2.钢筋和混凝土材料的力学性能—第二讲资料

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,河南理工大学土木工程学院,河南理工大学土木工程学院,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,2024/12/3,CH2 MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS,本章重点,(,Emphasis),生疏土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则the variety，level，performance and selection principle of steel reinforcement；,生疏混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能,strength and deformation of concrete under,various loads)及其选用原则；,了解钢筋与混凝土的粘结性能,(bond between steel,bar and concrete),。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,CH2.Mechanical Properties of Materials,钢筋的力学性能指标？,为何以屈服强度作为钢筋强度设计值的依据，而不是极限抗拉强度？,混凝土构造对钢筋性能的具体要求？,小结,2.1 Performance of Steel Bar,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,结合钢筋应力,-,应变曲线和钢筋混凝土梁受力特点说明“为何将屈服强度作为钢筋强度设计值的依据，而不是极限抗拉强度？”,任务,2.1 Performance of Steel Bar,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,P,P,A,B,B,C,D,E,Ultimate stress,f,u,Yielding stress,f,y,钢筋的力学性能指标,Index of mechanical properties,f,y,f,u,-,屈服强度,-,极限抗拉强度,f,y,/f,u,-,屈强比,强度储备,塑性指标,延长率elongation,冷弯性能,强度指标,strength Index,Plasticity index,c,old-,f,ormed,capacity,ultimate tensile strength,yielding strength,均匀伸长率,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.1 Performance of Steel Bar,回忆,强度要求,：保证经济性。,屈服强度,和,极限抗拉强度,，还要求有适当的,屈强比。,塑性要求：保证构造延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求。,可焊性,：,钢筋,焊接后不产生裂纹及过大的变形,，保证焊接后的接头性能良好。,与混凝土的粘结性,：保证钢筋和混凝土,共同工作,。,4 混凝土构造对钢筋性能的要求,耐久性和耐火性：设置必要的混凝土疼惜层。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.1 Performance of Steel Bar,可焊性,刻痕钢丝,混凝土水泥水骨料,混凝土是多空隙、不均匀的物体，内部存在许多微裂纹,水化过程长，性能需较长时间才能稳定,Concrete,cement,water,aggregates,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,混凝土的组成特点,Composition feature of Concrete,Cube compressive strength,Prism compressive strength,Tensile strength,Compressive strength under bi-axial or tri-axial loads,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,Em,phasis,：,the strength of concrete,Em,phasis,：,the deformation of concrete,Deformation of concrete under axial and tri-axial compressive loads,试验证明，构造混凝土在承受荷载或外应力之前，内部就已经存在少量、分散的微裂缝，宽(25)10-3、最长(12mm)，其主要缘由是在混凝土的凝固过程中，粗骨料和水泥砂浆的收缩差和不均匀温湿度场所产生的微观应力场。,2.2.1.,Strength of Concrete,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,在渐渐受压过程中，混凝土试块的破坏是内部微裂缝渐渐进展(Extension of micro-cracks)的结果。,粘结裂缝,混凝土加载前的内部微裂缝,s,=0.85,s,max,s,=0.65,s,max,粘结裂缝,s=s,max,s,=0,混凝土试块从开头受力直到极限荷载，混凝土内的微裂缝渐渐增多和扩展，可以分作三个阶段：,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,微裂缝不进展,微裂缝扩展,微裂缝非稳定进展,混凝土破坏,用,X,光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程,2.2.1.,Strength of Concrete,s,=0.85,s,max,s,=0.65,s,max,粘结裂缝,s=s,max,s,=0,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,微裂缝不进展,微裂缝扩展,微裂缝非稳定进展,混凝土破坏,结论：混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致。假设对混凝土的横向变形加以约束，限制裂缝的开展，则可以提高混凝土纵向抗压强度。,2.2.1.,Strength of Concrete,立方体抗压强度,(,Cube Compressive Strength),f,cu,1 单轴受力状态下的混凝土强度under axial loads,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,2.2.1.,Strength of Concrete,轴心抗压强度,(,Axial Compressive Strength),f,c,轴心抗拉强度,(,Axial Tensile Strength),f,t,承压板,试块,温度：203,相对湿度：,90,标准,条件,养护,28d,标准,试验方法,抗压强度,边长为,150mm,的,标准,立方体,试块,加载速度：,0.15,0.25MPa/s,全截面受力，表面不涂润滑剂,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,Cube compressive strength,f,cu,影响因素一：,润滑剂,(lubricant),摩擦力,friction,不涂润滑剂,涂润滑剂,套箍效应,强度大于,立方体抗压强度影响因素,(,Factors that affect the cube strength),The,friction,between the heads of the testing machine and the specimen offers some,lateral constraint,to restrict the,lateral expansion,of the specimen under pressure,so the specimen can take a higher compressive strength.,承压板,试块,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,影响因素二：,尺寸,(Size),尺寸效应,标准试块,150150 150,非标准试块,100100 100,非标准试块,200200 200,1.05 :1 :0.95,尺寸越大,内部缺陷较多,;,尺寸越大，套箍作用越不明显。,试块尺寸越大，实测破坏强度越低。,The smaller the size of the specimen,the higher the compressive strength.,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,立方体抗压强度影响因素,(,Factors that affect the cube strength),影响因素三：,加载速度,The loading speed,加载速度快，内部微裂纹来不及扩展,实测强度提高,The loading speed increases more rapidly during the test,the compressive strength will be higher.,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,立方体抗压强度影响因素,(,Factors that affect the cube strength),另外，影响因素还有龄期、养护条件、材料组成、试件外形以及试验方法等。,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,因此，在建立混凝土的强度时，需要规定一个,统一的标准,作为依据。,温度：203,相对湿度：,90,边长为,150mm,的,标准,立方体,试块,标准,条件,养护,28d,标准,试验方法,加载速度：,0.15,0.25MPa/s,全截面受力，表面不涂润滑剂,抗压强度,Cube compressive strength,f,cu,具有,95,保证率,的立方体抗压强度标准值,(N/mm,2,),14,grades,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,高强混凝土,代表,Concrete,立方体抗压强度标准值,f,cu,k,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,混凝土的强度等级,strength grade of concrete,按立方体抗压强度标准值,f,cu,k,确定,概率密度,材料强度,强度平均值,强度标准值,承压板,试块,抗压强度与试件外形有关，实际构件往往是棱柱体，棱柱体抗压强度比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压力气。,真实反映混凝土的实际工作状态,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,Axial compressive strength,f,c,试件长度不宜过小或过大：摆脱端部,摩擦力,的影响；试件不致,失稳,或发生较大,弯曲变形,。,Standard specimen,:150,150 300(450)mm,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,试验量测到,f,c,值比,f,cu,值小,，并且棱柱体试件,高宽比,(,即,h,/,b,),越大,，它的,强度越小,。,承压板,试块,Axial compressive strength,f,c,中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。,真实反映混凝土的实际工作状态,通过大量比对试验，可建立,f,c,值与,f,cu,值之间的关系式。,f,c,与,f,cu,的关系,立方体抗压强度试验平均值,脆性折减系数：,C40,以下：,C80,：,考虑实际构件的工作条件与试件,所处条件的差异,引入的修正系数,CH2.,钢筋和混凝土材料的基本性能,2.2 Performance of Concrete,f,c,与,f,cu,的关系曲线,Axial tensile strength,f,t,由于混凝土构件内部的不均匀性，加之安装试件偏差的缘由，通过直承受拉试验测量抗拉强度是很困难的，试验数据离散性很