二章混凝土结构用材料的能.ppt
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1、二章混凝土结构用材料的能 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.根据生产工艺:根据生产工艺:A.热轧钢筋:在高温下直接轧制成型(如碳素钢和普热轧钢筋:在高温下直接轧制成型(如碳素钢和普通低合金钢)。通低合金钢)。根据强度的高低分为根据强度的高低分为HPB235级、级、HRB335级、级、HRB400级、级、RRB400级四种。级四种。B.热处理钢筋:将热轧钢筋经调质处理(加热、淬火、热处理钢筋:将热轧钢筋经调质处理(加热、淬火、回火),提高了强度,但塑
2、性降低不多。回火),提高了强度,但塑性降低不多。C、冷加工钢筋:将热轧钢筋在常温下采用一定的工艺、冷加工钢筋:将热轧钢筋在常温下采用一定的工艺进行加工:冷拉、冷拔、冷轧扭,螺旋肋进行加工:冷拉、冷拔、冷轧扭,螺旋肋。D、高强钢丝和钢绞线、高强钢丝和钢绞线。(3)根据钢筋的外型:)根据钢筋的外型:柔性钢筋:光面、变形。柔性钢筋:光面、变形。劲性钢筋:型钢、钢轨及其组合。劲性钢筋:型钢、钢轨及其组合。习惯上直径大于习惯上直径大于4mm称为钢筋,小于称为钢筋,小于4mm称为钢丝。称为钢丝。(4)根据力学性能:)根据力学性能:软钢:应力软钢:应力-应变曲线上有明显流幅的钢筋。应变曲线上有明显流幅的钢筋
3、。硬钢:应力硬钢:应力-应变曲线上无明显流幅的钢筋。应变曲线上无明显流幅的钢筋。钢筋的应用范围:钢筋的应用范围:非预应力钢筋:非预应力钢筋:HRB235,HRB335,HRB400,RRB400预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,热处理钢预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,热处理钢 筋,冷拉钢筋。筋,冷拉钢筋。2.钢筋级别:钢筋级别:(1)分级原则:力学特性。)分级原则:力学特性。(2)具体分级。)具体分级。二、钢筋的力学性能二、钢筋的力学性能1、钢筋的应力、钢筋的应力-应变曲线:应变曲线:图图2-1 有明显流幅的钢筋的应有明显流幅的钢筋的应力力应变曲线应变曲线图图2-2 无明显流幅的
4、钢筋的无明显流幅的钢筋的应力应力-应变曲线应变曲线 对有明显流幅的钢筋,屈服强度是最重要的对有明显流幅的钢筋,屈服强度是最重要的力学指标,构件设计时,以屈服强度作为强度的力学指标,构件设计时,以屈服强度作为强度的取值依据。取值依据。对无明显流幅的钢筋,取极限抗拉强度的对无明显流幅的钢筋,取极限抗拉强度的85%作为条件屈服点,加载至该点后对应的残余作为条件屈服点,加载至该点后对应的残余应变为应变为0.2%,钢筋强度的取值为,钢筋强度的取值为0.85b,称条,称条件屈服强度,件屈服强度,b为钢筋国家标准的极限抗拉强为钢筋国家标准的极限抗拉强度度。问题问题:为什么取屈服强度作为钢筋的强度:为什么取屈
5、服强度作为钢筋的强度指标而不是取极限抗拉强度?指标而不是取极限抗拉强度?2、钢筋的变形性能、钢筋的变形性能(1)伸长率)伸长率 伸伸长长率;率;拉断拉断时钢时钢筋的筋的长长度;度;钢钢筋原筋原长长。式中式中:伸长率越大,表明材料的塑性越好。伸长率越大,表明材料的塑性越好。(2)冷弯性:)冷弯性:冷弯性能是指钢筋在常温下达到一定弯曲程冷弯性能是指钢筋在常温下达到一定弯曲程度而不破坏的能力。度而不破坏的能力。图图2-3 钢筋的冷弯试验钢筋的冷弯试验 3、钢筋的弹性模量、钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量为钢筋拉伸试验应力钢筋的弹性模量为钢筋拉伸试验应力-应变曲线在屈服点应变曲线在屈服点前的直线的斜率,即
6、前的直线的斜率,即 常数常数 三、钢筋的冷加工三、钢筋的冷加工 热轧钢筋通过冷拉或冷拔,可以提高屈服强度,热轧钢筋通过冷拉或冷拔,可以提高屈服强度,达到节约钢材的目的达到节约钢材的目的.(一)冷拉(一)冷拉 图图2-4 钢筋冷拉后的应力钢筋冷拉后的应力应变曲线应变曲线 冷拉钢筋时,若控制两个指标:冷拉钢筋时,若控制两个指标:冷拉冷拉应力应力和和冷拉率冷拉率,称为双控,若只控制,称为双控,若只控制冷拉率称为单控。冷拉率称为单控。冷拉钢筋的特点是:冷拉钢筋的特点是:(1)冷拉后仍是软钢,应力冷拉后仍是软钢,应力-应变曲应变曲线上有屈服台阶。经过冷拉时效后,线上有屈服台阶。经过冷拉时效后,台阶较明显
7、,但比未冷拉前的屈服台阶较明显,但比未冷拉前的屈服台阶缩短。台阶缩短。(2)冷拉后只提高钢筋的抗拉强度,冷拉后只提高钢筋的抗拉强度,不提高钢筋的抗压强度。不提高钢筋的抗压强度。(3)钢筋设计仍采用冷拉前的截面。钢筋设计仍采用冷拉前的截面。(4)经时效提高的强度在设计中不利用;经时效提高的强度在设计中不利用;高温会使冷拉强化消失,因此,需焊接高温会使冷拉强化消失,因此,需焊接的钢筋,应先焊接,后冷拉。的钢筋,应先焊接,后冷拉。(二)冷拔(二)冷拔冷拔钢筋的特点是:冷拔钢筋的特点是:(1)拔后材性改变,由软钢变为硬钢,应力)拔后材性改变,由软钢变为硬钢,应力-应变曲应变曲 线中无明显流幅;线中无明
8、显流幅;(2)冷拔后,钢筋的抗拉、抗压强度均有提高。)冷拔后,钢筋的抗拉、抗压强度均有提高。(3)冷拔后的钢筋面积作为设计截面。)冷拔后的钢筋面积作为设计截面。图图2-5 钢筋的冷拔钢筋的冷拔四、混凝土结构对钢筋性能的要求四、混凝土结构对钢筋性能的要求强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结性强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结性五、钢筋的选用原则五、钢筋的选用原则 思考题:思考题:1、混凝土结构对钢筋性能有何要求?各项、混凝土结构对钢筋性能有何要求?各项要求指标能达到什么目的?要求指标能达到什么目的?2、充分理解钢筋的强度指标和变形指标。、充分理解钢筋的强度指标和变形指标。3、熟练掌握钢筋级别的符号
9、规定与书写。、熟练掌握钢筋级别的符号规定与书写。2-2 混凝土混凝土一、混凝土的组成结构:一、混凝土的组成结构:水水水水+水泥水泥水泥水泥水泥胶体水泥胶体水泥胶体水泥胶体+砂砂砂砂水泥砂浆水泥砂浆水泥砂浆水泥砂浆+石子石子石子石子混凝土混凝土混凝土混凝土关于该组成结构理论的几个要点:关于该组成结构理论的几个要点:1)水泥结晶体和粗细骨料组成混凝土的弹性骨架,承载外力)水泥结晶体和粗细骨料组成混凝土的弹性骨架,承载外力并产生弹性变形。并产生弹性变形。2)水泥凝胶体起着调整和扩散混凝土应力的作用,并使混凝土)水泥凝胶体起着调整和扩散混凝土应力的作用,并使混凝土产生塑性变形。产生塑性变形。3)水泥胶
10、块的收缩产生微裂缝。)水泥胶块的收缩产生微裂缝。由水泥结晶体和骨料组成的弹性骨架,主要用来承受由水泥结晶体和骨料组成的弹性骨架,主要用来承受外力,所以它是混凝土的强度来源。外力,所以它是混凝土的强度来源。微裂缝是混凝土结构中的最薄弱环节,混凝土的破微裂缝是混凝土结构中的最薄弱环节,混凝土的破坏是由微裂缝扩展引起的,或者说受荷前的先天缺陷是坏是由微裂缝扩展引起的,或者说受荷前的先天缺陷是受力破坏的根源。受力破坏的根源。由于水泥胶块的硬化过程需要若干年才能完成,故由于水泥胶块的硬化过程需要若干年才能完成,故混凝土的强度、变形也需要在较长时间内随时间而变化,混凝土的强度、变形也需要在较长时间内随时间
11、而变化,强度要逐渐增长,变形也要逐渐增大。强度要逐渐增长,变形也要逐渐增大。二、混凝土的强度二、混凝土的强度二、混凝土的强度二、混凝土的强度虽然实际工程中的结构构件大多处于多向复合应力状态,虽然实际工程中的结构构件大多处于多向复合应力状态,但研究多向应力状态下的混凝土强度仍须但研究多向应力状态下的混凝土强度仍须以单向应力状以单向应力状态下混凝土强度作为基础。态下混凝土强度作为基础。影响混凝土强度的因素很多,如水泥强度、水灰比、骨料性质影响混凝土强度的因素很多,如水泥强度、水灰比、骨料性质和级配、制作方法、硬化条件以及试验方法等。所以混凝土的和级配、制作方法、硬化条件以及试验方法等。所以混凝土的
12、强度指标必须以强度指标必须以统一规定统一规定的标准试验方法为依据。的标准试验方法为依据。1.混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度(1)立方体抗压强度:)立方体抗压强度:定义定义定义定义:用立方体试块的单轴抗压强度作为确定强度等:用立方体试块的单轴抗压强度作为确定强度等级的度量级的度量 标准,称为混凝土立方体抗压强度。标准,称为混凝土立方体抗压强度。影响因素影响因素:试件尺寸、龄期和养护条件、试验方法:试件尺寸、龄期和养护条件、试验方法(标准)(标准)混凝土强度的尺寸效应:混凝土强度的尺寸效应:强度等级:强度等级:C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65
13、,C70,C75,C80(2)轴心抗压强度(棱柱体抗压强度):)轴心抗压强度(棱柱体抗压强度):fck 棱柱体轴心抗压强度标准值棱柱体轴心抗压强度标准值:图图 2-6混凝土棱柱体抗压试验和破坏示意混凝土棱柱体抗压试验和破坏示意我国采用我国采用1501504503的棱柱体作为混凝土的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度的标准试件。轴心抗压强度的标准试件。fc和和fcu的统计平均值大致为一条直线的统计平均值大致为一条直线,比值大致在比值大致在0.760.82之间。之间。=0.88 (2-1)棱柱体强度与立方体强度之比值,对棱柱体强度与立方体强度之比值,对C50及及C50以下混凝土取以下混凝土取0.76;对
14、;对C80砼取砼取 0.82,中间按线性规律变化;中间按线性规律变化;C40以上混凝土脆性折减系数,对以上混凝土脆性折减系数,对C40取取 1.0,对,对C80取取 0.87,中间按线性规律变化。,中间按线性规律变化。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异,为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异,对混凝土强度的修正系数。对混凝土强度的修正系数。2、混凝土的抗拉强度、混凝土的抗拉强度测定混凝土轴心抗拉强度的方法一般有两种测定混凝土轴心抗拉强度的方法一般有两种 直接受拉直接受拉 图图2-7 直接受拉试验示意图直接受拉试验示意图劈裂试验劈裂试验图2-8 混凝土劈裂试验示意图(2-2)=0
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