混凝土结构与砌体结构第2版教学课件作者赵维霞项目2.ppt

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项目2钢筋混凝土材料的力学性能,任务2.1钢筋的性能及要求任务2.2混凝土的力学性能任务2.3钢筋与混凝土间的粘结,返回,任务.钢筋的性能及要求,.钢筋的类型.按加工方法分类按加工方法的不同，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝和钢绞线。

（）热轧钢筋：

是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成的，包括光圆钢筋和带肋钢筋。

混凝土结构应根据对强度、延性、连接方式、施工适应性等的要求，选用下列牌号的钢筋：

）纵向受力普通钢筋宜采用、钢筋，也可采用、钢筋。

下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,）梁、柱纵向受力普通钢筋应采用、钢筋。

）箍筋宜采用、钢筋，也可采用、钢筋。

）预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。

（）热处理钢筋：

是将热轧钢筋再通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。

热处理后钢筋强度能得到较大幅度的提高，而塑性降低并不多。

（）冷加工钢筋：

是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工而成的。

上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,冷加工的目的是提高钢筋的强度，节约钢材。

但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。

近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。

（）钢丝和钢绞线：

钢丝包括光圆钢丝、螺旋钢丝、刻痕钢丝；钢绞线是由多根高强钢丝捻制在一起，并经低温回火处理清除内应力后制成的，可分为股、股、股三种。

.按化学成分分类按化学成分的不同，钢筋可分为碳素钢钢筋和普通低合金钢筋。

钢筋的主要化学成分是铁元素，除铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰等杂质元素和硫、磷等有害元素。

各种化学成分含量的多少，对钢筋机械性能和可焊性的影响极大。

上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,随含碳量的增加，钢材的硬度和强度也提高，而塑性和韧性则下降，材性变脆，其焊接性也随之变差。

碳素钢钢筋按含碳量多少，又分为低碳钢钢筋、中碳钢钢筋和高碳钢钢筋。

硅、锰是作为脱氧剂加入钢中的，可使钢的强度和硬度增加并保持一定的塑性。

硫、磷是钢中的有害元素，易使钢材脆断。

除上述元素外，钢筋中还加入少量合金元素，从而获得强度高和综合性能好的钢种，在钢筋中常用的合金元素有硅、锰、钒、钛等。

.按有无物理屈服点分类,上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,按有无物理屈服点，钢筋可分为软钢和硬钢。

有物理屈服点的钢筋叫软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋叫硬钢，如钢丝和热处理钢筋。

除以上三种分类方法外，从外形上钢筋还可分为光圆钢筋、螺纹钢筋、人字钢筋、月牙纹钢筋，如图-所示。

2.钢筋的力学性能.钢筋的应力应变曲线软钢应力应变曲线如图-所示。

在A点以前，应力与应变成比例变化，与A点对应的应力称为比例极限。

上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,过A点后，应变较应力增长快，到达B上点后钢筋开始溯流，B上点称为屈服上限，待B上点降至屈服下限B下点，这时应力基本不增加而应变急剧增长，曲线接近水平线。

曲线延伸至B点，B上B段称为流幅或屈服台阶。

钢筋到达屈服阶段时，虽尚未断裂，但一般已不能满足结构的设计要求，所以设计时是以这一阶段的应力值为依据，而屈服上限与加载速度、截面形式、试件表面光洁度等因素有关，通常B上点是不稳定的，所以取其下限值B下，屈服下限也叫屈服强度，用表示。

过B点以后，应力又继续上升，说明钢筋的抗拉能力又有所提高。

随着曲线上升到最高点C，相应的应力称为钢筋的极限强度，BC段称为钢筋的强化阶段。

上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,试验表明，过了C点，试件薄弱处的截面将会突然显著缩小，发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到D点时试件被拉断。

断裂后的残余应变称为伸长率，用表示。

硬钢应力应变曲线如图-所示，由图可知这类钢筋无明显屈服强度，为了与钢筋国家标准相一致，混凝土结构设计规范（2010）也规定，在构件承载力设计时，取极限抗拉强度的作为条件屈服点，即残余应变为0.2的应力为其条件屈服强度。

另外，钢筋除要有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形能力。

上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,钢筋的塑性指标除了前面提到的伸长率外还有冷弯性能。

这两个指标反映了钢筋的塑性性能和变形能力。

冷弯是将直径为d的钢筋围绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度，若此时钢筋无裂纹断裂及起层现象，则表示合格。

弯芯的直径D越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。

伸长率越大塑性越好。

普通钢筋强度标准值见表-，普通钢筋强度设计值见表-，钢筋弹性模量见表-。

.混凝土结构对钢筋的要求（）强度的要求。

上一页,下一页,返回,任务.钢筋的性能及要求,所谓钢筋强度，是指钢筋的屈服强度及极限强度。

钢筋的屈服强度是设计计算时的主要依据（对无明显流幅的钢筋，取它的条件屈服点）。

（）足够的塑性。

为了使钢筋在断裂前有足够的变形，要求钢材有一定的塑性，在钢筋混凝土结构中，能给出构件将要破坏的预告信号，同时要保证钢筋冷弯的要求，通过试验检验钢材承受弯曲变形的能力以间接反映钢筋的塑性性能。

（）可焊性。

可焊性即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。

可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标。

（）与混凝土的粘结力。

为了保证钢筋与混凝土共同工作，钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。

钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。

上一页,返回,任务.混凝土的力学性能,.混凝土的强度.立方体抗压强度混凝土结构主要是利用混凝土的抗压强度。

因此，抗压强度是混凝土力学性能中最基本的指标，混凝土的强度等级是用立方体的抗压强度来划分的。

国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准（）规定，以边长为的立方体为标准试件，在温度为（）的环境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。

下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,拆模后应立即放入温度为（），相对湿度为以上的标准养护室中养护，或在温度为（）的不流动的（）饱和溶液中养护。

养护，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为。

立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标，混凝土结构设计中使用的其他强度值都可以根据立方体强度值换算得出。

混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用f，表示。

即用上述标准试验方法测得的具有保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,混凝土结构设计规范（）规定的混凝土强度等级有、和，共十四个等级。

混凝土结构设计规范（）规定，素混凝土结构的强度等级不应低于；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于；采用强度等级及以上钢筋时，混凝土强度等级不应低于；承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于。

预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于，且不应低于。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,.轴心抗压强度在实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，普通混凝土力学性能试验方法标准（）规定，以的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件，又称为棱柱体抗压强度。

由于棱柱体试件的高度越大，试验机压板与试件之间摩擦力对试件高度中部的横向变形的约束影响越小，所以棱柱体试件的抗压强度都比立方体的强度值小，并且棱柱体试件高宽比越大，强度越小。

但是当试件的高宽比为时，可以基本消除影响。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,混凝土结构设计规范（）规定，以上述棱柱体试件试验测得的具有保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号f表示。

轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定：

.轴心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度也是混凝土的基本力学指标之一，可用它间接地衡量混凝土的冲切强度等其他力学性能。

混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,但是由于其内部的不均匀性，加之安装试件的偏差等原因，准确测定抗拉强度是很困难的。

所以，国内外也常用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。

轴心抗拉强度试验的结果表明，混凝土轴心抗拉强度只有立方抗压强度的，混凝土强度等级越高，这个比值越小。

混凝土强度标准值见表-，混凝土强度设计值见表-，混凝土弹性模量见表-。

.混凝土的变形,上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,混凝土的变形可分为两类：

一类是荷载作用下的受力变形，包括一次短期加载、多次重复加载及荷载长期作用下的变形；另一类是体积变形，一般指混凝土收缩、膨胀及由于温度变化产生的变形。

.一次短期加载下混凝土的变形性能混凝土受压时的应力应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。

一次短期加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏，也称为单调加载。

我国采用棱柱体试件来测定一次短期加载下混凝土的应力应变关系曲线。

如图-所示为实测的典型混凝土棱柱体受压应力应变。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,.混凝土在重复荷载作用下的变形（疲劳变形）工程结构中存在的大量疲劳现象都是在荷载重复作用下产生的，如钢筋混凝土吊车梁受到重复荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响以及港口海岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。

疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大，重复加载作用下，混凝土的变形模量和强度都明显降低。

.混凝土在长期荷载作用下的变形（徐变）结构或材料承受的荷载或者应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。

混凝土的徐变对钢筋混凝土结构既有有利影响又有不利影响。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,有利影响：

在某种情况下，徐变有利于防止结构裂缝形成；有利于构件的应力重分布，减少应力集中现象及减少温度应力等。

不利影响：

由于混凝土的徐变使构件变形增大，在预应力混凝土构件中，徐变会导致预应力损失；徐变使受弯和偏心受压构件的受压区变形加大，故而使受弯构件挠度增加，使偏心受压构件的附加偏心距增大进而导致构件承载能力的降低。

因弊大于利，在工程实际中应尽量减少徐变。

影响徐变的因素可归结为三个方面：

内在因素、环境影响、应力因素。

混凝土的组成成分水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变也越大。

混凝土的龄期越早，徐变越大。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,混凝土的制作方法、养护条件，特别是养护时的温度和湿度对徐变也有重要影响，养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。

而受到荷载作用后所处的环境温度越高、湿度越低，则徐变越大。

构件的形状、尺寸也会影响徐变值，大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小。

混凝土的徐变与混凝土的应力大小有着密切的关系，应力越大徐变也越大。

.混凝土的收缩与膨胀混凝土凝结硬化时，在空气中体积收缩，在水中体积膨胀。

通常，收缩值比膨胀值大很多。

混凝土收缩主要是由于干燥失水和碳化作用引起的。

上一页,下一页,返回,任务.混凝土的力学性能,混凝土收缩量与混凝土的组成有着密切的关系。

水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大；集料越坚实（弹性模量越高），更能限制水泥浆的收缩；集料粒径越大，越能抵抗砂浆的收缩，而且在同一稠度条件下，混凝土用水量就越少，从而减少了混凝土的收缩。

由于干燥失水引起混凝土收缩，所以养护方法、存放及使用环境的温湿度条件是影响混凝土收缩的重要因素。

在高温下湿养时，水泥水化作用加快，使可供蒸发的自由水分较少，从而使收缩减小；使用环境温度越高，相对湿度越小，其收缩越大。

上一页,返回,任务.钢筋与混凝土间的粘结,.粘结力的组成钢筋混凝土受力后，钢筋与混凝土之间出现变形差（相对滑移），会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，称为粘结力。

钢筋和混凝土通过粘结力传递二者之间的应力，使钢筋和混凝土变形协调、共同工作。

粘结力由三部分组成，即化学胶结力、摩擦力和机械咬合力。

其中化学胶结力取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。

这种力一般较小，只在钢筋和混凝土界面存在，当接触面发生相对滑移时就消失。

摩擦力取决于混凝土发生收缩、荷载、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。

下一页,返回,任务.钢筋与混凝土间的粘结,钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙，摩擦力越大，光圆钢筋以此为主。

机械咬合力是由于钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生，其大小取决于混凝土的抗剪强