第2章 鋼筋和混凝土的材料性能

1、第二章 鋼筋和混凝土的材料性能鋼筋的種類：鋼筋的種類：熱軋鋼筋、中高強鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋熱軋鋼筋、中高強鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋、冷加工鋼筋第二章 鋼筋和砼的材料性能2.1 鋼筋的品種按用途分類：普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋按用途分類：普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋普通鋼筋品牌的命名原則：普通鋼筋品牌的命名原則：生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)強度等級標(biāo)準(zhǔn)強度等級第二章 鋼筋和砼的材料性能2.1 鋼筋的品種用大寫英文用大寫英文字母表示字母表示用數(shù)字表示用數(shù)字表示 如HPB300:熱軋光圓鋼筋；熱軋光圓鋼筋； HRB335：熱軋帶肋鋼筋；熱軋帶肋鋼筋； HRBF335：采用控溫技術(shù)軋制的細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋；

2、采用控溫技術(shù)軋制的細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋； RRB400：余熱處理鋼筋；余熱處理鋼筋；HPB300 （Hot-rolled Plain Bar）: 俗稱俗稱級。級。熱軋光圓鋼筋熱軋光圓鋼筋HRB335 （Hot-rolled Ribbed Bar ） : 俗稱俗稱級。級。熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋HRB400 （ Hot-rolled Ribbed Bar ） : 俗稱俗稱級。級。熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋RRB400 （RolledRibbed Bar ）余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋常用熱軋鋼筋英文縮寫常用熱軋鋼筋英文縮寫第二章 鋼筋和砼的材料性能2.1 鋼筋的品種除除HPB300鋼筋表面為光面外，其余

3、鋼筋表面均帶肋鋼筋表面為光面外，其余鋼筋表面均帶肋(螺旋形、人字形和螺旋形、人字形和月牙形月牙形)，以增強鋼筋和砼的粘結(jié)作用。，以增強鋼筋和砼的粘結(jié)作用。第二章 鋼筋和砼的材料性能2.1 鋼筋的品種混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的選用原則混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的選用原則鋼筋力學(xué)性能主要與碳的含量有關(guān) 力學(xué)性能主要與碳的力學(xué)性能主要與碳的含量有關(guān)：含碳量越含量有關(guān)：含碳量越高，則鋼筋的強度越高，則鋼筋的強度越高，質(zhì)地硬，但塑性高，質(zhì)地硬，但塑性變差。變差。 第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能 鋼筋的化學(xué)成分： 鐵元素：主要成分。 碳元素：含碳量增加，強度提高，但塑性和可焊性降低。低碳鋼（0.25%)、中碳

4、鋼（0.250.6%)、高碳鋼（0.61.4%)。 錳、硅元素：可提高強度，保持一定塑性。 磷、硫元素：使塑性降低、焊接性能降低、冷脆（磷）或熱脆（硫）。第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能有有明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋(熱熱軋鋼筋軋鋼筋)無無明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋(高強鋼絲高強鋼絲)鋼筋按力學(xué)鋼筋按力學(xué)性能的分類性能的分類有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系oaoa- -彈性階段彈性階段ad-ad-屈服階段屈服階段de-de-強化階段強化階段efef- -頸縮階段頸縮階段aaa 比例極限比例極限 彈性極限彈性極限b 屈服上限屈服上限c 屈服

5、下限屈服下限e 極限強度極限強度a第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能反映鋼筋力學(xué)性能的基本指標(biāo)：反映鋼筋力學(xué)性能的基本指標(biāo)：、和和p對于有明顯屈服點鋼筋，其屈服強度對于有明顯屈服點鋼筋，其屈服強度fyfy定義為定義為屈服下限屈服下限。p強屈比強屈比為極限強度為極限強度fufu與屈服強度與屈服強度fy的比值，的比值，規(guī)范規(guī)范規(guī)定按規(guī)定按抗震等級設(shè)計的構(gòu)件，強屈比不應(yīng)小于抗震等級設(shè)計的構(gòu)件，強屈比不應(yīng)小于1.251.25，不應(yīng)大于，不應(yīng)大于1.31.3。p塑性變形能力塑性變形能力用鋼筋在最大力下的總伸長率用鋼筋在最大力下的總伸長率gtgt( (又稱均勻又稱均勻延伸率延伸率) )表示，

6、反映了鋼筋的變形能力，定義為：表示，反映了鋼筋的變形能力，定義為：第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能%100)(00sugtEflll鋼筋總伸長率限制值鋼筋總伸長率限制值鋼筋的雙線性理想彈塑性本構(gòu)模型：鋼筋的雙線性理想彈塑性本構(gòu)模型：用于一般結(jié)構(gòu)分析用于一般結(jié)構(gòu)分析第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的三折線彈塑性本構(gòu)模型鋼筋的三折線彈塑性本構(gòu)模型(教材教材P18)：用于非線形分析：用于非線形分析無明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系無明顯屈服點鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系條件屈服強度為殘余變形條件屈服強度為殘余變形為為0.20.2時對應(yīng)的應(yīng)力。時對應(yīng)的應(yīng)力。對于預(yù)應(yīng)力鋼筋，對于預(yù)

7、應(yīng)力鋼筋，規(guī)范規(guī)范取條件屈服強度為取條件屈服強度為0.850.85b b。第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能曲線的數(shù)學(xué)模型：見教材曲線的數(shù)學(xué)模型：見教材P19P19的雙斜線模型的雙斜線模型鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷載鋼筋的疲勞是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的動荷載作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。作用下，經(jīng)過一定次數(shù)后，突然脆性斷裂的現(xiàn)象。第二章 鋼筋和砼的材料性能2.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的疲勞強度與一次循環(huán)應(yīng)力中的最大和最小鋼筋的疲勞強度與一次循環(huán)應(yīng)力中的最大和最小應(yīng)力值應(yīng)力值( (應(yīng)力幅度應(yīng)力幅度) )有關(guān)，鋼筋的疲勞強度是指在有關(guān)

8、，鋼筋的疲勞強度是指在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)循環(huán)荷載后某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。疲勞強度低于其在發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。疲勞強度低于其在靜荷載作用下的極限強度。靜荷載作用下的極限強度。鋼筋疲勞斷裂的原因：鋼筋內(nèi)部和外部的缺陷，在鋼筋疲勞斷裂的原因：鋼筋內(nèi)部和外部的缺陷，在這些薄弱處容易引起應(yīng)力集中。應(yīng)力過高，鋼材晶這些薄弱處容易引起應(yīng)力集中。應(yīng)力過高，鋼材晶粒滑移，產(chǎn)生疲勞裂紋，應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增加，粒滑移，產(chǎn)生疲勞裂紋，應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增加，裂紋擴展，從而造成斷裂。裂紋擴展，從而造成斷裂。鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值由于材料性能存在離

9、散性，即使是同一批生產(chǎn)的鋼筋，強度也不完全相同。為保證設(shè)計取值的可靠性，規(guī)范規(guī)定材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率：第二章 鋼筋和砼的材料性能2.3 鋼筋的強度與彈性模量材料強度標(biāo)準(zhǔn)值是材料強度品質(zhì)保證的強度代表制，材料強度標(biāo)準(zhǔn)值是材料強度品質(zhì)保證的強度代表制，而不是材料強度實際值。而不是材料強度實際值。)645. 11 (645. 1mmkfff鋼筋的彈性模量鋼筋的彈性模量Es：反映鋼筋彈性受力階段的應(yīng)力：反映鋼筋彈性受力階段的應(yīng)力與應(yīng)變間關(guān)系的物理量。與應(yīng)變間關(guān)系的物理量?；炷恋膹姸然炷恋膹姸然炷亮⒎襟w抗壓強度混凝土立方體抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土軸心

10、抗拉強度混凝土軸心抗拉強度kcuf,cftf第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度立方體抗壓強度試驗立方體抗壓強度試驗(詳見視頻詳見視頻)用邊長為用邊長為150mm的的立方體立方體標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d或設(shè)計規(guī)定齡期或設(shè)計規(guī)定齡期后，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的后，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有具有95%保證率的保證率的立方體抗壓強度，稱為立方體抗壓強度，稱為立方立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值 ，用符號，用符號表示為：表示為： 立方體抗壓強度只是作為在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強度大小和品質(zhì)立方體抗壓強度只是作為在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強度大小和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)試驗方

11、法，并不代表混凝土的實際受力狀態(tài)。的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，并不代表混凝土的實際受力狀態(tài)。 cu, kf第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度混凝土混凝土強度等級強度等級 按立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定，按立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定，按按 的大小劃分為的大小劃分為14級，用符號級，用符號C表示，級差為表示，級差為5N/mm2：C15、 C20、 C25、 C30 C80。 C50級以上為高強混凝土。級以上為高強混凝土。cu,kf第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度軸心抗壓強度（軸心抗壓強度（ fc ）軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定，用符號軸心抗壓

12、強度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為般為h/b=23，我國通常取，我國通常取150mm150mm450mm的棱的棱柱體試件，也常用柱體試件，也常用100100300試件試件(詳見視頻詳見視頻) 。 2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋和砼的材料性能立方體抗壓強度與軸心抗壓強度的關(guān)系立方體抗壓強度與軸心抗壓強度的關(guān)系規(guī)范規(guī)范對小于對小于C50C50級的混凝土取級的混凝土取k k=0.76=0.76，對，對C80C80取取k k=0.82=0.82，其間按線性插值，即，其間按線

13、性插值，即cucfkf對于同一混凝土，對于同一混凝土，棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度。 第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度軸心抗拉強度（軸心抗拉強度（ ft ） 500 150 15010016軸心受拉試驗也是混凝土的基本力學(xué)性能，用符號也是混凝土的基本力學(xué)性能，用符號 f ft t 表示。表示?；炷翗?gòu)件開裂、裂縫、變形，以及混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強度有關(guān)?？估瓘姸扔嘘P(guān)。破壞時試件中部產(chǎn)生橫向裂縫，破壞破壞時試件中部產(chǎn)生橫向裂縫，破壞截面的平均拉應(yīng)力即為軸心抗拉強度，截

14、面的平均拉應(yīng)力即為軸心抗拉強度，試驗值離散性大試驗值離散性大( (詳見視頻詳見視頻) )。第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度0102030405060708090100123456 ft fcuGBJ10-89 規(guī)范軸心受拉強度與立方體強度間的換算關(guān)系55. 0395. 0cutff 3/226. 0cutff 立方體抗壓強度與軸心抗拉強度的關(guān)系立方體抗壓強度與軸心抗拉強度的關(guān)系2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋和砼的材料性能2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)值混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)值2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋

15、和砼的材料性能混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)值混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)值2.5 混凝土的強度第二章 鋼筋和砼的材料性能2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土強度的破壞機理混凝土強度的破壞機理立方體試塊不涂潤滑劑：承壓板的摩擦力使構(gòu)件端部呈三向受壓狀態(tài)，立方體試塊不涂潤滑劑：承壓板的摩擦力使構(gòu)件端部呈三向受壓狀態(tài)，最終形成對頂角錐形破壞面。最終形成對頂角錐形破壞面。立方體試塊涂潤滑劑：摩擦力減小使構(gòu)件橫向膨脹變形不受約束，最立方體試塊涂潤滑劑：摩擦力減小使構(gòu)件橫向膨脹變形不受約束，最終因產(chǎn)生單向受壓破壞的豎向裂縫而破壞。終因產(chǎn)生單向受壓破壞的豎向裂縫而破壞。棱柱體試塊不涂潤滑劑：摩擦力僅影響端部區(qū)域，

16、基本接近單向均勻棱柱體試塊不涂潤滑劑：摩擦力僅影響端部區(qū)域，基本接近單向均勻受壓，最終因中部砼壓酥而破壞。受壓，最終因中部砼壓酥而破壞。2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能

17、混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過混凝土受壓與微裂縫的發(fā)展過程程2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼

18、筋和砼的材料性能螺旋箍筋約束混凝土應(yīng)力螺旋箍筋約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變圖應(yīng)變圖2.6 混凝土破壞機理第二章 鋼筋和砼的材料性能2.7 混凝土的變形模量第二章 鋼筋和砼的材料性能彈性模量：適用于應(yīng)力較小時的彈性變形和應(yīng)力計算；割線模量：用于彈彈性模量：適用于應(yīng)力較小時的彈性變形和應(yīng)力計算；割線模量：用于彈塑性受力分析的割線增量法；切線模量：用于非線性分析的切線增量法；塑性受力分析的割線增量法；切線模量：用于非線性分析的切線增量法；Ec= tan Ec= tan Ec= tan 0ddEcddEc 彈性系數(shù)n 隨應(yīng)力增大而減（n =10.5）cEelcEcEn2.7 混凝土的變形模量第二章 鋼筋和砼的

19、材料性能測定方法：加載至初始應(yīng)力，再卸載至零，再反復(fù)加載測定方法：加載至初始應(yīng)力，再卸載至零，再反復(fù)加載510次，使每次卸次，使每次卸載的殘余變形越來越小，從而不斷消除塑性變形，直至曲線達(dá)到穩(wěn)定的線載的殘余變形越來越小，從而不斷消除塑性變形，直至曲線達(dá)到穩(wěn)定的線彈性。彈性。彈性模量與立方體強度的關(guān)系彈性模量與立方體強度的關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)

20、力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系試驗詳情見視頻試驗詳情見視頻2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變

21、關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能單軸受壓應(yīng)力單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能箍筋約束混凝土的單軸受壓應(yīng)力箍筋約束混凝土的單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能cyvvff綜合約束指標(biāo)：綜合約束指標(biāo)：2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能2.8 混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系第二章 鋼筋和砼的材料性能復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的受力性能三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)（ Triaxial Stress State）混凝土三向受壓時，各個方向的抗壓強度都有所提高。第二章 鋼筋和砼的材料性能2.9 復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的強度混凝土的疲勞破壞：混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞，特征為裂縫小而變形大。疲勞強度通過疲勞試驗確定。第二章 鋼筋和砼的材料