在某一规定应力幅度内在某一规定应力幅度内,经受某一规定次数循环加经受某一规定次数循环加载后载后,才发生疲劳破坏的最大应力值。才发生疲劳破坏的最大应力值。影响钢筋疲劳强度的因素影响钢筋疲劳强度的因素:应力的幅度
33、、最大应力值、应力的幅度、最大应力值、钢筋外表面的几何形状、钢筋直径、钢筋等级和试验钢筋外表面的几何形状、钢筋直径、钢筋等级和试验(shyn)(shyn)方法等。方法等。第35页/共111页第三十六页，共111页。1.6 1.6 混凝土的强度混凝土的强度(qingd)(qingd)等级等级 混凝土混凝土水泥和粗细骨料水泥和粗细骨料(沙子、石子沙子、石子)加水搅拌经养护加水搅拌经养护(yngh),硬化成具有很高强度的人造石。硬化成具有很高强度的人造石。混凝土构造复杂、具混凝土构造复杂、具有各向异性、抗拉强度低（易开裂），是一种弹塑性材料。有各向异性、抗拉强度低（易开裂），是一种弹塑性材料。我国规
34、范规定的混凝土强度等级是按立方体强度标准值确我国规范规定的混凝土强度等级是按立方体强度标准值确定的定的.用符号用符号C表示表示,规范中列出的有规范中列出的有14个等级：个等级：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80.字母字母C后面的数字表示以后面的数字表示以Nmm2为单位的立方体抗为单位的立方体抗压强度的标准值，例如压强度的标准值，例如 C60表示混凝土的立方体抗压强度标准值表示混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k=60 Nmm2（C15C50为普通混凝土，为普通混凝土，C50以上为高强以上为高强混凝土）。混凝土）。第3
35、6页/共111页第三十七页，共111页。混凝土的立方体强度，是衡量混凝土强度大小的基混凝土的立方体强度，是衡量混凝土强度大小的基本指标本指标,也是评价混凝土等级的标准也是评价混凝土等级的标准.规范规定规范规定,用边长为用边长为150mm的标准立方体试件的标准立方体试件,在标准养护条件下在标准养护条件下(温度温度 203,相对湿度不小于相对湿度不小于 90)养护养护28d后在试验机上试后在试验机上试压，照依标准试验方法测得的具有压，照依标准试验方法测得的具有95保证率的试块保证率的试块加压至破坏时加压至破坏时,所测得的极限平均压应力所测得的极限平均压应力,作为混凝土的作为混凝土的立方体抗压强度立
36、方体抗压强度(以以Nmm2计计)，用符号，用符号(fho)fcu表表示。示。第37页/共111页第三十八页，共111页。混凝土强度混凝土强度 混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。此外配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。此外(cwi)，试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。的强度也不同。1.7 1.7 混凝土的强度混凝土的强度(qingd)(qingd)第38页/共111页第三十九页，共111页。1.混凝土的抗压强度(qing
37、d)(1)立方体抗压强度(qingd)fcu混凝土强度(qingd)的基本代表值混凝土主要用于抗压，其抗压性能比较稳定。规范规定以边长为150mm的立方体在 203的温度和相对湿度在 90以上的潮湿空气中养护28d，照依标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度(qingd)(以Nmm2计)作为混凝土的强度(qingd)等级，并用符号fcu表示。fcu与平均值f和标准差f的关系为(1-4)第39页/共111页第四十页，共111页。混凝土强度等级一般(ybn)可划分为：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土地后
38、的数字即为混凝土立方体抗压强度的标准值，其单位为Nmm2，例如 C60表示混凝土的立方体抗压强度标准值fcu=60 Nmm2（C15C50为普通混凝土，C50以上为高强混凝土）。试验方法对混凝土的fcu值有较大影响。试件承压接触面上可不涂润滑剂和涂润滑剂。标准试验方法不加润滑剂。第40页/共111页第四十一页，共111页。第41页/共111页第四十二页，共111页。试件尺寸对混凝土fcu也有影响。实验结果证明，立方体尺寸愈小则试验测出的抗压强度愈高，这个现象称为尺寸效应。混凝士抗压试验时加载速度对立方体抗压强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。随着试验时混凝土的龄期增长，混凝土的极限抗压
39、强度逐渐增大，开始时强度增长速度较快，然后逐渐减缓，这个强度增长的过程(guchng)往往要延续几年，在潮湿环境中延续的增长时间更长。第42页/共111页第四十三页，共111页。2)混凝土轴心抗压强度(棱柱体强度)fc由于实际结构和构件往往(wngwng)不是立方体，而是棱柱体，所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试验证明，轴心抗压钢筋混凝土短柱中的混凝土抗压强度基本上和棱柱体抗压强度相同。可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用fc表示。第43页/共111页第四十四页，共111页。棱柱体试件是在与立方体试件相同的条件下制作的，试件承压面不
40、涂润滑剂且高度比立方体试件高，因而受压时试件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。试验量测到fc值比fcu值小，并且棱柱体试件高宽比(即h/b)越大，它的强度越小。我国采用150mm150 mm300mm棱柱体作为(zuwi)轴心抗压强度的标准试件。第44页/共111页第四十五页，共111页。轴心(zhu xn)抗压强度(棱柱体强度)标准值fc与立方体抗压强度标准值fcu之间存在以下折算关系(1-5)式中式中 1棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强 度等级不大于度等级不大于C50时，时，1=0.76；当混
41、凝土的强；当混凝土的强度度 等级为等级为C80时，时，1=0.82；当混凝土的强度等级；当混凝土的强度等级为中间为中间(zhngjin)值时，在值时，在0.76和和0.82之间插人；之间插人；2混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于 C40时，时，2=1.0；当混凝土的强度等级为；当混凝土的强度等级为 C80时，时，2=0.87；当混凝土的强度等级为中间；当混凝土的强度等级为中间(zhngjin)值时，值时，在在 1.0和和 0.87之间插入；之间插入；0.88考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异
42、等因素的修正系数。间的差异等因素的修正系数。第45页/共111页第四十六页，共111页。混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致.如果对混凝土的横向变形加以约束 限制(xinzh)裂缝的开展，可以提高混凝土的纵向抗压强度。第46页/共111页第四十七页，共111页。2.混凝土的轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度ft混凝土的抗拉强混凝土的抗拉强ft比抗压强度低得多。一般只有抗比抗压强度低得多。一般只有抗压强度的压强度的510，fcu越大越大ft/fcu值越小，混凝土的值越小，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘接强抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘接强度。采用表面度。采
43、用表面(biomin)粗糙的骨料及较好的养护条件粗糙的骨料及较好的养护条件可提高可提高ft值。值。轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。第47页/共111页第四十八页，共111页。轴心抗拉强度可采用如图1-17a的试验方法，试件尺寸(ch cun)为100mm100mm500mm的柱体两端埋有伸出长度为出长度为150mm的变的变形钢筋形钢筋(d16mm)，钢筋位于试件轴线上。钢筋位于试件轴线上。试验机夹紧试验机夹紧(ji jn)两两端伸出的钢筋，
44、对试件端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时裂缝施加拉力，破坏时裂缝产生在试件的中部，此产生在试件的中部，此时的平均破坏应力为轴时的平均破坏应力为轴心抗拉强度心抗拉强度ft。第48页/共111页第四十九页，共111页。在测定混凝土抗拉强度时，上述试验方法存在对中的困难。故国内外多采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度，如图1-17b所示。在立方体或圆柱体上的垫条施加一条压力线荷载，这样试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围(fnwi)外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。根据弹性理论，劈裂抗拉强度t,s可按下式计算t,s 2F/ld （1-6）式中F
45、破坏荷载；d圆柱直径或立方体边长；l圆柱体长度或立方体边长。第49页/共111页第五十页，共111页。抗拉强度标准值ft与立方体抗压强度标准值fcu之间的折算(sh sun)关系为(1-7)式中，系数式中，系数0.88和和2的意义同式的意义同式(1-5)。为轴。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系，而心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系，而(1-1.645)0.45则反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。则反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。混凝土抗压强度设计值混凝土抗压强度设计值fc和抗拉强度设计值和抗拉强度设计值ft与其与其(yq)对应的标准值的关系为对应的标准值的关系为(1-8
46、)(1-9)式中式中cc混凝土的材料混凝土的材料(cilio)(cilio)分项系数，建分项系数，建筑工程取筑工程取c=1.40c=1.40，公路桥涵工程取，公路桥涵工程取c=1.45c=1.45。第50页/共111页第五十一页，共111页。3.复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和扭矩的不同组合作用，混凝土很少处于理想的单向受扭矩的不同组合作用，混凝土很少处于理想的单向受力状态，而更多的是处于双向或三向受力状态，因此，力状态，而更多的是处于双向或三向受力状态，因此，分析混凝土在复合应力作用下的强
47、度就很有必要。分析混凝土在复合应力作用下的强度就很有必要。由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至今尚未建立起完善的强度理论，目前仍只有借助有限今尚未建立起完善的强度理论，目前仍只有借助有限的试验资料，推荐一些近似方法的试验资料，推荐一些近似方法(fngf)作为计算的依作为计算的依据。据。第51页/共111页第五十二页，共111页。(1)混凝土的双向受力强度（图1-18为混凝土双向受力试验结果）双向受拉，图1-18中第一象限，1与3的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。一向受拉，另一向受压，图1-18第二(d r)、四象限，混凝土强度均低
48、于单向拉伸或压缩的强度，即双向异号应力使强度降低。双向受压，图1-18第三象限，最大受压强度发生在2/3等于0.21.0时，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高20。第52页/共111页第五十三页，共111页。第53页/共111页第五十四页，共111页。(2)混凝土在法向应力和切应力作用下的复合(fh)强度 从图中可以从图中可以(ky)看出：看出：抗剪强度随拉应力的增大抗剪强度随拉应力的增大而减小；而减小；随着压应力的增大，抗的强度增大，但大约随着压应力的增大，抗的强度增大，但大约在在/fc0.6时，由于内裂缝明显发展，抗剪强度反而随时，由于内裂缝明显发展，抗剪强度反而随压应力的增大而减
49、小，从抗压强度的角度来分析，由于压应力的增大而减小，从抗压强度的角度来分析，由于切应力的存在，混凝土的抗压强度要低于单向抗压强度。切应力的存在，混凝土的抗压强度要低于单向抗压强度。第54页/共111页第五十五页，共111页。(3)(3)混凝土的三向受压强度混凝土的三向受压强度混凝土在三向受压的情况下其最大主压应力方向混凝土在三向受压的情况下其最大主压应力方向的抗压强度取决于侧向压应力的约束的抗压强度取决于侧向压应力的约束(yush)(yush)程度。程度。图图1-201-20所示为圆柱体三轴受压所示为圆柱体三轴受压(侧向压应力均为侧向压应力均为11的试验的试验 随着侧向压应力的增加、微裂缝的发
50、展受随着侧向压应力的增加、微裂缝的发展受到了极大的限制到了极大的限制 ，大大地提高了混凝土纵向抗压强，大大地提高了混凝土纵向抗压强度，此时混凝土的变形性能接近理想的弹塑性体。度，此时混凝土的变形性能接近理想的弹塑性体。我国规范规定在三轴受压应力状态下，混凝我国规范规定在三轴受压应力状态下，混凝土的抗压强度土的抗压强度(f3)(f3)可根据应力比可根据应力比2/32/3，按图，按图1-211-21插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的5 5倍。倍。第55页/共111页第五十六页，共111页。第56页/共111页第五十七页，共111页。对于纵向受压