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1、第二章第二章 钢筋和混凝土钢筋和混凝土的力学性能的力学性能第一页，本课件共有20页（3 3）根据钢筋外型：（见图）根据钢筋外型：（见图2-12-1）A.A.柔性钢筋：普通钢筋柔性钢筋：普通钢筋;a.a.光圆钢筋：表面是光滑的；光圆钢筋：表面是光滑的；b.b.变形钢筋：表面有肋（如月牙肋等）；变形钢筋：表面有肋（如月牙肋等）；c.c.习惯上，直径大于习惯上，直径大于4mm4mm称为钢筋；小于或称为钢筋；小于或 等于等于4mm4mm称为钢丝。称为钢丝。B.B.劲性钢筋：型钢、钢轨及其组合。劲性钢筋：型钢、钢轨及其组合。（4 4）根据力学特性：）根据力学特性：A.A.软钢：有明显屈服台阶；（见图软钢
2、：有明显屈服台阶；（见图2-32-3）B.B.硬钢：无屈服台阶；（见图硬钢：无屈服台阶；（见图2-52-5）第二页，本课件共有20页2.2.钢筋的级别钢筋的级别（1 1）分级原则：力学特性。）分级原则：力学特性。（2 2）具体分级：）具体分级：级钢，级钢，HPB235HPB235，强度标准，强度标准 值为值为235 235 N/mmN/mm ；级钢，级钢，HRB335HRB335，强度标准，强度标准 值为值为335 335 N/mmN/mm ；级钢，级钢，HRB400HRB400，强度标准，强度标准 值为值为400 400 N/mmN/mm 。第三页，本课件共有20页3.3.关于冷加工钢筋关于
3、冷加工钢筋（1 1）冷拉）冷拉A.A.加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服，然后卸载；加工方法：在常温下将钢筋拉伸至屈服，然后卸载；B.B.力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时，其屈服强度将增大，力学性质：经过一段时间后，再次拉伸时，其屈服强度将增大，但塑性降低；但塑性降低；C.C.时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时间时效硬化：被拉伸至屈服点，经过一段时间 后，屈服强度增加的现象。后，屈服强度增加的现象。第四页，本课件共有20页（2 2）冷拔）冷拔A.A.加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直加工方法：在常温下将钢筋拔过比其自身直 径还小的径还小的硬质合金拔丝模拉伸至屈服；硬质合金拔丝模拉伸至
4、屈服；B.B.力学性质：经过一段时间后，再次拉伸或压缩力学性质：经过一段时间后，再次拉伸或压缩 时，时，其屈服强度将增大，但塑性降低。其屈服强度将增大，但塑性降低。第五页，本课件共有20页二二.钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形1.1.钢筋屈服强度的取值：钢筋屈服强度的取值：（1 1）软钢：取其屈服下限；）软钢：取其屈服下限；（2 2）硬钢：取其残余应变为）硬钢：取其残余应变为0.2%0.2%时相应的强度；（称为条件屈服点）时相应的强度；（称为条件屈服点）（3 3）结构设计时，用钢筋的屈服强度进行计算，其极限抗拉强度作为安全储备。）结构设计时，用钢筋的屈服强度进行计算，其极限抗拉强度作为安全储备
5、。2.2.钢筋的变形钢筋的变形力学指标：伸长率和冷弯性力学指标：伸长率和冷弯性第六页，本课件共有20页三三.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1.1.较高的强度；较高的强度；2.2.良好的塑性；良好的塑性；3.3.良好的可焊性；良好的可焊性；4.4.较强的耐火性；较强的耐火性；5.5.钢筋与混凝土良好的粘结力。钢筋与混凝土良好的粘结力。第七页，本课件共有20页四、钢筋的选用四、钢筋的选用1.1.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筋宜采用、级热轧钢筋和牌号为级热轧钢筋和牌号为CRB550CRB55
6、0的冷轧的冷轧带肋钢筋；也可采用冷拉带肋钢筋；也可采用冷拉级（级（d=12mmd=12mm）钢筋。）钢筋。2.2.预应力钢筋宜采用钢丝、钢绞线和热处理钢筋，也预应力钢筋宜采用钢丝、钢绞线和热处理钢筋，也可采用冷拉可采用冷拉、级钢筋；对中小型构件中的预应级钢筋；对中小型构件中的预应力钢筋，宜采用牌号为力钢筋，宜采用牌号为CRB650CRB650或或CRB800CRB800的冷轧带肋钢筋。的冷轧带肋钢筋。第八页，本课件共有20页2.22.2混凝土的力学性能 一、混凝土的强度一、混凝土的强度 混凝土是用一定比例的水泥、砂、石和水，经拌合、浇筑、振混凝土是用一定比例的水泥、砂、石和水，经拌合、浇筑、振
7、捣、养护，逐步凝固硬化形成的人造石材。混凝土的强度不仅捣、养护，逐步凝固硬化形成的人造石材。混凝土的强度不仅与组成材料的质量和比例有关，还与制作方法、养护条件和龄与组成材料的质量和比例有关，还与制作方法、养护条件和龄期有关。期有关。混凝土的强度指标有立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强混凝土的强度指标有立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度。度。第九页，本课件共有20页1.1.混凝土立方体抗压强度与混凝土强度等级混凝土立方体抗压强度与混凝土强度等级A.A.立方体抗压强度的物理意义：混凝土强度的基本指标和评定混凝土强度等级立方体抗压强度的物理意义：混凝土强度的基本指标和评定混凝土强度等级
8、的标准。的标准。B.B.确定混凝土立方体抗压强度的标准方法确定混凝土立方体抗压强度的标准方法 a.a.标准试件：标准试件：150150mm mm 150mm 150mm 150mm150mm的立方体；的立方体；b.b.标准制作条件：在温度（标准制作条件：在温度（203203）C C和相对湿度和相对湿度90%90%以上的环境下，养护以上的环境下，养护2828天；天；c.c.标准试验方法：试件表面不涂润滑剂、均匀加载和匀速加标准试验方法：试件表面不涂润滑剂、均匀加载和匀速加“静静”载；载；d.d.单位：单位：N/mmN/mm。第十页，本课件共有20页C.C.强度等级强度等级 a.a.确定方法：采用
9、混凝土的立方体抗压强度；确定方法：采用混凝土的立方体抗压强度；b.b.数值确定：具有数值确定：具有95%95%的保证率；的保证率；c.c.工程符号：工程符号：（N/mmN/mm ），简写形式为），简写形式为C C ；d d.“规范规范”的等级范围：的等级范围：C15C80C15C80，共，共1414级；级；e.e.应用范围：应用范围：C15C45C15C45为普通混凝土，适用于一般的为普通混凝土，适用于一般的 混凝土结构；混凝土结构；C50C80C50C80为高强混凝土，适用于预应力混凝土构件。为高强混凝土，适用于预应力混凝土构件。第十一页，本课件共有20页 D.D.试验方法对立方体抗压强度的
10、影响试验方法对立方体抗压强度的影响 a.a.试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度试件表面是否涂润滑剂：不涂时强度高；涂后强度底，其主要原因是由于底，其主要原因是由于“套箍套箍”作用；且破坏形态不一样（见作用；且破坏形态不一样（见图图2-62-6）；）；b.b.加载速度：速度快强度高，速度满强度底。加载速度：速度快强度高，速度满强度底。第十二页，本课件共有20页2.2.混凝土的轴心抗压强度混凝土的轴心抗压强度A.A.确定混凝土轴心抗压强度的标准方法确定混凝土轴心抗压强度的标准方法 a.a.标准试件：标准试件：150 150mm mm 150mm 150mm 300mm300mm的棱柱体；
11、的棱柱体；b.b.其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；c.c.工程符号：工程符号：（N/mm N/mm ）。）。B.B.关于关于 的讨论的讨论 a.a.高宽比：随着高宽比的增加，高宽比：随着高宽比的增加，会降低，但高宽比为会降低，但高宽比为3 3时，会稳定；时，会稳定；b.b.混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的关系：上式中各系数的物理意义见书上说明。上式中各系数的物理意义见书上说明。c.c.国外用圆柱体试件确定混凝土轴心抗压强度。国外用圆柱体试件确定混凝土轴心抗压强度。第十三页，本课件共有20页3.3.混凝土的
12、轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度（1 1）确定方法：轴心受拉试验和劈裂试验；）确定方法：轴心受拉试验和劈裂试验；（2 2）混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压强度的）混凝土轴心抗拉强度约为立方体抗压强度的1/171/81/171/8；（3 3）在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝土结构一般带）在荷载较小时，混凝土即开裂，所以混凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心裂缝工作，混凝土轴心 抗拉强度不起决定作用。抗拉强度不起决定作用。第十四页，本课件共有20页二二.混凝土的变形混凝土的变形 变形的分类：受力变形变形的分类：受力变形荷载产生的；荷载产生的；体积变形体积变形收缩、温差即湿差产生的。收缩、温差即湿
13、差产生的。1.1.一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能（1 1）混凝土受压时的应力）混凝土受压时的应力-应变关系应变关系 实际试验曲线如图实际试验曲线如图2-82-8和图和图2-92-9，其规律为：，其规律为：a.a.应力应力-应变关系为曲线，上升段中仅有一小段直线；应变关系为曲线，上升段中仅有一小段直线；b.b.应力峰值对应的应变约为应力峰值对应的应变约为0.0020.002（基本与等级无关）；（基本与等级无关）；c.c.混凝土强度高时其延性越差。混凝土强度高时其延性越差。第十五页，本课件共有20页(2)(2)混凝土的横向变形系数混凝土的横向变形系数混凝土纵向压缩时横
14、向会伸长，横向伸长值和纵向压缩值之混凝土纵向压缩时横向会伸长，横向伸长值和纵向压缩值之比称为横向变形系数，用符号比称为横向变形系数，用符号VcVc混凝土工作在弹性阶段混凝土工作在弹性阶段时，该值又称为泊松比用时，该值又称为泊松比用Vc=0.2Vc=0.2。(3)(3)混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量弹性模量：弹性模量：变形模量：变形模量：剪变模量：剪变模量：混凝土规范混凝土规范规定：规定：第十六页，本课件共有20页2.2.混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）（1 1）疲劳破坏：荷载重复作用引起的破坏；）疲劳破坏
15、：荷载重复作用引起的破坏；（2 2）疲劳强度：荷载重复作用下使应力应变曲线始终保）疲劳强度：荷载重复作用下使应力应变曲线始终保持密合直线的最大应力值；持密合直线的最大应力值；3.3.荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能（1 1）徐变：在长期不变的荷载作用下，结构或构件产生）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；如图的应变或变形；如图2-102-10（2 2）线性徐变：随时间可以稳定（不在发展）的徐变；）线性徐变：随时间可以稳定（不在发展）的徐变；（3 3）非线性徐变：随时间不能稳定的徐变；）非线性徐变：随时间不能稳定的徐变；第十七页，本课件共有20页
16、（4 4）影响徐变的因素：）影响徐变的因素：A.A.保持的应力（荷载）大小：应力大时，徐变大；保持的应力（荷载）大小：应力大时，徐变大；B.B.加载时的龄期：龄期早，徐变大；加载时的龄期：龄期早，徐变大；C.C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。（5 5）徐变对结构的影响）徐变对结构的影响A.A.使结构产生应力重分布；使结构产生应力重分布；B.B.使预应力产生损失。使预应力产生损失。4.4.混凝土的收缩、膨胀和温度变形混凝土的收缩、膨胀和温度变形第十八页，本课件共有20页2.32.3钢筋与混凝土之间的粘结作用钢筋与混凝土之间的粘结作用一、粘
17、结作用的组成一、粘结作用的组成胶合作用；摩擦作用、咬合作用。胶合作用；摩擦作用、咬合作用。光圆钢筋的粘结作用主要由前两者组成；光圆钢筋的粘结作用主要由前两者组成；变形钢筋的粘结作用主要由咬合作用组成。变形钢筋的粘结作用主要由咬合作用组成。二、粘结强度及其影响因素二、粘结强度及其影响因素钢筋与混凝土的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值钢筋与混凝土的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值为粘结强度为粘结强度第十九页，本课件共有20页影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素：影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素：影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素：影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素：1.1.钢筋表面形状钢筋表面形状2.2.混凝土强度混凝土强度3.3.侧向压应力侧向压应力4.4.混凝土保护层厚度和钢筋净距混凝土保护层厚度和钢筋净距5.5.横向钢筋的设置横向钢筋的设置6.6.钢筋在混凝土中的位置钢筋在混凝土中的位置第二十页，本课件共有20页