钢筋和混凝土材料物理力学性能及其相互作用学习教案.pptx
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1、会计学1钢筋钢筋(gngjn)和混凝土材料物理力学性能及和混凝土材料物理力学性能及其相互作用其相互作用第一页,共53页。钢筋种类:热轧钢筋种类:热轧(r zh)钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝或钢绞线钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝或钢绞线一、钢筋(gngjn)的强度和变形1. 钢筋(gngjn)的级别和品种第2页/共52页第1页/共52页第二页,共53页。HPB235 (Hot Rolled Plain Steel Bar)热轧光面)热轧光面(un min)钢筋钢筋 Q235HRB335 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar ) 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 20MnSi
2、HRB400 ( Hot Rolled Ribbed Steel Bar )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 第3页/共52页第2页/共52页第三页,共53页。主要成分为铁元素,还含有少量主要成分为铁元素,还含有少量(sholing)(sholing)的碳、硅、锰、硫、磷的碳、硅、锰、硫、磷等等元素,力学性能主要与碳的含量有关:元素,力学性能主要与碳的含量有关: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
3、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。第4页/共52页第3页/共52页第四页,共53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
4、:带肋钢筋,有利于与混凝土之间的粘结,强度和 塑性均较好,是目前主要应用塑性均较好,是目前主要应用(yngyng)的钢筋品种之一;的钢筋品种之一;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,是今后主要应用塑性均较好,是今后主要应用(yngyng)的钢筋品种之一;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。第5页/共5
5、2页第4页/共52页第五页,共53页。ABBCDE上屈服点不稳定(wndng)下屈服点出现(chxin)颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%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页第5页/共52页第六页,共53页。ABBCDE0.2%0.2强度(qingd)指标明显明显(mngxin)流幅的钢筋:屈服强度定义为屈服下限,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,以至不能使用流幅的钢筋:屈服强度定义为屈服下限,
6、它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,钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝,以至不能使用 强屈比为极限强度与屈服强度的比值,热轧钢筋通常在强屈比为极限强度与屈服强度的比值,热轧钢筋通常在 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%时所对应的应力作为条件屈服强度时所对应的应力作为条件屈服强度 第7页/共52页第6页/共52页第七页,共53页。变形(bin xng)指标* 伸长(shn chn)率:钢筋拉断后的伸长(shn chn)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
7、钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂 第8页/共52页第7页/共52页第八页,共53页。第9页/共52页第8页/共52页第九页,共53页。冷拉BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效(shxio)经时效(shxio)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页第9页/共52页第十页,共53页。冷拔经过(jnggu)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(kn l qin d)又能提高抗压强度第11页/共52页第10页/共52页第十一页,共53页。热处理对特定(tdng)钢号的钢筋进行淬
8、火和回火处理强度提高(t go),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页第11页/共52页第十二页,共53页。徐变应力不变,随时间的增长应变(yngbin)继续增加松弛(sn ch)长度不变,随时间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页第12页/共52页第十三页,共53页。重复(chngf)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(csh)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
9、拉或受弯第14页/共52页第13页/共52页第十四页,共53页。强度要求:屈服强度和极限强度,抗震设计强度要求:屈服强度和极限强度,抗震设计(shj)时还要求有一定的屈强比时还要求有一定的屈强比塑性塑性(sxng)要求:伸长率和冷弯要求要求:伸长率和冷弯要求可焊性可焊性与混凝土的粘结性:与混凝土的粘结性:带肋钢筋带肋钢筋第15页/共52页第14页/共52页第十五页,共53页。混凝土材料是由水泥、砂、石子混凝土材料是由水泥、砂、石子(sh z)和水按一定比例组成,经凝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混
10、凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝(li fng)组组成的成的二、混凝土的强度和变形第16页/共52页第15页/共52页第十六页,共53页。混凝土立方混凝土立方(lfng)抗压抗压强度强度混凝土轴心混凝土轴心(zhu xn)抗压抗压强度强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度cufcftf第17页/共52页第16页/共52页第十七页,共53页。混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度混凝土结构中,主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土结构中,主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度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
11、凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。混凝土强度等级:边长混凝土强度等级:边长150mm150mm立方体标准试件,在标准条件下立方体标准试件,在标准条件下(202033,90%90%湿度)养护湿度)养护(yngh)28(yngh)28天,用标准试验方天,用标准试验方法(加载速度法(加载速度0.150.3N/mm2/sec0.150.3N/mm2/sec,两端不涂润滑剂)测得的,两端不涂润滑剂)测得的具有具有95%95%保证率的立方体抗压强度,用符号保证率的立方体抗压强度,用符号C C表示,表示,C30C30表示表示 fcu,k=30N/mm2 fcu,k=30N/mm2 规范根据强度范围,从规范
12、根据强度范围,从C15C80C15C80共划分共划分1414个强度等级,级个强度等级,级差为差为5N/mm25N/mm2。C50C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。第18页/共52页第17页/共52页第十八页,共53页。规范规定规范规定(gudng)材料强度的标准值材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证的保证率率混凝土强度混凝土强度(qingd)(qingd)等级等级fcufcu即为立方体强度即为立方体强度(qingd)(qingd)标准值。标准值。)645. 11 (mkff第19页/共52页第18页/共52页第十九页,共53页。l立方体抗压强度立方体抗压强度(k
13、n y qin d)的试验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(gufn)的方法:不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝发展裂缝发展扩张扩张整个体系解体,丧失承载力整个体系解体,丧失承载力另影响强度的因素还有:龄期、加载速率、试块尺寸等另影响强度的因素还有:龄期、加载速率、试块尺寸等第20页/共52页第19页/共52页第二十页,共53页。标准(biozhn)试块:150150 150非标准试块:100100 100 换算(hun sun)系数 0.95 200200 200 换算(hun sun)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
14、际构件中的受力状态,只立方体抗压试验不能代表混凝土在实际构件中的受力状态,只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准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)(制作、测试方便)第21页/共52页第20页/共52页第二十一页,共53页。l轴心抗压强度:轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符号轴心抗压强度:轴心抗压强度采用棱柱体试件测定,用符号fc表表示,它比较接近实际构件示,它比较接近实际构件(gujin)中混凝土的受压情况。中混凝土的受压情况。承压板试块标准(biozhn)试块:150150 300非标准试块:100100 300 换算系数 0.95 20
15、0200 400 换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束,立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度,且有:考虑到承压板对试件的约束,立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度,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页第21页/共52页第二十二页,共53页。抗拉强度也是混凝土的基本抗拉强度也是混凝土的基本(jbn)(jbn)力学性能,用
16、符号力学性能,用符号 ft ft 表示。表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲切等的承载混凝土构件开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。力均与抗拉强度有关。第23页/共52页第22页/共52页第二十三页,共53页。l直接直接(zhji)受拉试受拉试验验ft100100150150500试验试验(shyn)结果:结果:ft=0.395fcu 0.55第24页/共52页第23页/共52页第二十四页,共53页。劈拉试验劈拉试验ftp:由于轴心受拉试验对中困难,也常常采用:由于轴心受拉试验对中困难,也常常采用(ciyng)立立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土
17、的抗拉强度方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度dlFftp2daftpFFFF我国根据我国根据(gnj)100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有:立方体的劈裂与抗压试验结果有:ftp=0.19fcu 3/422aFftp第25页/共52页第24页/共52页第二十五页,共53页。二、混凝土的强度(qingd)和变形复合受力状态下混凝土的强度(qingd)第26页/共52页第25页/共52页第二十六页,共53页。剪应力剪应力t 和正应力和正应力s 共同作用共同作用(zuyng)下的受力情况下的受力情况混凝土的抗剪强度:随拉应力增大而减小,随压应力增大而增大混凝土的抗剪强度:随拉应力增大而减小,随
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