钢筋和混凝土的力学性能讲解.ppt

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1、一、基本概念一、基本概念是是钢筋钢筋和和砼砼按一定方式组成的能按一定方式组成的能共同工作共同工作的建的建筑材料。筑材料。1.1.钢筋混凝土：钢筋混凝土：2.2.钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。砼：抗拉强度大约是抗压强度的砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10 1/10。钢筋：抗拉抗压强度都很强钢筋：抗拉抗压强度都很强 。二、共同工作原理二、共同工作原理1.1.钢筋和砼之间存在粘结力钢筋和砼之间存在粘结力2.2.钢筋和砼线膨胀系数接近钢筋和砼线膨胀系数接近3.3.砼保护钢筋砼保护钢筋NEXTNEXTE.G.E.G.4.1 4.1

2、4.1 4.1 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能4.1.1 4.1.1 混凝土结构混凝土结构以混凝土为主要材料制作的结构。以混凝土为主要材料制作的结构。4.1.1 混凝土结构（1/2）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（1/4）a.a.素混凝土梁素混凝土梁b.b.钢筋混凝土梁：钢筋混凝土梁：受拉区配受拉区配2 2 2020钢筋钢筋F FF=13.4KN F=13.4KN 截面开裂并破坏截面开裂并破坏Fcr=15 KN Fcr=15 KN 截面开裂截面开裂;Fu=87KN Fu=87KN 截面破坏。截面破坏。20020030

3、0300F Ff ft t2002003003002 2 2020梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。BACKBACK4.1.1 混凝土结构（2/2）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（1/4）示例示例【回顾回顾】1.1.建筑结构基本要求？建筑结构基本要求？3.3.什么是混凝土结构？什么是钢筋混凝土？什么是混凝土结构？什么是钢筋混凝土？2.2.材料的基本力学指标有哪些？材料的基本力学指标有哪些？以混凝土为主要材料制作的结构。以混凝土为主要材料制作的结构。结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度；结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度；结构材料要有足

4、够的刚度；结构材料要有足够的刚度；结构材料要有相对低廉的价格。结构材料要有相对低廉的价格。包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛。包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛。是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。一、钢筋的种类及选用一、钢筋的种类及选用强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热轧钢筋钢 丝钢绞线热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋强度塑性弱强高低4.1.2 4.1.2 钢筋钢筋4.1.2 钢筋（1/7）4.1 钢筋和混凝土

5、结构的力学性能（2/4）Fig.Fig.我国常见钢筋外形我国常见钢筋外形4.1.2 钢筋（2/7）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）二、钢筋的力学性能二、钢筋的力学性能a.a.有明显屈服点（软钢）有明显屈服点（软钢）0 0 d da ab bc ce e oaoa弹性阶段弹性阶段bcbc屈服阶段屈服阶段cdcd硬化阶段硬化阶段 dede颈缩阶段颈缩阶段 d d0 0 条件屈服点条件屈服点 0.20.2 是残余应变是残余应变为为0.2%0.2%时的应力时的应力c c条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2=0.85 f=0.85 fu ub.b.无明显屈服点（硬钢）无明显屈服点（硬钢）c

6、 c 0.20.20.2%0.2%a a比例极限比例极限f fp p c c屈服强度屈服强度f fy y d d极限强度极限强度f fu u 1.1.强度相关强度相关4.1.2 钢筋（3/7）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据屈强比屈强比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，f fy y/f fu u=0.60.7=0.60.7。Es冲击韧性：冲击韧性：是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材对于冲击荷载的承受能力。对于冲击荷载的承受能力。2.2.塑性性能塑性性能伸长率：伸长率：钢材拉断后的塑性变形

7、量较钢钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变化率，是衡量钢材变形材原始尺度的变化率，是衡量钢材变形能力的重要指标。能力的重要指标。冷弯指标：冷弯指标：是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板，是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板，其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径（相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。（相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。伸长率伸长率:d d0 0 4.1.2 钢筋（4/7）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）越大越大,钢筋延性或塑性越好钢筋延性或塑性越好3.3.钢材的加工性能钢材的加工性能常见

8、的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工两类：常见的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工两类：冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔；冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔；热加工：焊接。热加工：焊接。冷拉后的钢筋冷拉后的钢筋没有明显的屈服阶段没有明显的屈服阶段，如，如B B图。图。冷拉卸载后经过一段时间的停滞，再对冷拉卸载后经过一段时间的停滞，再对其张拉，会重新恢复屈服阶段而呈现出其张拉，会重新恢复屈服阶段而呈现出屈服强度提高的应力应变图形；这种现屈服强度提高的应力应变图形；这种现象被称为象被称为冷做硬化冷做硬化现象；现象；冷拉仅冷拉仅提高钢筋的抗拉强度提高钢筋的抗拉强度，不提高其不提高其抗压

9、强度抗压强度；冷拉工艺冷拉工艺不改变钢筋的强度级别不改变钢筋的强度级别 。0A AB B冷拉冷拉4.1.2 钢筋（5/7）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其通过小直径的硬质合金模具，使其截通过小直径的硬质合金模具，使其截面减小而长度增长；面减小而长度增长；冷拔后的钢筋的冷拔后的钢筋的强度会大大提高强度会大大提高；冷拔后钢筋的冷拔后钢筋的塑性会降低塑性会降低；冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同一种钢筋。一种钢筋。0冷拔冷拔4.1.2 钢筋（6/7）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）三

10、、钢筋的计算指标三、钢筋的计算指标1.1.钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值2.2.钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值具有具有95%95%保证率保证率的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈服强度的基本代表值。其中，热轧钢筋根据屈服强度确定，用确定，用 表示；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的表示；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度根据极限抗拉强度确定，用强度根据极限抗拉强度确定，用 表示。表示。a.a.热轧钢筋强度设计值：热轧钢筋强度设计值：b.b.预应力钢筋强度设计值：预应力钢筋强度设计值：四、钢筋的截面面积四、钢筋的截面面积常规直径常规直径:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,2

11、5,28,32mm12:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32mm12种。种。等于标准值除以分项系数。等于标准值除以分项系数。4.1.2 钢筋（7/7）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（2/4）4.1.3 4.1.3 混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度a.a.定义：定义：水泥胶体(水泥结晶体和水泥胶块)弹性骨架（混凝土）水泥+水石子、沙子立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的立方体抗压强度是指按照标准方法制作养护的边长为边长为150mm150mm的立方体的立方体试件，在试件，在2828天天龄期，用龄期，用标准试验方法标准试验方法测得测得的抗压强度。

12、的抗压强度。砼强度等级砼强度等级1.立方体抗压强度150mm150mm150mm150mm150mm150mm4.1.3 混凝土（1/11）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）b.b.强度等级：强度等级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80共共1414级级C C 混凝土混凝土1515立方体抗压强度的标准值为立方体抗压强度的标准值为15N/mm15N/mm2 2a.a.定义：定义：b.b.折算：折算：轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为截面为1

13、50mm150mm150150mmmm高高300mm300mm的棱柱体的棱柱体，在，在2828天天龄期，用龄期，用标准标准试验方法试验方法测得的抗压强度。测得的抗压强度。2.2.轴心抗压强度轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）（棱柱体抗压强度）轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值高强混凝土脆性折减系数高强混凝土脆性折减系数0.880.88经验折减系数经验折减系数4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）150mm150mm300mm300mm4.1.3 混凝土（2/11）3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）混凝土的抗拉强度比抗压强度低

14、得多，一般只有抗压强度的混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的5%10%5%10%4.1.3 混凝土（3/11）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）4.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a.混凝土的双向受力强度混凝土的双向受力强度双向受拉：强度接近双向受拉：强度接近单向受拉强度单向受拉强度双向受压：抗压强度和双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高极限压应变均有所提高一拉一压：强度降低一拉一压：强度降低4.1.3 混凝土（4/11）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）b.混凝土的三向受压强度混凝土的三向受压强度三向受压时，混凝土的抗压强度和极

15、限变形都有较大提高三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高4.1.3 混凝土（5/11）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度c.混凝土在正混凝土在正应力和剪力和剪应力作用下的复合力作用下的复合强度度4.1.3 混凝土（6/11）二、混凝土的变形二、混凝土的变形 cu c c0ABCDfc 0残余变形残余变形弹性变形弹性变形OA弹性阶段弹性阶段AB微裂缝开展微裂缝开展BC弹塑性，竖向裂缝形成弹塑性，竖向裂缝形成CD下降段下降段混凝土是弹塑性材料混凝土是弹塑性材料收缩、徐变收缩

16、、徐变4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）受压混凝土一次短期受压混凝土一次短期受压混凝土一次短期受压混凝土一次短期加荷的应力加荷的应力加荷的应力加荷的应力-应变曲应变曲应变曲应变曲线线线线4.1.3 混凝土（7/11）混凝土的弹性模量测定混凝土的弹性模量测定4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）4.1.3 混凝土（8/11）a.原因原因：水分蒸发水分蒸发c.影响因素：影响因素：配合比、养护、体表比配合比、养护、体表比b.对构件影响：对构件影响：a)构件产生裂缝；构件产生裂缝；b)引起预应力损失引起预应力损失1.收缩收缩 砼在空气中硬化体积减小的现象砼在空气中硬化体积减小的现象4.

17、1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）4.1.3 混凝土（9/11）c.影响因素：影响因素：配合比、养护、应力条件配合比、养护、应力条件b.对构件影响：对构件影响：a)增大变形；增大变形；b)引起内力重分布；引起内力重分布；c)引起预应力损失引起预应力损失2.徐变徐变砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形a.原因原因：水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）4.1.3 混凝土（10/11）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;

18、C15;当采用当采用HRB335HRB335级钢筋筋时，不宜不宜低于低于C20;C20;当采用当采用HRB400HRB400和和RRB400RRB400级钢筋以及承受重复荷筋以及承受重复荷载的构件，的构件，不得不得低于低于C20;C20;预应力混凝土力混凝土结构构不不应低于低于C30;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，不宜不宜低于低于C40.C40.三、混凝土的选用三、混凝土的选用4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（3/4）4.1.3 混凝土（11/11）4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固钢筋与混凝土的粘结与锚固1.粘结力粘结力4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与

19、锚固（1/3）4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（4/4）若钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在若钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力。力。化学胶结力化学胶结力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力摩擦力摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力 机械咬合力机械咬合力：钢

20、筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力作用而产生的力 钢筋端部的锚固力钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力2.粘结力的组成粘结力的组成钢筋与混凝土的粘结强度钢筋与混凝土的粘结强度通常采用通常采用拔出试验拔出试验来测定来测定4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（4/4）3.粘结强度粘结强度钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力钢筋与砼的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值。的最大值。4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固（2/3）4.影响因素：影响因素：a.钢筋的表面形状、直径；钢筋的表面形状、直径；b.砼的强度等级、保护层厚度；砼的强度等级、保护层厚度；c.侧向压力及横向钢筋；侧向压力及横向钢筋；d.浇筑位置；等浇筑位置；等5.构造措施：构造措施：钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋的搭接长度、锚固长度、保护层厚度、钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。钢筋净距、受力光圆钢筋弯钩等。4.1 钢筋和混凝土结构的力学性能（4/4）进行拔出行拔出试验时，受拉，受拉钢筋达到屈服的同筋达到屈服的同时发生粘生粘结破坏，破坏，该临界界情况的情况的锚固固长度称度称为基本基本锚固固长度度，用，用 表示表示4.1.4 钢筋与混凝土的粘结与锚固（3/3）