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钢筋的品种和力学性能钢筋的品种和力学性能混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.1 钢筋的品种和力学性能钢筋的品种和力学性能1.1.1 钢筋的品种钢筋的品种热轧钢筋热轧钢筋HPB235HRB335、HRB400、RRB400热处理钢筋热处理钢筋冷加工钢筋冷加工钢筋钢丝钢丝冷拔钢筋冷拔钢筋冷轧钢筋冷轧钢筋冷拉钢筋冷拉钢筋钢筋碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线1.按加工工艺分类按加工工艺分类第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能2.按化学成分分类按化学成分分类碳素钢碳素钢低合金钢（合金含量不超过低合金钢（合金含量不超过3.5%）钢筋由含碳量不同分为由含碳量不同分为高碳钢、中碳钢、低碳钢高碳钢、中碳钢、低碳钢3.按表面形状不同分类按表面形状不同分类光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋钢筋第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能4.热轧钢筋热轧钢筋 HPB235(Hot-rolled Plain steel Bar)，以符号以符号“”表示表示 光圆钢筋，低碳钢，质量稳定，塑性及焊接性能很好，但强光圆钢筋，低碳钢，质量稳定，塑性及焊接性能很好，但强度稍低。多作为现浇楼板受力钢筋和箍筋。度稍低。多作为现浇楼板受力钢筋和箍筋。HRB335(Hot-rolled Ribbed steel Bar)，以符号以符号“”表示表示，HRB400(Hot-rolled Ribbed steel Bar)，以符号以符号“”表示表示，RRB400(Remental hot-rolled Ribbed steel Bar)，以符号以符号“”表示表示。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能HRB335、HRB400、RRB400都属于变形带肋钢筋，都属于变形带肋钢筋，强度较强度较高，高，塑性和可焊性能较好，与混凝土之间的粘结性能也较好，塑性和可焊性能较好，与混凝土之间的粘结性能也较好，在工程中应用较广。在工程中应用较广。第一个字母是钢筋的加工工艺的英文缩写，第一个字母是钢筋的加工工艺的英文缩写，H为热轧、为热轧、R为余热处理；为余热处理；第二个字母是钢筋的表面形状的英文缩写，第二个字母是钢筋的表面形状的英文缩写，P为光圆、为光圆、R为变形带肋；为变形带肋；第三个字母是钢筋（第三个字母是钢筋（Bar）的英文缩写缩写；）的英文缩写缩写；数字表示钢筋的强度标准值（单位：数字表示钢筋的强度标准值（单位：N/mm2）。）。符号及数字的含义：符号及数字的含义：第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.1.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能 1.软钢的力学性能软钢的力学性能图1-2 热轧钢筋的 曲线 oa弹性阶段弹性阶段 b屈服强度屈服强度（受拉强度限值）（受拉强度限值）bcbc流幅流幅cd强化阶段强化阶段de 颈缩阶段颈缩阶段 a比例极限比例极限 d极限强度极限强度第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-3 硬钢的 曲线 2.硬钢的力学性能硬钢的力学性能硬钢没有明确的屈服台硬钢没有明确的屈服台阶（流幅），所以计算阶（流幅），所以计算中以中以“协定流限协定流限”作为作为强强度标准以度标准以 0.2表示，一表示，一般般 0.2相当于抗拉极限强相当于抗拉极限强度度70%85%。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能3.冷拉钢筋冷拉钢筋改变钢材内部结构，改变钢材内部结构，提高提高钢材强度，节约钢材钢材强度，节约钢材。图1-4 钢筋冷拉后的 曲线冷拉加工的目的冷拉加工的目的：有时效有时效无时效无时效 第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度1.立方体抗压强度立方体抗压强度fcu（cubic compressive strength）2.棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc c（prismatic compressive strength）3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度ft（axial tensile strength）第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-5 混凝土双向应力下的强度曲线图中：图中：双向受压，双向受压，双向受拉，双向受拉，一向受压，一向受拉。一向受压，一向受拉。4.复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度 1,2，（压，（压压），压），混凝土的强度增加混凝土的强度增加 1,2，（拉，（拉拉），拉），混凝土强度不变混凝土强度不变 1,2，（拉，（拉压），压），混凝土强度降低。混凝土强度降低。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-6 混凝土复合受力下的强度曲线单向正应力单向正应力 及剪应力及剪应力 共同作用时共同作用时混凝土的抗剪强度随混凝土的抗剪强度随拉应力增加而降低拉应力增加而降低。混凝土的抗剪强度随混凝土的抗剪强度随压应力增加有所提高；压应力增加有所提高；但当压应力过大时，但当压应力过大时，混凝土的抗剪强度有混凝土的抗剪强度有所降低。所降低。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能工程应用：工程应用：约束混凝土约束混凝土钢管砼钢管砼密配螺旋箍筋密配螺旋箍筋三向受压时三向受压时图1-7 混凝土三向受力的强度曲线混凝土一向抗压强混凝土一向抗压强度随另两向压应力度随另两向压应力的增加而增加的增加而增加第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形变形分类变形分类受力变形受力变形体积变形体积变形单调短期加载的变形单调短期加载的变形荷载长期作用下的变形荷载长期作用下的变形多次重复加载的变形多次重复加载的变形收缩变形温度变化引起的变形第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.1.一次短期加载时的变形一次短期加载时的变形上升段：上升段：下降段下降段：图1-8 混凝土单轴受压 关系曲线 比例极限点临界点拐点峰点收敛点曲线末梢 cu 01 1）应力应变曲线）应力应变曲线第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-9 不同强度的混凝土的 曲线cu越大，表示混凝土的塑性变形能力越大，也就是延性越大，表示混凝土的塑性变形能力越大，也就是延性(指构件最终破坏之前经受非弹性变形的能力指构件最终破坏之前经受非弹性变形的能力)越好。越好。混凝土的强度等级越高，混凝土的强度等级越高，上升段长，峰点越高，峰上升段长，峰点越高，峰值应变也有所增大；下降值应变也有所增大；下降段越陡。段越陡。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能2 2）混凝土的弹性模量、变形模量）混凝土的弹性模量、变形模量一般把过原点的切线的斜率作为混凝一般把过原点的切线的斜率作为混凝土的弹性模量，也称初始弹性模量。土的弹性模量，也称初始弹性模量。Ec=(N/mm2)应力应力 c较大时的混凝土应力与应变之比称为变形模量，较大时的混凝土应力与应变之比称为变形模量，Ec=Ec。弹性系数弹性系数1，随应力增大而减小。，随应力增大而减小。变形模量（变形模量（Ec）弹性模弹性模量（量（Ec）弹性模量变形模量图1-10 一次短期加载的混凝土的 曲线第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能3）混凝土的极限变形）混凝土的极限变形 混凝土的极限变形除与混凝土本身性质及所处应力状态有关混凝土的极限变形除与混凝土本身性质及所处应力状态有关外，还与试验方法外，还与试验方法(加载速度量测标距等加载速度量测标距等)有关，如加载速度较快有关，如加载速度较快时，极限应变将减小；反之极限应变将增大。时，极限应变将减小；反之极限应变将增大。极限压应变极限压应变cu 计算时，计算时，均匀受压取均匀受压取cu=0.002，非均匀受压取，非均匀受压取cu=0.0033。极限拉应变极限拉应变tu计算时一般取计算时一般取tu=0.0001。tu反映了混凝土的抗裂能力大小反映了混凝土的抗裂能力大小.第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能2.混凝土在长期荷载下的变形混凝土在长期荷载下的变形徐变徐变1 1）概念：）概念：混凝土构件或材料在不变荷载或应力长期作用下，其变混凝土构件或材料在不变荷载或应力长期作用下，其变形或应变随时间而不断增长，这种现象称为混凝土的徐变形或应变随时间而不断增长，这种现象称为混凝土的徐变。图1-11 混凝土徐变（应变与时间关系曲线）第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能（1）长期荷载作用下的应力大小）长期荷载作用下的应力大小（2）加荷时混凝土的龄期）加荷时混凝土的龄期（3）混凝土的组成成分和配合比）混凝土的组成成分和配合比（4）养护及使用条件温度和湿度）养护及使用条件温度和湿度（5）构件的形状及尺寸）构件的形状及尺寸2）徐变的影响因素：徐变的影响因素：3）徐变对混凝土结构的影响徐变对混凝土结构的影响:（1）使结构的变形增大）使结构的变形增大（2）造成较大的预应力损失）造成较大的预应力损失（3）引起应力重分布）引起应力重分布第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能3.混凝土的收缩混凝土的收缩 1 1）概念：）概念：混凝土在空气中结硬时，由于温湿度及本身化学变化的影混凝土在空气中结硬时，由于温湿度及本身化学变化的影响，体积随时间增长而减小的现象称为收缩。响，体积随时间增长而减小的现象称为收缩。2）对结构构件的影响：）对结构构件的影响：外部受到地基或支承条件的约束构件，混凝土可能开裂。外部受到地基或支承条件的约束构件，混凝土可能开裂。造成预应力损失。造成预应力损失。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.3 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 1.3.1 钢筋与混凝土之间的粘结力钢筋与混凝土之间的粘结力 钢钢筋筋混混凝凝土土受受力力后后会会沿沿钢钢筋筋和和混混凝凝土土接接触触面面上上产产生生剪剪应应力力，通通常常把把这这种种剪剪应应力力称称为为粘粘结结应应力力。粘粘结结力力是是在在钢钢筋筋和和混混凝凝土土接接触面上阻止两者相对滑移的剪切力触面上阻止两者相对滑移的剪切力。粘结应力的计算粘结应力的计算图1-12 拉拔钢筋试验第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 根据钢筋拉拔试验，通过单元根据钢筋拉拔试验，通过单元体内力分析得出粘结应力计算式：体内力分析得出粘结应力计算式：1 1）水泥凝胶体与钢筋表面之间的化学胶着力）水泥凝胶体与钢筋表面之间的化学胶着力(胶力胶力)；2）混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力（摩阻力）。）混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力（摩阻力）。3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力机械咬合力。1）光面钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力，）光面钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力，2）变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用。）变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用。3）可以用钉入木料中的普通钉和螺丝钉的差别来理解。）可以用钉入木料中的普通钉和螺丝钉的差别来理解。粘结作用分析粘结作用分析粘结力的组成粘结力的组成第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能关于机械咬合力关于机械咬合力光圆钢筋光圆钢筋咬合力来自表面的粗糙不平。咬合力来自表面的粗糙不平。变形钢筋变形钢筋变形钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，变形钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了变形钢筋的粘结能力会产生很大的机械咬合力，从而提高了变形钢筋的粘结能力粘结破坏形式粘结破坏形式 变形钢筋的粘结破坏：变形钢筋的粘结破坏：横肋挤压混凝土使钢筋周围横肋挤压混凝土使钢筋周围混凝土开裂滑移变形加快，混凝土开裂滑移变形加快，肋间混凝土剪切强度不够，肋间混凝土剪切强度不够，发生发生“刮梨式刮梨式”拔出破坏。拔出破坏。图1-13 钢筋横肋对混凝土的挤压力1-钢筋凸肋上的挤压力；2-内部裂缝第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能（1）混凝土强度。混凝土强度。（2 2）钢筋的表面状况。）钢筋的表面状况。（3）混凝土保护层厚度和钢筋的净间距。）混凝土保护层厚度和钢筋的净间距。（4）横向配筋。）横向配筋。（5）侧向压应力。）侧向压应力。（6）浇筑混凝土时钢筋的位置。）浇筑混凝土时钢筋的位置。钢筋即将拔出时的极限状态对应的平均粘结应力，称为钢筋即将拔出时的极限状态对应的平均粘结应力，称为粘结强度。粘结强度。影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素 光面钢筋的粘结破坏：钢筋从混凝土中拔出时，表面有光面钢筋的粘结破坏：钢筋从混凝土中拔出时，表面有明显的纵向摩擦痕迹。明显的纵向摩擦痕迹。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能1.3.2 钢筋的锚固与接头钢筋的锚固与接头1.1.钢筋的锚固钢筋的锚固 锚固长度锚固长度la a，它可根据钢筋应力达到屈服强度时，钢筋才被拔，它可根据钢筋应力达到屈服强度时，钢筋才被拔动的条件确定，由钢筋的受力平衡条件得动的条件确定，由钢筋的受力平衡条件得fyAs=lab ula=fyAs/（b u）=fyd/（4b）可知，钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则可知，钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则要求锚固长度越长。要求锚固长度越长。对于受压钢筋，由于钢筋受压时会侧向鼓胀，对混凝土产对于受压钢筋，由于钢筋受压时会侧向鼓胀，对混凝土产生挤压，增加了粘结力，所以它的锚固长度可以短些。生挤压，增加了粘结力，所以它的锚固长度可以短些。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-15 钢筋弯钩的形式与尺寸图1-14 钢筋机械锚固的形式 机械锚固的形式可以提高钢筋的锚固力，减少锚固长度。机械锚固的形式可以提高钢筋的锚固力，减少锚固长度。受力的光面钢筋末端必须做成半圆弯钩以保证光面钢筋粘结锚固的可靠性。受力的光面钢筋末端必须做成半圆弯钩以保证光面钢筋粘结锚固的可靠性。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能2.钢筋的连接钢筋的连接 钢筋连接的原则钢筋连接的原则（1）接头应尽量设置在受力较小处，以降低接头对钢筋传力的）接头应尽量设置在受力较小处，以降低接头对钢筋传力的影响程度。影响程度。（2）在同一钢筋上宜少设连接接头，以避免过多的削弱钢筋的）在同一钢筋上宜少设连接接头，以避免过多的削弱钢筋的传力性能。传力性能。（3）同一构件相邻纵向受力钢筋的接头宜相互错开。）同一构件相邻纵向受力钢筋的接头宜相互错开。（4）在钢筋连接区域应采取必要构造措施，如适当增加混凝土）在钢筋连接区域应采取必要构造措施，如适当增加混凝土保护层厚度或调整钢筋间距等保护层厚度或调整钢筋间距等钢筋的连接形式：有绑扎搭接、机械连接和焊接钢筋的连接形式：有绑扎搭接、机械连接和焊接第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 1）绑扎搭接）绑扎搭接 采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之采用绑扎搭接接头时，钢筋间力的传递是靠钢筋与混凝土之间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。间的粘结力，因此必须有足够的搭接长度。应满足相应的构造要应满足相应的构造要求，以保证力的传递。求，以保证力的传递。图l-16 钢筋绑扎搭接接头第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-17 钢筋焊接连接示意图（a）闪光对焊；（b）、（c）电弧焊搭接2)焊接。焊接有对焊和搭接焊接，质量有保证时，此法较可靠。焊接。焊接有对焊和搭接焊接，质量有保证时，此法较可靠。第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能图1-18 锥螺纹钢筋的连接示意图3)机械连接机械连接 采用螺旋或挤压套筒连接采用螺旋或挤压套筒连接,此法简单、可靠、节省。此法简单、可靠、节省。套筒上钢筋下钢筋第第2 2章章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能