钢筋和混凝土材料物理力学性能及其相互作用.pptx
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1、材料的力学性能材料的力学性能钢钢 筋筋混混 凝凝 土土两者间的粘结两者间的粘结强强 度度变变 形形粘结破坏的粘结破坏的过程和机理过程和机理第1页/共52页钢筋种钢筋种类:热轧钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝或钢绞线类:热轧钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝或钢绞线一、钢筋的强度和变形1.钢筋的级别和品种第2页/共52页HPB235(Hot Rolled Plain Steel Bar)热轧光面钢筋热轧光面钢筋 Q235HRB335(Hot Rolled Ribbed Steel Bar)热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 20MnSiHRB400(Hot Rolled Ribbed Steel Bar
2、)热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 20MnSiV,20MnSiNb,20MnTiRRB400(Remained heat treatment Ribbed Steel Bar)余热处理钢筋余热处理钢筋 常用热轧钢筋的分类常用热轧钢筋的分类第3页/共52页主要成分为主要成分为铁铁元素,还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素,还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素,力学性能主要与元素,力学性能主要与碳碳的含量有关:的含量有关:含碳量越高,则钢筋的强度越高,质地硬,但塑性变差。含碳量越高,则钢筋的强度越高,质地硬,但塑性变差。若含碳量低于若含碳量低于0.250.25,则称为低碳钢,钢筋混凝土结构中,则称为低碳
3、钢,钢筋混凝土结构中多应用的是低碳钢。多应用的是低碳钢。20MnSi 20MnSi 前面的前面的2020指的是平均含碳量的万分数,其他化学指的是平均含碳量的万分数,其他化学元素的含量在元素的含量在1.5 1.5 以下。以下。热轧钢筋的成分热轧钢筋的成分第4页/共52页HPB235:质量稳定,塑性好易成型,但屈服强度较低,不质量稳定,塑性好易成型,但屈服强度较低,不 宜用于结构中的受力钢筋;宜用于结构中的受力钢筋;HRB335:带肋钢筋,有利于与混凝土之间的粘结,强度和带肋钢筋,有利于与混凝土之间的粘结,强度和 塑性均较好,是塑性均较好,是目前目前主要应用的钢筋品种之一;主要应用的钢筋品种之一;
4、HRB400:带肋钢筋,有利于与混凝土之间的粘结,强度和带肋钢筋,有利于与混凝土之间的粘结,强度和 塑性均较好,是塑性均较好,是今后今后主要应用的钢筋品种之一;主要应用的钢筋品种之一;RRB400:是是HRB335钢筋热轧后快速冷却,利用钢筋内温钢筋热轧后快速冷却,利用钢筋内温 度自行回火而成,淬火钢筋强度提高,但塑性降度自行回火而成,淬火钢筋强度提高,但塑性降 低,余热处理后塑性有所改善。低,余热处理后塑性有所改善。热轧钢筋的性能特点热轧钢筋的性能特点第5页/共52页一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的应力-应变曲线ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.
5、2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同第6页/共52页一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的应力-应变曲线ABBCDE0.2%0.2强度指标明显流幅的钢筋:明显流幅的钢筋:屈服强度屈服强度定义为屈服下限,它定义为屈服下限,它是钢筋混凝土构件计算的强度限值,这是因为钢是钢筋混凝土构件计算的强度限值,这是因为钢筋屈服后会产生大的塑性变形,钢筋混凝土构件筋屈服后会产生大的塑性变形,钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝,以至会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝,以至不能使用不能使用 强屈比强屈比为极限强度与屈
6、服强度的比值,热轧钢筋为极限强度与屈服强度的比值,热轧钢筋通常在通常在 1.41.6之间。之间。*无明显流幅的钢筋:残余应变为无明显流幅的钢筋:残余应变为0.2%时所对应时所对应的应力作为条件屈服强度的应力作为条件屈服强度 第7页/共52页一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的应力-应变曲线变形指标*伸长率:钢筋拉断后的伸长与原长的比值伸长率:钢筋拉断后的伸长与原长的比值*冷弯要求:冷弯要求:将直径为将直径为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的钢辊的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂弯成一定的角度而不发生断裂 第8页/共52页不同钢筋应力应变关系的比较不同钢筋应力应变关系的比较第9页/共52页一、钢筋的强
7、度和变形 3.钢筋的冷加工和热处理冷拉BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择:应力控制和应变控制特性:只提高抗拉强度,不提高抗压强度,强度提高,塑性下降第10页/共52页一、钢筋的强度和变形 3.钢筋的冷加工和热处理冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度第11页/共52页一、钢筋的强度和变形 3.钢筋的冷加工和热处理热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高,塑性降低不降低强度的前提下,消除由淬火产生的内力,改善塑性和韧性第12页/共52页一、钢筋的强度和变形 4.钢筋的徐变和松弛徐变应力不变,随时间的增长应变继续增加松弛长度不变,随时间
8、的增长应力降低对结构,尤其是预应力结构,产生不利的影响,需采取必要的措施第13页/共52页一、钢筋的强度和变形 5.钢筋的疲劳重复荷载作用下,钢筋的强度静载作用下的强度规定的应力幅度内,经一定次数的重复荷载后,发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。试验方法单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯第14页/共52页一、钢筋的强度和变形 6.混凝土结构对钢筋的要求强度要求:屈服强度和极限强度,抗震设计时还要求有一定的屈强比强度要求:屈服强度和极限强度,抗震设计时还要求有一定的屈强比塑性要求:伸长率和冷弯要求塑性要求:伸长率和冷弯要求可焊性可焊性与混凝土的
9、粘结性:与混凝土的粘结性:带肋钢筋带肋钢筋第15页/共52页混凝土材料混凝土材料混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成,经凝混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成,经凝结和硬化形成的,属于复合材料。结和硬化形成的,属于复合材料。混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的二、混凝土的强度和变形第16页/共52页混凝土的强度混凝土的强度混凝土立方抗压强度混凝土立方抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度第17页/共52页混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度混混凝凝土土结结构构中中,主主要要是是利利
10、用用它它的的抗抗压压强强度度。因因此此抗抗压压强强度度是是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。混混凝凝土土强强度度等等级级:边边长长150mm150mm立立方方体体标标准准试试件件,在在标标准准条条件件下下(203203,90%90%湿湿度度)养养护护2828天天,用用标标准准试试验验方方法法(加加载载速速度度0.150.3N/mm0.150.3N/mm2 2/sec/sec,两两端端不不涂涂润润滑滑剂剂)测测得得的的具具有有95%95%保保证证 率率 的的 立立 方方 体体 抗
11、抗 压压 强强 度度,用用 符符 号号 C C表表 示示,C30C30表表 示示 f fcu,kcu,k=30N/mm=30N/mm2 2 规规范范根根据据强强度度范范围围,从从C15C80C15C80共共划划分分1414个个强强度度等等级级,级差为级差为5N/mm5N/mm2 2。C50C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。第18页/共52页混凝土强度标准值混凝土强度标准值规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率混凝土强度等级混凝土强度等级f fcucu即为立方体强度标准值。即为立方体强度标准值。第19页/共52页二、混凝土的
12、强度和变形l立方体抗压强度的试验立方体抗压强度的试验承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法:不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝裂缝发展发展扩张扩张整个体整个体系解体,丧失承载力系解体,丧失承载力另影响强度的因素另影响强度的因素还有:龄期、加载速还有:龄期、加载速率、试块尺寸等率、试块尺寸等第20页/共52页二、混凝土的强度和变形标准试块:150150 150非标准试块:100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05立方体抗压强度的换算立方体抗压强度的换算立方体抗压试验不能代表混凝土在实际构件中的受力状立方体抗压试验不能代表混凝土在实际构件中的受
13、力状态,只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和态,只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准(制作、测试方便)品质的标准(制作、测试方便)第21页/共52页二、混凝土的强度和变形l轴心抗压强度:轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符轴心抗压强度:轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符号号fc表示,它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。表示,它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。承压板试块标准试块:150150 300非标准试块:100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束,立方体抗压强度大考虑到承压板对试件的约束,立方
14、体抗压强度大于棱柱体抗压强度,且有:于棱柱体抗压强度,且有:fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别,取考虑到构件和试件的区别,取fc=0.67fcu 对国外(美国、日本、欧洲混凝土协会等)采用的圆柱体试件(对国外(美国、日本、欧洲混凝土协会等)采用的圆柱体试件(d=150,h=300),有),有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度第22页/共52页二、混凝土的强度和变形 混凝土的抗拉强度抗拉强度也是混凝土的基本力学性能,用符号抗拉强度也是混凝土的基本力学性能,用符号 f ft t 表示。表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲混凝土构件开裂、裂缝、变形,以及受剪、
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- 钢筋 混凝土 材料 物理 力学性能 及其 相互作用
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