01 钢筋混凝土材料的物理力学性能

,第一章 钢筋混凝土材料的物理力学性能,同济大学出版社,工程结构,第,1,章 钢筋混凝土,材料的物理力学性能,同济大学电子音像出版社,普通高等教育,“,十一五,”,国家级规划教材,工 程 结 构（第三版）,学习目的,1,掌握钢筋品种、规格、力学性能及强度设计指标；,2,掌握混凝土强度、变形指标和耐久性规定；,3,理解钢筋和混凝土的粘结性能及保证可靠粘结和锚固的构造措施。,1.1.1,混凝土的强度,1.,混凝土的立方抗压强度,f,cu,及强度等级,（,1,）混凝土的立方抗压强度,确定方法：,用边长为,150mm,的标准立方体试件，在标准养护条件下（温度,20,3,，相对湿度不小于,90%,）养护,28,天后，按照标准试验方法（试件的承压面不涂润滑剂，加荷速度约每秒,0.15,0.3N/mm,2,）测得的具有,95%,保证率的抗压强度，作为混凝土的立方抗压强度标准值，用符号,f,cu,k,表示。,1.1,混凝土的物理力学性能,在实际施工中，允许采用非标准尺寸的试件，为了具有可比性，非标准尺寸试件的抗压强度应折算成标准尺寸试件的抗压强度值。其换算系数为：,200,mm200mm200mm,的立方体试块1,.05,；,100,mml00mml00mm,的立方体试块0,.95,。,（,2,）混凝土的强度等级,根据立方体抗压强度标准值,f,cu,k,的大小，混凝土强度等级分,C15,、,C20,、,C25,、,C30,、,C35,、,C40,、,C45,、,C50,、,C55,、,C60,、,C65,、,C70,、,C75,、,C80,共,14,级。,其中，,C60 C80,属高强混凝土，其中符号,C,表示混凝土，,C,后面的数字表示以,N,mm2,为单位的立方体抗压强度。,（,3,）结构对混凝土强度等级的要求,钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于,20,；当采用强度等级,400N/mm,2,及以上的钢筋时，混凝土强度等级不宜低于,25,。,2.,混凝土的轴心抗压强度,f,c,混凝土轴心抗压试验,我国采用,150mm,150mm,300mm,棱柱体试件测得的强度作为混凝土的轴心抗压强度。,3.,轴心抗拉强度,f,t,混凝土抗拉试验,混凝土的抗拉强度可采用尺寸为,100,mm,100,mm,500,mm,的柱体试件进行直接轴心受拉试验，但其准确性较差。故国内为多采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测定。,1.1.2,混凝土的变形,混凝土的变形有两类：一类是受力变形；另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形,。,1.,混凝土在长期荷载作用下的变形,徐变,定义：混凝土在长期不变荷载作用下，应变随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。,对结构构件的不利影响：增大混凝土构件的变形；在预应力混凝土构件中引起预应力损失等。,影响因素,：混凝土的徐变除与构件截面的应力大小和时间长短有关外，还与混凝土所处环境条件和混凝土的组成有关。养护条件越好，周围环境的湿度越大，构件加载前混凝土的强度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密实，集料含量越大，集料刚度越大，则徐变越小。,对结构构件的不利影响：当构件受到约束时，混凝土的收缩就会使构件中产生收缩应力，收缩应力过大，就会使构件产生裂缝，以致影响结构的正常使用；在预应力混凝土构件中混凝土收缩将引起钢筋预应力值损失，等等。,混凝土不是弹性材料，其应力和应变不呈线性关系，在不同应力阶段的变形模量（应力与应变之比）不同，原点切线很难准确地作出。实用中，采用应力上限为（,0.40.5,）,f,c,循环,510,次后的应力,-,应变曲线，应力为（,0.40.5,）,f,c,时的切线模量作为混凝土的弹性模量的近似值。,2.,混凝土的弹性模量,1.,混凝土的强度等级；,2.,收缩与徐变的概念。,难点提示,1.2.1,钢筋的品种,1.2,钢筋的物理力学性能,热轧钢筋,冷拉钢筋,热处理钢筋,冷轧钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋）,冷拔低碳,消除应力钢丝,钢绞线,钢筋按加工,方法不同分类,钢筋按在结构中是否施加预应力分类,普通钢筋,预应力钢筋,钢筋按外形分类,光圆钢筋（,HPB,系列）,变形钢筋（,HRB,系列,、,HRBF,系列,、,RRB,系列,）,光面钢筋,变形钢筋,预应力钢绞线和钢丝,普通钢筋指用于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。,用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为,HPB300,、,HRB335,（,HRBF335,）、,HRB400,（,HRBF400,、,RRB400,）和,HRB500,四个级别。,2002,版,混凝土设计规范,规定，普通钢筋,宜采用,HRB400,级和,HRB335,级钢筋。,2010,版规范推荐采用高强度钢筋。,1.2.2,钢筋的强度和变形,（,1,）纵向受力普通钢筋宜采用,HRB400,、,HRB500,、,HRBF400,、,HRBF500,钢筋，也可采用,HPB300,、,HRB335,、,HRBF335,、,RRB400,钢筋；,（,2,） 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用,HRB400,、,HRB500,、,HRBF400,、,HRBF500,；,（,3,） 箍筋宜采用,HRB400,、,HRBF400,、,HPB300,、,HRB500,、,HRBF500,钢筋，也可采用,HRB335,、,HRBF335,钢筋。,s,e,有明显屈服点的钢筋,a,b,c,d,e,f,u,a,为比例极限,oa,为弹性阶段,de,为强化阶段,b,为屈服上限,c,为屈服下限，即屈服强度,fy,cd,为屈服台阶,e,为极限抗拉强度,fu,f,y,a,ef,为颈缩阶段,o,把,y,取为计算构件的强度标准，以,u,作为,材料,的强度储备。,f,a,为弹性极限,1,钢筋的应力,-,应变曲线,对于没有明显屈服点的钢材，以残余变形为0.2%时的应力作为名义屈服点，其值约等于极限强度85%。,1,钢筋的应力,-,应变曲线,无明显屈服点的钢筋,2,钢筋的变形性能,断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为延伸率，它是衡量钢材塑性的重要指标。,良好的塑性，可将结构上超过屈服点的应力进行重新分布，从而避免结构过早破坏。,屈服点,、,抗拉强度,和,伸长率,，是钢材的三个重要力学性能指标。,冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。,1.3,钢筋与混凝土之间的粘结与锚固,1.3.1,粘结力的组成,1.,化学胶结力：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。,2.,摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力。,3.,机械咬合力：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 。,4.,钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力。,1.3.2,钢筋的锚固和搭接,钢筋与混凝土的粘结强度通常采,用拔出试 验来测定。设拔出力为,F,，,则,以粘结破坏（钢筋拔出或混凝土,劈裂）时钢筋与混凝土截面上的最,大平均 粘结应力作为粘结强度。,进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度，用,l,ab,表示,工程中实际受拉钢筋的锚固长度应根据锚固条件计算,纵向受拉钢筋的搭接长度,1钢筋的锚固,为保证构件内的钢筋能够很好地受力，当钢筋伸入支座或在跨中切断时，必须伸出一 个长度，依靠这个长度上的粘结力把钢筋锚固在混凝土中，此长度称为锚固长度。,锚固长度按下式计算：,lab=,（y/t）d,式中,la,受拉钢筋的锚固长度；,y,钢筋的抗拉强度设计值；,t,混凝土轴心抗拉强度设计值；,d,钢筋的公称直径；,钢筋的外形系数，光面钢筋,0.16，,带肋钢筋,0.14,(,a),末端带135,弯钩；(,b),末端与钢板穿孔塞焊；(,c),末端与短钢筋双面贴焊,当钢筋的锚固长度有限而靠自身的锚固性能又无法满足受力钢筋承载力的要求时，可采用机械锚固措施。,此时锚固长度(包括锚头在内的水平投影长度)可取式(32)计算的锚固长度乘以修正系数0,.6,2钢筋的连接,在钢筋混凝土结构中，当钢筋强度被充分利用而长度不够时，必然出现钢筋连接的问题。,目前钢筋连接的基本形式有：绑扎搭接、焊接和机械连接三类。,(1)钢筋的绑扎搭接连接,钢筋绑扎接头要有一定的搭接长度。对于光圆钢筋，还需在接头两端做成弯钩，如图所示。,钢筋绑扎接头的最小搭接长度应符合混凝土规范的要求,搭接长度一般均大于锚固长度。同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。,同一连接区段内的,受拉钢筋搭接接头面积百分率,：对梁类、板类及墙类构件，不宜大于25；对柱类构件，不宜大于50。当工程确有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时，对梁类构件，不应大于50；对板类、墙类及柱类构件，可根据实际情况放宽。,(2)钢筋的焊接,其最大优点是节省钢筋材料、接头成本低、接头尺寸很小，基本不影响钢筋的间距、保护层厚度及施工操作。在质量有保证的情况下是很理想的连接形式。,(3)钢筋的机械连接,钢筋的机械连接是一种新型的钢筋连接形式，主要有挤压套筒连接、锥螺纹套筒连接、镦粗直螺纹连接等。,钢筋的绑扎搭接连接,钢筋焊接,钢筋的机械连接,同济大学电子音像出版社,Thank You !,