钢筋和混凝土材料的力学性能方案.pptx
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1、一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 1.1.钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线ABBCDE0.2%0.2强度指标强度指标 明显流幅的钢筋:下屈服点对应明显流幅的钢筋:下屈服点对应的强度作为设计强度的依据,因为,的强度作为设计强度的依据,因为,钢筋屈服后会产生大的塑性变形,钢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,以至不能使用和不可闭合的裂缝,以至不能使用 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%0.2%时所对应的应力作为条件屈服强时所对应的应力作为条件屈服强度度 第1页/共69页一、钢筋
2、的强度和变形一、钢筋的强度和变形 1.1.钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线强度指标的确定强度指标的确定强度强度随机变量随机变量强度标准值根据统计资料,运用根据统计资料,运用数理统计方法确定的数理统计方法确定的具有一定保证率(钢具有一定保证率(钢筋为筋为97.75%)的统计)的统计特征值:特征值:强度标准值=强度平均值-1.645均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值第2页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 1.1.钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线ABBCDE0.2%0.2变形指标变形指标l 伸长率:钢筋拉断后的伸长伸长率:钢筋拉断后的伸长与原长的比值与原长的比值
3、l 冷弯要求:冷弯要求:将直径为将直径为d的钢筋的钢筋绕直径为绕直径为D的钢辊弯成一定的角的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂度而不发生断裂 第3页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 2.2.钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种按化学成分按化学成分碳素钢(铁、碳、碳素钢(铁、碳、硅、锰、硫、磷等硅、锰、硫、磷等元素)元素)低碳钢(含碳量低碳钢(含碳量0.25%)中碳钢(含碳量中碳钢(含碳量0.250.6%)高碳钢(含碳量高碳钢(含碳量0.61.4%)普通低合金钢普通低合金钢(另加硅、锰、(另加硅、锰、钛、钒、铬等)钛、钒、铬等)硅系硅系硅钒系硅钒系硅钛系硅钛系硅锰系硅锰系硅
4、铬系硅铬系细晶粒钢细晶粒钢第4页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 2.2.钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种钢筋钢筋热轧钢筋热轧钢筋:热轧光面钢筋:热轧光面钢筋HPB300,热轧月牙纹变形钢筋,热轧月牙纹变形钢筋HRB335、HRB400、HRB500,余热处理月牙纹变形钢筋,余热处理月牙纹变形钢筋RRB400,细晶粒热轧月牙纹变形钢筋,细晶粒热轧月牙纹变形钢筋HRBF335、HRBF400、HRBF500 冷拉钢筋冷拉钢筋:由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成:由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋热处理钢筋:将:将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回
5、火钢筋通过加热、淬火、回火而成而成按加工按加工钢丝钢丝碳素钢丝碳素钢丝:高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处:高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成理而成刻痕钢丝刻痕钢丝:在钢丝表面刻痕,以增强其与混凝土间的粘结力:在钢丝表面刻痕,以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线钢绞线:六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起:六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝:由低碳钢冷拔而成:由低碳钢冷拔而成第5页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 2.2.钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种按表面形状按表面形状光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋钢筋的应
6、用范围钢筋的应用范围非预应力钢筋:非预应力钢筋:HPB235,HRB335,HRBF335,HRB400,HRBF400,RRB400,HRB500,HRBF500预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,热处理钢筋,冷拉钢筋热处理钢筋,冷拉钢筋第6页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 3.3.钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理冷拉冷拉BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择:应力控制和应变点的选择:应力控制和应变控制控制温度的影响:温度达温度的影响:温度达700C时时恢复到冷拉前的状态,先焊恢复到冷拉前的状态,先焊后拉后拉
7、特性:只提高抗拉强度,不特性:只提高抗拉强度,不提高抗压强度,强度提高,提高抗压强度,强度提高,塑性下降塑性下降第7页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 3.3.钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理冷拔冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度提高抗压强度第8页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 3.3.钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理热处理热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高,塑性降低强度提高,塑性降低不降低强
8、度的前不降低强度的前提下,消除由淬提下,消除由淬火产生的内力,火产生的内力,改善塑性和韧性改善塑性和韧性第9页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 4.4.钢筋的徐变和松弛钢筋的徐变和松弛徐变徐变应力不变,随时间的应力不变,随时间的增长应变继续增加增长应变继续增加松弛松弛长度不变,随时间的长度不变,随时间的增长应力降低增长应力降低对结构,尤其对结构,尤其是预应力结构,是预应力结构,产生不利的影产生不利的影响,需采取必响,需采取必要的措施要的措施第10页/共69页一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 5.5.钢筋的疲劳钢筋的疲劳重复荷载作用下,钢筋的强度重复荷载作用下,钢筋的强
9、度0.5fc时,抗剪强度随时,抗剪强度随压应力的增大而减小压应力的增大而减小第19页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 2.2.复合受力状态下混凝土的强度复合受力状态下混凝土的强度三向受压时的混凝土强度三向受压时的混凝土强度1=fcc1=fcc2=3=fLfL-侧向约束压应力(加液压)圆柱体试验圆柱体试验有侧向有侧向约束时约束时的抗压的抗压强度强度无侧向约束无侧向约束时圆柱体的时圆柱体的单轴抗压强单轴抗压强度度第20页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546
10、810混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压时的应力单轴受压时的应力-应变关系应变关系作用是:峰作用是:峰值应力后,值应力后,吸收试验机吸收试验机的变形能,的变形能,测出下降段测出下降段第21页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能单轴受压时的应力单轴受压时的应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美国美国Hognestad模型模型德国德国Rsch模型模型第22页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土
11、的变形性能单轴受压时的应力单轴受压时的应力-应变关系的数学模型应变关系的数学模型(我国规范)(我国规范)u0ocfcc第23页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能侧向受约束时混凝土的变形特点侧向受约束时混凝土的变形特点cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco环箍断裂第24页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能轴向受拉时混凝土的应力应变关系轴向受拉时混凝土的应力应变关系tto t0 tu ftt(MPa)0(mm)cr=0.00012试件
12、:7619305mmfc=44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06标距83mm理论模型!第25页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能重复荷载下混凝土的变形性能重复荷载下混凝土的变形性能pe包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似第26页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量ccccep01原点切线模量(弹性模量):原点切线模量(弹性模量):拉压相同拉压相同变形模量(割线模量、弹塑性模量)变形模量(割线模量、弹塑
13、性模量)切线模量切线模量受压时,为受压时,为0.41.0;受拉破坏时,受拉破坏时,为为0.5第27页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的弹性模量的试验方法混凝土的弹性模量的试验方法(150150 300标准试件)标准试件)c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行,取其斜率作为Ec第28页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量l 混凝土的泊松比,在压力较小时为混凝土的泊松比,在压力较小时为0.150.18,接近破,接近
14、破坏时可达坏时可达0.5以上,一般可取以上,一般可取0.2l 混凝土的剪切模量为混凝土的剪切模量为规范规范中取中取vc0.2,故,故Gc0.4Ec第29页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变徐变0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc,线性徐变 c0.8fc,非线性徐变creeecrPl 原因之一,胶原因之一,胶凝体的粘性流动凝体的粘性流动l 原因之二,混原因之二,混凝土内部微裂缝凝土内部微裂缝的不断发展的不断发展徐变变形
15、徐变变形加载瞬时变形加载瞬时变形残余变形残余变形卸载后弹卸载后弹性后效性后效卸载时恢卸载时恢复变形复变形第30页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能影响徐变的因素影响徐变的因素 应力:应力:c0.5fc,徐变变形与应力成正比,徐变变形与应力成正比-线性徐变线性徐变 0.5fc c0.8fc,造成混凝土破坏,不稳定,造成混凝土破坏,不稳定 加荷时混凝土的龄期,越早,徐变越大加荷时混凝土的龄期,越早,徐变越大 水泥用量越多,水灰比越大,徐变越大水泥用量越多,水灰比越大,徐变越大 骨料越硬,徐变越小骨料越硬,徐变越小 养护和使用条件下的温湿
16、度,受荷前养护温度越高,湿养护和使用条件下的温湿度,受荷前养护温度越高,湿度越大,徐变越小;度越大,徐变越小;加荷期间温度越高,湿度越低,徐变加荷期间温度越高,湿度越低,徐变越大越大 结构尺寸越小,徐变越大结构尺寸越小,徐变越大第31页/共69页二、混凝土的强度和变形二、混凝土的强度和变形 3.3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能混凝土的收缩混凝土的收缩(结硬过程中混凝土体积缩小的性质)(结硬过程中混凝土体积缩小的性质)水泥品种:等级越高,收缩越大水泥品种:等级越高,收缩越大 水泥用量:水泥用量越多,水灰比越大,收缩越大水泥用量:水泥用量越多,水灰比越大,收缩越大 骨料:骨料越硬,收缩越小骨料
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