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1、 第第2 2章章 混凝土结构材料性能混凝土结构材料性能2.1混凝土混凝土2.2钢筋钢筋2.3钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 第2章 混凝土结构材料性能强度强度变形变形混混凝凝土土抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度单轴强度单轴强度双轴双轴三轴三轴一次短期加载一次短期加载荷载长期作用荷载长期作用重复荷载作用重复荷载作用受力变形受力变形非受力变形非受力变形钢筋钢筋钢筋种类钢筋种类变形变形强度：强度：有明显屈服、无明显屈服有明显屈服、无明显屈服粘粘结结作作用用微观结构微观结构 亚微观结构亚微观结构 宏观结构宏观结构 水泥石结构水泥石结构
2、 水泥砂浆结构水泥砂浆结构 砂浆粗骨料体系砂浆粗骨料体系混凝土组成结构混凝土组成结构 1.1.水泥凝胶水泥凝胶 2.2.晶体骨架晶体骨架 3.3.未水化完的水未水化完的水 泥颗粒泥颗粒 4.4.凝胶孔凝胶孔 1.1.水泥石为基相水泥石为基相 2.2.砂子为分散相砂子为分散相 水泥看作是基相，粗骨料水泥看作是基相，粗骨料分布在砂浆中，砂浆与粗分布在砂浆中，砂浆与粗骨料的结合面是骨料的结合面是薄弱面薄弱面。由水泥、砂子和石子水泥、砂子和石子三种材料及水水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后做成的人工石材 2.1 混凝土混凝土（concrete）第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性
3、能混混凝凝土土受受压压破破坏坏机机理理可可概概括括为为：随随着着应应力力的的增增大大，沿沿粗粗骨骨料料界界面面和和砂砂浆浆内内部部的的微微微微裂裂裂裂缝缝缝缝逐逐渐渐延延伸伸和和扩扩展展，导导致致砂砂浆浆的的损损伤伤不不断断积积累累；裂裂缝缝贯贯通通后后，混混凝凝土土的的连连续续性性遭遭到到破破坏坏，逐逐渐渐丧丧失失其其承承载载力力，破破坏坏的的实实质质是是由由连连续续材材料料逐逐步步变变成成不不连连续续材材料料的过程。的过程。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能常用等级：常用等级：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，
4、C70，C75，C80（高强度砼）（高强度砼）依此确定我国混凝土强度等级：依此确定我国混凝土强度等级：用用标标准准制制作作方方式式制制成成的的150mm150mm150mm的的立立方方体体试试块块，在在203的的温温度度和和相相对对湿湿度度在在90%以以上上的的潮潮湿湿空空气气中中养养护护28天天，用标准试验方法测得具有，用标准试验方法测得具有95保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。fcuk=f -1.645f 2.1.1 混凝土的强度混凝土的强度1.抗压强度抗压强度 立方体抗压强度立方体抗压强度 fcu,k第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能影响立方体抗压强度的因素：
5、影响立方体抗压强度的因素：内因内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等外外因因：试试验验方方法法（套套箍箍）、加加荷荷速速率率、龄龄期期、温温度度、湿度、湿度、试件尺寸试件尺寸。尺寸的影响尺寸的影响：fcu(150)=0.95 fcu(100)fcu(150)=1.05 fcu(200)“套箍套箍”作用作用不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂涂润滑剂第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。150mm150mm300mm 或或150mm150mm450m
6、m棱柱棱柱体体 用立方体强度反映：用立方体强度反映：轴心抗压强度轴心抗压强度 fck（棱柱体抗压强度）（棱柱体抗压强度）混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度5%10%。直接测试方法（拉伸）直接测试方法（拉伸）间接测试方法间接测试方法(弯折，劈裂弯折，劈裂)2.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ftk（抗裂度验算指标）（抗裂度验算指标）第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能试试件件尺尺寸寸100mm100mm500mm的的柱柱体体，两两端端各各埋埋入入一一根根d=16mm的的变变形形钢钢筋筋，埋埋深深为为150mm，置置于于轴轴线
7、线上上。用用试试验验机机夹夹头头夹夹住住两两端端外外伸伸的的钢钢筋筋施施加加拉拉力力，破破坏坏时时试试件件在在没没有有钢钢筋筋的的中中部部截截面面被被拉拉断断，平平均均拉拉应应力即为混凝土的轴心抗拉强度。力即为混凝土的轴心抗拉强度。直接受拉试验直接受拉试验 16第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能普普通通混混凝凝土土力力学学性性能能试试验验方方法法标标准准（GB/T50081-2002）采采用用边边长长为为150mm的的立立方方体体标标准准试试件件，劈裂抗拉强度为：劈裂抗拉强度为：劈裂抗拉试验劈裂抗拉试验 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能圆圆
8、柱柱形形普普通通混混凝凝土土力力学学性性能能试试验验方方法法标标准准（GB/T50081-2002）选选用简支梁进行试验，采用用简支梁进行试验，采用三分点对称加载。三分点对称加载。抗折强度抗折强度 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 混凝土的双向受力强度混凝土的双向受力强度 1、2 （压压）（压压）强度增加强度增加 1、2 （拉压）（拉压）强度降低强度降低 1、2 （拉拉）强度基本不变（拉拉）强度基本不变3.混凝土在复合应力作用下的强度混凝土在复合应力作用下的强度 双双轴轴受受力力试试验验一一般般采采用用正正方方形形试试件件，试试验验时时沿沿板板平平面面内内的的两两对
9、对应应边边分分别别作作用用法法向向应应力力 1和和 2，沿沿板板厚厚方方向向的的法法向向应应力力 3=0，板处于平面应力状态。板处于平面应力状态。(由由于于同同时时拉拉压压时时，增增加加了了试试件件另另一一方方向向的的受受拉拉变变形形，加加速速了了内内部部微微裂裂缝的发展，使混凝土强度降低。缝的发展，使混凝土强度降低。)第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能0第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能双轴受力强度双轴受力强度双轴受力强度双轴受力强度 混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度第第2 2章章 混凝土结构
10、用材料的性能混凝土结构用材料的性能拉拉-剪剪：抗拉、抗剪强度都降低；：抗拉、抗剪强度都降低；压压-剪剪：当：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；时，抗剪强度随压应力提高而增大；当当 时，内部裂缝增加，时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度均降低。抗剪抗压强度均降低。混凝土的三向受压强度混凝土的三向受压强度工程应用：约束混凝土工程应用：约束混凝土钢管砼钢管砼密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm215010050051015202512(N/mm2)1()三向受三向受压时，混凝土的抗，混凝土的抗压强度和极限度和极限变形都有形都有较大提高。大提高。第第2 2章章
11、混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能2.1.2 混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形分为两类：混凝土的混凝土的变形分为两类：混凝土的受力变形受力变形和和非受力变形非受力变形一一.混凝土的受力变形混凝土的受力变形 1.受压混凝土一次短期加荷的受压混凝土一次短期加荷的-曲线曲线 试件：棱柱体试件：棱柱体0fcsu(0.30.4)fcs0.8fcs曲线曲线ab段：表现出越来越明显的塑性，应力段：表现出越来越明显的塑性，应力应变关系偏离直线，应变的增长速度比应力应变关系偏离直线，应变的增长速度比应力增长快。内部微裂缝有所发展，但处于稳
12、定增长快。内部微裂缝有所发展，但处于稳定状态，故状态，故b点称为临界应力点，相应的应力相点称为临界应力点，相应的应力相当于的当于的条件屈服强度条件屈服强度。曲线曲线bc段：应变增长速度段：应变增长速度进一步加快，应力应变曲进一步加快，应力应变曲线的斜率急剧减小，线的斜率急剧减小，混凝混凝土内部微裂缝进入非稳定土内部微裂缝进入非稳定发展阶段。发展阶段。0a段：段：a点相当于混凝点相当于混凝土的土的弹性极限弹性极限。曲线曲线cd段：下降段的存在表明受压破段：下降段的存在表明受压破坏后的混凝土仍保持一定的承载能力，坏后的混凝土仍保持一定的承载能力，它主要是由滑移面上的摩擦咬合力和它主要是由滑移面上的
13、摩擦咬合力和为裂缝所分割成的混凝土小柱体的残为裂缝所分割成的混凝土小柱体的残余强度所提供。余强度所提供。混凝土轴心受压时的应力应变关系 0混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范 (GB50010)取取cu=0.0033。峰峰值值应应变变0随随混混凝凝土土强强度度等等 级级 不不 同同 约约 在在 0.00150.0025之之间间变变动动，结结构构计计算中一般取算中一般取0=0.002。fcfccu0 0比例极限比例极限临界点临界点峰点峰点混凝土微裂缝发展示意混凝土微裂缝发展示意 不同等级混凝土的延性：低的往往延性高于高等级混凝土。不同等级混凝土的延性：低的往往延性高于高等级混凝土。不同等级混凝土
14、的应力应变曲线不同等级混凝土的应力应变曲线2.混凝土在重复荷载作用下的应力混凝土在重复荷载作用下的应力-应变曲线应变曲线（1）在一次短期加卸载的在一次短期加卸载的-曲线曲线 在一次短期加卸载的在一次短期加卸载的-曲线图曲线图 c=c=cp+cecp+cecp-cp-塑性应变塑性应变 cece-弹性应变弹性应变（2 2）混凝土在重复荷载作用下的应力一应变曲线）混凝土在重复荷载作用下的应力一应变曲线 在多次重复加卸载的-曲线图 加卸载的应力应变关加卸载的应力应变关系渐近于一直线，残系渐近于一直线，残余应变不再增大，且余应变不再增大，且与原点切线平行，试与原点切线平行，试件并未破坏。件并未破坏。当加
15、荷较大，经数当加荷较大，经数次循环，应力应变次循环，应力应变也成为直线，后由也成为直线，后由凸向应力轴变为凸凸向应力轴变为凸向应变轴，塑性变向应变轴，塑性变形扩展而破坏。形扩展而破坏。混凝土的混凝土的疲劳强度疲劳强度可定义为可定义为 ：构件混凝土在给定：构件混凝土在给定的重复荷载次数的重复荷载次数N N作用下，所能耐受的最大应力值。作用下，所能耐受的最大应力值。各国对不同的结构的各国对不同的结构的N N取值是不一样，我国公路桥梁取取值是不一样，我国公路桥梁取N=200N=200万次（铁路桥梁取万次（铁路桥梁取N=300N=300万次）的疲劳试验的结万次）的疲劳试验的结果作为疲劳强度，果作为疲劳
16、强度，用符号用符号 表示。表示。原点弹性模量原点弹性模量3.3.混凝土的弹性模量、变形模量混凝土的弹性模量、变形模量割线模量割线模量切线模量切线模量第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能（1）混凝土的弹性模量）混凝土的弹性模量Ec测定测定混凝土弹性模量混凝土弹性模量Ec的测定方法的测定方法(原点模量原点模量)第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能（2）变形模量）变形模量 混凝土的弹塑性模量和变形模量混凝土的弹塑性模量和变形模量 泊泊松松比比是是指指一一次次短短期期加加载载(受受压压)时时试试件件的的横横向向应应变变与与纵纵向向应应变之比。变之比。混凝
17、土的泊松比混凝土的泊松比 c:混凝土的切变模量混凝土的切变模量:当当压压应应力力较较小小时时，约约为为0.150.18；接接近近破破坏坏时时，可可达达0.5以以上。上。规范规范取取 c=0.2。c=0.2第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能4.受拉混凝土的变形受拉混凝土的变形当当拉拉应应力力 0.5 ft*时时，应应力应变关系接近于力应变关系接近于直线直线；当当 约约为为0.8 ft*时时，反反映映受受拉时拉时塑性变形塑性变形的发展。的发展。试试件件断断裂裂时时的的极极限限拉拉应应变变一般取一般取 t=1.510-4。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材
18、料的性能5.混凝土的徐变混凝土的徐变 荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形。荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能混凝土徐变产生的原因：混凝土徐变产生的原因：1.是是混混凝凝土土中中的的水水泥泥凝凝胶胶体体在在荷荷载载作作用用下下产产生生粘粘性性流流动动，并并逐逐渐渐转转给给骨骨料料颗颗粒粒，使使骨骨料料压压应应力力增增大大，试试件件变变形形也也随之增大；随之增大；2.是是混混凝凝土土内内部部的的微微裂裂缝缝在在荷荷载载长长期期作作用用下下不不断断发发展展和和增加，也使徐变增大。增加，也使徐变增大。当当应应力力不不大大时时，徐徐变
19、变的的发发展展以以第第一一个个原原因因为为主主；当当应应力力较大时，较大时，则以第二个原因为主。则以第二个原因为主。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能混凝土的徐变对钢筋混凝土结构的影响：混凝土的徐变对钢筋混凝土结构的影响：有有利利于于构构件件的的应应力力重重分分布布，减减少少应应力力集集中中现现象象及及减减少少温温度度应应力等。力等。有利影响有利影响不利影响不利影响总之，弊多利少，应尽量减少徐变总之，弊多利少，应尽量减少徐变。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能使构件变形增大；使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小；在轴压
20、构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小；在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预应力发生损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。水灰比水灰比愈大，水泥水化后残余的游离水愈多，徐变也愈大；愈大，水泥水化后残余的游离水愈多，徐变也愈大；1)材料组成材料组成影响徐变的因素：影响徐变的因素：养护环境养护环境湿度湿度愈大，愈大，温度愈温度愈高，则水泥水化作用愈充分，徐变就愈小。高，则水泥水化作用愈充分，徐变就愈小。2)外部环境外部环境 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 骨料骨料愈坚硬，弹性模量愈大以及骨料所占体积比愈大，徐变也愈
21、小。愈坚硬，弹性模量愈大以及骨料所占体积比愈大，徐变也愈小。水泥用量水泥用量愈多，凝胶体在混凝土中所占比重也愈大，徐变也愈大；愈多，凝胶体在混凝土中所占比重也愈大，徐变也愈大；混混凝凝土土中中水水分分的的挥挥发发逸逸散散与与构构件件的的体体积积与与表表面面积积之之比比有有关关，构构件件尺尺寸寸愈愈大，大，表面积表面积相对愈小，徐变就愈小。相对愈小，徐变就愈小。l 当当 0.5fc时，徐变与应力成正比，为时，徐变与应力成正比，为线性徐变线性徐变。3)应力大小应力大小l当当=(0.50.8)fc时时，徐徐变变的的增增长长速速度度比比应应力力的的增增长长速度快，为速度快，为非线性徐变非线性徐变。l当
22、当0.8fc时时，混混凝凝土土内内部部的的微微裂裂缝缝进进入入非非稳稳态态发发展展，导导致致混混凝凝土土破破坏坏。取取=0.8fc作作为为混混凝凝土土的的长长期期抗抗压压强强度度。初初应应力越大，徐变也越大。力越大，徐变也越大。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能加载时混凝土的龄期越长，徐变越小。加载时混凝土的龄期越长，徐变越小。为了减少徐变，应避免过早地给结构施加长期荷载为了减少徐变，应避免过早地给结构施加长期荷载.4)龄期影响龄期影响第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能二二.混凝土的非受力变形混凝土的非受力变形 混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩
23、与膨胀 混混凝凝土土在在水水中中或或处处于于饱饱和和湿湿度度情情况况下下结结硬硬时时体体积积增增大的现象称为大的现象称为膨胀膨胀 。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩收缩。混凝土的收缩混凝土的收缩第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能影响混凝土收缩的因素影响混凝土收缩的因素 u 水泥用量越多、水灰比越大，收缩就越大。水泥用量越多、水灰比越大，收缩就越大。u 骨料的级配好、弹性模量高，可减小混凝土的收缩。骨料的级配好、弹性模量高，可减小混凝土的收缩。u 高温蒸养，收缩减少；高温蒸养，收缩减少；u 相对湿度越低，收缩就越大。相对湿
24、度越低，收缩就越大。u 水水泥泥品品种种、混混凝凝土土的的密密实实度度、构构件件的的体体表表比比等等都都会会对对混凝土的收缩有影响。混凝土的收缩有影响。收收缩缩和和膨膨胀胀是是在在混混凝凝土土不不受受力力的的情情况况下下而而产产生生的的变变形形，一一般般来来说说，收收缩缩值值比比膨膨胀胀值值大大得得多多。混混凝凝土土的的膨膨胀胀特特性性对对混混凝土构件往往是有利的，故一般不予考虑。凝土构件往往是有利的，故一般不予考虑。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 梁梁板板或或其其他他构构件件，由由于于养养护护不不好好，在在使使用用前前就就可可能能因因混混凝凝土土收收缩而产生裂缝
25、；缩而产生裂缝；收缩的不利影响收缩的不利影响第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 大大面面积积的的混混凝凝土土地地面面或或楼楼面面，在在施施工工后后就就可可能能因因混混凝凝土土的的收收缩缩而而产生裂缝；产生裂缝；收收缩缩也也对对超超静静定定结结构构（如如拱拱）产产生生不不利利的的内内力力，导导致致钢钢筋筋混混凝凝土土结构出现过大裂缝，造成不利影响结构出现过大裂缝，造成不利影响;在在预应力混凝土结构预应力混凝土结构中，混凝土的收缩会导致预应力的损失中，混凝土的收缩会导致预应力的损失;混凝土的温度混凝土的温度变形形 当当温温度度变化化时，混混凝凝土土也也随随之之热胀冷冷缩。
26、温温度度变形形也也是是混混凝凝土土在在非非荷荷载状状态下下，产生生内内力力的的一一个个重重要要因因素素。混混凝凝土土的的 线 膨膨 胀 系系 数数 随随 骨骨 料料 性性 质 及及 配配 合合 比比 而而 变 化化，约 为(11.5)10-5，一般取，一般取1.010-5。温温度度的的变变化化与与水水泥泥种种类类、水水泥泥含含量量、新新拌拌混混凝凝土土的的温温度度、混凝土硬化速度、构件尺寸等因素有关。混凝土硬化速度、构件尺寸等因素有关。影响温度变化的因素影响温度变化的因素第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 混混凝凝土土与与钢钢筋筋线线膨膨胀胀系系数数是是相相近近的的。
27、温温度度变变化化时时，在在混混凝凝土和钢筋之间引起的内应力很小，不致产生相对的变形。土和钢筋之间引起的内应力很小，不致产生相对的变形。温度变形的影响：温度变形的影响：水水泥泥在在水水化化作作用用时时排排出出的的热热量量导导致致构构件件内内部部的的温温度度上上升升，构构件件表表面面由由于于便便于于散散热热而而温温度度相相对对较较低低。构构件件内内外外的的这这种种温温差就会引起应力，从而导致差就会引起应力，从而导致表层混凝土开裂表层混凝土开裂。大大体体积积混混凝凝土土结结构构以以及及水水池池、烟烟囱囱等等结结构构由由温温度度变变化化引引起起的温度应力必须予以考虑。的温度应力必须予以考虑。第第2 2
28、章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能2.1.3 混凝土的选用原则混凝土的选用原则建筑工程中，建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土筋混凝土构件的混凝土强度等度等级不不应低于低于C15；当采用当采用HRB335级钢筋筋时，不宜不宜低于低于C20；当采用当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及承受重复荷筋以及承受重复荷载的构的构件，件，不得不得低于低于C40；预应力混凝土力混凝土结构构不不应低于低于C30；采用采用钢绞线、钢丝、热处理理钢筋作筋作预应力力钢筋筋时，不宜不宜低低于于C40；第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能2.2 钢筋（钢筋（steel rei
29、nforcement）第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能钢筋钢筋钢筋种类：钢筋种类：变形：变形：强度：强度：HPB235HRB335HRB400RRB400热轧钢筋热轧钢筋屈服强度屈服强度 fy极限抗拉强度极限抗拉强度 fu条件屈服条件屈服强度强度 0.2=0.85 fu塑性性能：塑性性能：延伸性延伸性和和冷弯性能冷弯性能2.2 钢筋（钢筋（steel reinforcement）热轧钢筋热轧钢筋冷加工钢筋冷加工钢筋钢丝及钢绞线钢丝及钢绞线2.2.1 钢筋的品种钢筋的品种(reinforcement types)与性能与性能第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土
30、结构用材料的性能加工工艺加工工艺按化学成分按化学成分碳素钢碳素钢 普通低合普通低合金钢金钢 锰系锰系 硅矾系硅矾系 低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢硅钛系硅钛系 硅锰系硅锰系 硅铬系硅铬系 C0.25%C=0.25%0.6%C=0.6%1.4%有无物理屈有无物理屈服点服点 有有无无钢钢 绞绞 线线 热处理钢筋热处理钢筋 钢钢 丝丝 热轧钢筋热轧钢筋 软钢软钢 硬钢硬钢 钢筋的分类钢筋的分类第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能含含含含C C量影响量影响量影响量影响冷加工钢筋冷加工钢筋 轧制和加工轧制和加工工艺工艺 HPB235HRB335HRB400RRB400宜用于
31、预应力宜用于预应力宜用于预应力宜用于预应力混凝土结构混凝土结构混凝土结构混凝土结构40Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr规范规范规范规范未列未列未列未列入，执行相应入，执行相应入，执行相应入，执行相应的行业技术规的行业技术规的行业技术规的行业技术规程。程。程。程。冷拉钢筋冷拉钢筋冷拨钢丝冷拨钢丝冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋钢筋的分类钢筋的分类热处理钢筋热处理钢筋 热轧钢筋热轧钢筋 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能外形：光面、变形外形：光面、变形 钢筋的钢筋的 -关系关系 stress-strain relation lPPA 钢筋的强度与变形钢筋
32、的强度与变形第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能屈强比屈强比=屈服强度屈服强度fy/极限强度极限强度fu原应力原应力-应变图应变图比例极限比例极限屈服强度屈服强度极限强度极限强度o(N/mm2)fyfued流幅流幅abcoa 弹性阶段弹性阶段 a比例极限比例极限fp proportional limit b屈服强度屈服强度 fy lower yield，是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据cd 强化阶段强化阶段 d极限抗拉强度极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthde 颈缩阶
33、段颈缩阶段bc 屈服屈服阶段阶段有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 -图图（简化图简化图）第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能0.2%0.2(N/mm2)o无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 -图图 0.2条件屈服条件屈服强度强度(equivalent yield strength)残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取 0.2=0.85 fu第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能0.85 fu1.热轧钢筋热轧钢筋 hot rolled steel reinforcing bar HPB235级级、HRB335级级、H
34、RB400级级、RRB400级级HPBHot rolledPlain光圆光圆BarHRBHot rolledRibbedBarRRBRolled余热处余热处理理Ribbed带肋带肋Bar强度标准值强度标准值 fyk（标准值标准值=钢材废品限值，保证率钢材废品限值，保证率97.73%）种种类类第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能钢材标准值钢材标准值国家标准中规定每种钢材的废品限值。抽样检查如发国家标准中规定每种钢材的废品限值。抽样检查如发现某炉钢材屈服强度达不到此限制，作废品处理。国现某炉钢材屈服强度达不到此限制，作废品处理。国家冶金工业局标准规定，对于家冶金工业局标准规
35、定，对于HPB235废品限值废品限值235N/mm2，抽样检查统计资料表明，这个废品限值能，抽样检查统计资料表明，这个废品限值能满足保证率满足保证率97.73%，高于建筑结构统一标准的保证率，高于建筑结构统一标准的保证率95%。取国家冶金工业局标准规定的废品限值为钢材。取国家冶金工业局标准规定的废品限值为钢材的强度标准值。的强度标准值。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋钢筋的直径：钢筋的直径：d6；6.5；8；8.2；10；12；14；16；18；20；22；25；28；32；36；40；50mm第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能仅适用于有纵肋仅适用于有纵肋的热处理
36、钢筋的热处理钢筋u热轧光面钢筋热轧光面钢筋HPB235(级级)，多作为钢筋混凝土板和小型构，多作为钢筋混凝土板和小型构件的受力钢筋以及各种构件的件的受力钢筋以及各种构件的构造钢筋构造钢筋和和箍筋箍筋。u热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋HRB335(级级)，多作为大中型钢筋混凝土结，多作为大中型钢筋混凝土结构构件的构构件的受力钢筋受力钢筋和和构造钢筋构造钢筋以及预应力混凝土结构构件中以及预应力混凝土结构构件中的的非预应力钢筋非预应力钢筋，尺寸较大的构件；也有用，尺寸较大的构件；也有用级钢筋作箍筋级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（的为增强与混凝土的粘结（Bond），），外形制作成月牙肋或等外形制作成月牙
37、肋或等高肋的变形钢筋（高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。）。u热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋HRB400(级级)强度较高，用于大中型钢筋混强度较高，用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋受力钢筋。u余热处理余热处理钢筋钢筋RRB400(级钢筋级钢筋)强度太高，不适宜作为钢强度太高，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。筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能(1)应力应变曲线应力应变曲线1Es热轧钢筋的力学性能热轧钢筋的力学性能屈强比屈强比反映钢筋的强度储备，反映
38、钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。o(N/mm2)fyfu第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能钢筋的强度设计值（钢筋的强度设计值（N/mm2）第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能延延 伸伸 率率（Percentage of elongation）：钢钢筋筋拉拉断断时时的的应应变变，是是指指钢钢筋筋试试件件上上标标距距为为10d、5d（d为为钢钢筋筋的的试试件件直直径径）或或100mm范范围围内内的的极极限限伸伸长长率率，记记为为10、5和和100。延延伸伸率率大大的的钢钢筋筋，在在拉拉断断前前有有足足够够预预兆兆，延延性性较较好好。含含碳
39、碳量量越越低低的的钢钢筋筋，屈服台阶越长，延伸率也越大，塑性性能越好。屈服台阶越长，延伸率也越大，塑性性能越好。(2)塑性性能：塑性性能：钢筋的塑性指标主要有两个：钢筋的塑性指标主要有两个：延伸率延伸率和和冷弯性能冷弯性能。这两个指标。这两个指标反映了钢筋的塑性性能和变形能力。反映了钢筋的塑性性能和变形能力。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能均均匀匀伸伸长长率率gt由由非非颈颈缩缩断断口口区区域域标标距距的的残残余余应应变变r与与恢恢复复的的弹性应变弹性应变e 组成。组成。均匀伸长率均匀伸长率 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能冷冷弯弯性性能
40、能是是将将钢钢筋筋围围绕绕某某个个规规定定的的直直径径D（D规规定定为为1d，2d，3d等等）的的辊辊轴轴弯弯曲曲成成一一定定的的角角度度（90或或180），弯弯曲曲后后的的钢钢筋应无裂纹或断裂现象。筋应无裂纹或断裂现象。钢钢辊辊的的直直径径越越小小，弯弯转转角角度度越越大大，钢钢筋筋的的冷冷弯弯性性能能就就越越好好，冷冷弯弯是是反反映映钢钢筋筋塑塑性性性性能能的的另另一一项项指指标标，它它与与延延伸伸率率对对钢钢筋塑性的标志是一致的。筋塑性的标志是一致的。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 为为检检验验钢钢材材内内在在质质量量和和塑塑性性能的综合指标。性性能的综合指
41、标。2.中高强钢丝中高强钢丝（wire）和钢绞线和钢绞线（strand or tendon）：均均用用于于预预应应力力混混凝凝土土结结构构。预预应应力力钢钢丝丝是是以以优优质质高高碳碳钢钢盘盘条条经经等等温温淬淬火火再再拉拉拔拔而而成成的的钢钢丝丝。中中强强钢钢丝丝的的强强度度为为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的为高强钢丝、钢绞线的为 1470 1860MPa；冷拉低碳钢丝冷拉低碳钢丝 b 碳素钢丝碳素钢丝 s 刻痕钢丝刻痕钢丝 k 钢绞线钢绞线 j 第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能钢钢绞绞线线是是用用一一种种稍稍粗粗的的直直钢钢丝丝为为中中心心，其其余余钢
42、钢丝丝围围绕绕其其进进行行螺螺旋旋状状绞绞合合，再再经经低低温温回回火火处处理理，有有2股股、3股股、7股股等等，常常用的是用的是3股、股、7股钢绞线。股钢绞线。刻痕钢丝刻痕钢丝螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝绳状钢绞线绳状钢绞线钢丝钢丝的直径的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种。；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能目的：改变钢材内部结构，提高强度，节约钢筋。目的：改变钢材内部结构，提高强度，节约钢筋。但经冷加但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。工后，钢筋的延伸率降低。4.冷加工钢筋冷加工钢筋是指在常温下采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋
43、。是指在常温下采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。方法：冷拉、冷拔、冷轧、方法：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭冷轧扭。3.热处理钢筋热处理钢筋（heat treatment）：是将是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强级钢筋通过加热、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。土结构。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能o冷拉控制应力冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率冷拉率残余残余变形变形oabccdd冷拉无时效冷拉无时效冷拉经时效冷拉经时效冷冷拉拉钢钢筋筋
44、由由热热轧轧钢钢筋筋在在常常温温下下经经机机械械拉拉伸伸而而成成，冷冷拉拉应应力力值值应应超超过过钢钢筋筋的的屈屈服服强强度度。钢钢筋筋经经冷冷拉拉后后，抗抗拉拉屈屈服服强强度度提提高高，但但塑塑性性降降低低，这这种种现现象象称称为为冷冷拉拉强强化化。冷冷拉拉后后，经经过过一一段段时时间间钢钢筋筋的的屈屈服服点点比比原原来来的的屈屈服服点点有有所所提提高高，这这种种现现象称为象称为时效硬化时效硬化。冷拉冷拉第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能d1d2Pd2d1 冷冷拔拔钢钢丝丝是是将将钢钢筋筋用用强强力力拔拔过过比比它它本本身身直直径径还还小小的的硬硬质质合合金拔丝模而
45、成的钢丝。分为甲级和乙级两个级别。金拔丝模而成的钢丝。分为甲级和乙级两个级别。可可提提高高钢钢筋筋的的抗抗拉拉强强度度和和抗抗压压强强度度，但但塑塑性性降降低低很很多多，冷冷拔低碳钢丝的拔低碳钢丝的延性较差延性较差，且表面光滑，与混凝土，且表面光滑，与混凝土粘结性差粘结性差。冷拔冷拔第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋是是以以普普通通低低碳碳钢钢、优优质质碳碳素素钢钢或或低低合合金金钢钢热热轧轧圆圆盘盘条条为为母母材材，在在表表面面冷冷轧轧成成具具有有三三面面或或两两面面月月牙牙形形横横肋肋的的钢钢筋筋，分分为为五五个个级级别别（CRB550CR
46、B550、CRB650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970和和CRB1170CRB1170），极极限限强强度度与与冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝相相近近，但但伸伸长长率率比比冷冷拔低碳钢丝有明显提高。拔低碳钢丝有明显提高。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋冷冷轧轧扭扭钢钢筋筋是是以以热热轧轧光光面面钢钢筋筋 HPB235为为原原材材料料，在在常常温温下下按按规规定定的的工工艺艺参参数数，经经钢钢筋筋冷冷轧轧扭扭机机一一次次加加工工，轧轧扁扁扭扭曲曲呈呈连续螺旋状的冷强化钢筋，有矩形、菱形和螺旋肋几种。连续螺旋状的冷强化钢筋，有矩形、菱形和螺旋肋几种。第第2 2章
47、章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能三面月牙横肋的冷轧带肋钢筋 螺旋状冷轧扭钢筋 2.2.2 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2.塑性：塑性：要求钢筋混凝土结构承载能力极限状态为具要求钢筋混凝土结构承载能力极限状态为具 有明显预兆的塑性破坏。有明显预兆的塑性破坏。伸长率伸长率冷弯要求冷弯要求3.可焊性：可焊性：焊接后不应产生裂纹及过大的变形，以保证焊焊接后不应产生裂纹及过大的变形，以保证焊接接头性能良好。接接头性能良好。1.强度：强度：强度是钢筋质量的重要目标。强度是钢筋质量的重要目标。屈服强度、抗拉强度、强屈比。屈服强度、抗拉强度、强屈比。4.与混凝土具有良好
48、的粘结与混凝土具有良好的粘结第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能2.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结钢筋筋与与混混凝凝土土之之间的的粘粘结是是这两两种种材材料料共共同同工工作作的的保保证，使之能共同承受外力、共同使之能共同承受外力、共同变形、抵抗相互之形、抵抗相互之间的滑移。的滑移。产生钢筋和混凝土粘结力的主要原因：产生钢筋和混凝土粘结力的主要原因：混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力摩擦力；混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间胶合力胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的钢筋表
49、面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结应力局部粘结应力；钢筋端部在混凝土内的钢筋端部在混凝土内的锚固作用锚固作用。第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能2.3.1 粘结力的定义粘结力的定义若若钢筋筋和和混混凝凝土土有有相相对变形形（滑滑移移），就就会会在在钢筋筋和和混混凝凝土土交交界界面面上上产生生沿沿钢筋筋轴线方方向向的的相相互互作作用用力力，这种种力力称称为钢筋与混凝土的筋与混凝土的粘粘结力力。是是指指相相邻邻两两个个开开裂裂截截面面之之间间产产生生的的钢钢筋筋拉拉力力，通通过过裂裂缝缝两两侧侧的的粘粘结结应应力力部部分分地地向向混混凝凝土土传传递递，使使未未开开裂裂的
50、混凝土受拉。的混凝土受拉。裂缝之间局部粘结应力裂缝之间局部粘结应力粘结应力粘结应力局部粘结应力局部粘结应力锚固粘结应力锚固粘结应力第第2 2章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能是是指指钢钢筋筋伸伸入入支支座座或或支支座座负负弯弯矩矩钢钢筋筋在在跨跨间间截截断断时时，必必须须具具有有足足够够的的锚锚固固长度，通过锚固长度积累的粘结力。长度，通过锚固长度积累的粘结力。按按钢钢筋筋所所处处部部位位和和所所起起作作用用不不同同受受压压、受受拉拉、支支座座、节节点点及及钢钢筋筋截截断断时时，锚锚固长度各异。固长度各异。钢筋端部的锚固粘结应力钢筋端部的锚固粘结应力第第2 2章章 混凝土结构用