第2章 钢筋混凝土材料物理力学性能[1]

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1、第2章钢筋混凝土材料的物理力学性能[1]2钢筋混凝土材料的物理力学性能[本章学习重点]1.掌握钢筋的力学性能:①应力—应变曲线。②塑性性能——伸长率、冷弯性能。③钢筋的冷加工性能——冷拉、冷拔。④钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求。2.掌握混凝土的力学性能:①混凝土的强度——立方体强度、抗压强度(棱柱体强度)、抗拉强度、复合应力下的强度。②混凝土的变形——混凝土一次加载时的应力—应变曲线、混凝土的弹性模量和变形模量、混凝土的收缩和徐变。3.理解并掌握粘结力的作用和组成。2.1钢筋2.1.1钢筋的级别和品种钢筋按照生产工艺和力学性能不同可以

2、分为:①热轧钢筋;②冷拉钢筋;③钢丝和钢绞线;④热处理钢筋。一般普通混凝土结构所用钢材为热轧钢筋和冷拉钢筋,预应力混凝土结构所用钢筋为高强钢丝、钢绞线、热处理钢筋和冷拉钢筋。2.1.2钢筋的力学性能(1)应力—应变曲线(如图2.1所示)。屈服强度——s.是钢筋的关键强度指标,在结构设计中,构件中钢筋的强度值以此为依据得到。(2)伸长率——拉伸前构件长度为l,拉断后构件的长度为l.,则钢筋的伸长率为:.100%...l.ll(2.1)伸长率反映了构件的塑性变形能力。(3)冷弯性能——冷弯性能反映了钢筋的塑性性能,冷弯以冷弯角度来反映,冷

3、弯角度越大则钢筋的塑性性能越好。(4)没有明显屈服点的钢筋取残余应变...0.2%的应变对应的应力0.2.作为条件屈服应力,如图2.2所示。(5)钢筋的冷拔和冷拉。1)钢筋的冷拔。将光圆钢筋用强力拉拽,使钢筋通过比其原直径稍小的硬质合钢模具,迫使钢筋截面缩小而长度增加,如图2.3所示。图2.1钢筋应力—应变曲线a点:比例极限b点:弹性极限c点:屈服强度cd:屈服台阶e点:极限强度经过多次冷拔后可以使钢筋强度提高,但是钢筋塑性性能大大降低,一般一根.6钢筋,经过3次冷拔后为.3钢丝,其强度可由260Nmm2提高到750Nmm2,但伸长率

4、由最初的21.9%减小到3.3%,如图2.4所示。2)钢筋的冷拉。将钢筋冷拉超过屈服强度到上升段,经过一定的时效后,钢筋的强度有所提高,但是其塑性变形能力有所降低,如图2.5所示。(6)钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求可分以下4个方面:1)强度。较高的钢筋强度可节约钢材、降低成本。2)塑性。钢筋混凝土结构要求要求钢筋要有足够的塑性变形能力,这样可在破坏前给使用者以警告。图2.4多次冷拔的应力—应变曲线图2.5钢筋冷拉后其应力—应变曲线图2.2没有明显屈服台阶图2.3钢筋冷拔示意图的钢筋应力—应变曲线3)钢筋与混凝土之间的粘结强度的要求。

5、为了保证钢筋与混凝土之间的共同工作,要求两者之间应具有足够的粘结强度。4)可焊性的要求。由于大量的钢筋在结构中需要焊接,钢筋混凝土结构要求钢筋有较好的可焊性。2.2混凝土2.2.1混凝土的强度(1)立方体抗压强度fcuk。我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定,采用边长150mm的立方体,在温度为20℃±3℃,相对温度在90%以上的潮湿空气中养护28天,按标准试验方法加压到破坏,所测得的具有95%保证率的抗压极限强度值,确定为混凝土的立方体标准强度,用fcuk表示。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值来确定。强度

6、等级有C10,C15,······C60共10级。非标准试块——200mm,1.05200cukcukf..f100mm,0.95100cukcukf..f(2)轴心抗压强度fc。用150mm.150mm.450mm或100mm.100mm.300mm等尺寸制作成棱柱体试件,测得的抗压强度用fc表示,fc的平均值ckf可用fcuk表示:ckf=0.76fcuk引入尺寸、制作和养护条件等方面的差异:ckf=0.88.0.76fcuk=fcuk0.67.cckcff..(2.2)(3)轴心抗拉强度。用轴心抗拉和劈裂两种方法来测试,其抗拉强

7、度平均值也可由立方体抗拉强度的平均值fcuk.表示,即:0.262/3tkcukf.f乘以修正系数0.88:.0.88.0.3950.55(1.1.645.)0.45tkcukffctktff..(2.3)(4)复合应力状态下的强度。1)双向应力状态下的强度见图2.6。2)三向受压的混凝土强度见图2.7。fcfc4.r*..(2.4)式中:fc——混凝土轴心抗压强度;r.——侧向约束压应力。2.2.2混凝土的变形(1)混凝土的应力—应变曲线。一次加载时的应力应变曲线见图2.8。我国规范中混凝土结构计算所采用的应力——应变曲线,如图2.

8、9所示。取........cc0cccc00.0020.003300.00210001250........当时,=当时,=()(2)混凝土的受拉变形。混凝土的受拉应力—应变曲线与受压曲线上升段相似,但其极限拉应变很小(

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1、第2章钢筋混凝土材料的物理力学性能[1]2钢筋混凝土材料的物理力学性能[本章学习重点]1.掌握钢筋的力学性能:①应力—应变曲线。②塑性性能——伸长率、冷弯性能。③钢筋的冷加工性能——冷拉、冷拔。④钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求。2.掌握混凝土的力学性能:①混凝土的强度——立方体强度、抗压强度(棱柱体强度)、抗拉强度、复合应力下的强度。②混凝土的变形——混凝土一次加载时的应力—应变曲线、混凝土的弹性模量和变形模量、混凝土的收缩和徐变。3.理解并掌握粘结力的作用和组成。2.1钢筋2.1.1钢筋的级别和品种钢筋按照生产工艺和力学性能不同可以

2、分为:①热轧钢筋;②冷拉钢筋;③钢丝和钢绞线;④热处理钢筋。一般普通混凝土结构所用钢材为热轧钢筋和冷拉钢筋,预应力混凝土结构所用钢筋为高强钢丝、钢绞线、热处理钢筋和冷拉钢筋。2.1.2钢筋的力学性能(1)应力—应变曲线(如图2.1所示)。屈服强度——s.是钢筋的关键强度指标,在结构设计中,构件中钢筋的强度值以此为依据得到。(2)伸长率——拉伸前构件长度为l,拉断后构件的长度为l.,则钢筋的伸长率为:.100%...l.ll(2.1)伸长率反映了构件的塑性变形能力。(3)冷弯性能——冷弯性能反映了钢筋的塑性性能,冷弯以冷弯角度来反映,冷

3、弯角度越大则钢筋的塑性性能越好。(4)没有明显屈服点的钢筋取残余应变...0.2%的应变对应的应力0.2.作为条件屈服应力,如图2.2所示。(5)钢筋的冷拔和冷拉。1)钢筋的冷拔。将光圆钢筋用强力拉拽,使钢筋通过比其原直径稍小的硬质合钢模具,迫使钢筋截面缩小而长度增加,如图2.3所示。图2.1钢筋应力—应变曲线a点:比例极限b点:弹性极限c点:屈服强度cd:屈服台阶e点:极限强度经过多次冷拔后可以使钢筋强度提高,但是钢筋塑性性能大大降低,一般一根.6钢筋,经过3次冷拔后为.3钢丝,其强度可由260Nmm2提高到750Nmm2,但伸长率

4、由最初的21.9%减小到3.3%,如图2.4所示。2)钢筋的冷拉。将钢筋冷拉超过屈服强度到上升段,经过一定的时效后,钢筋的强度有所提高,但是其塑性变形能力有所降低,如图2.5所示。(6)钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求可分以下4个方面:1)强度。较高的钢筋强度可节约钢材、降低成本。2)塑性。钢筋混凝土结构要求要求钢筋要有足够的塑性变形能力,这样可在破坏前给使用者以警告。图2.4多次冷拔的应力—应变曲线图2.5钢筋冷拉后其应力—应变曲线图2.2没有明显屈服台阶图2.3钢筋冷拔示意图的钢筋应力—应变曲线3)钢筋与混凝土之间的粘结强度的要求。

5、为了保证钢筋与混凝土之间的共同工作,要求两者之间应具有足够的粘结强度。4)可焊性的要求。由于大量的钢筋在结构中需要焊接,钢筋混凝土结构要求钢筋有较好的可焊性。2.2混凝土2.2.1混凝土的强度(1)立方体抗压强度fcuk。我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定,采用边长150mm的立方体,在温度为20℃±3℃,相对温度在90%以上的潮湿空气中养护28天,按标准试验方法加压到破坏,所测得的具有95%保证率的抗压极限强度值,确定为混凝土的立方体标准强度,用fcuk表示。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值来确定。强度

6、等级有C10,C15,······C60共10级。非标准试块——200mm,1.05200cukcukf..f100mm,0.95100cukcukf..f(2)轴心抗压强度fc。用150mm.150mm.450mm或100mm.100mm.300mm等尺寸制作成棱柱体试件,测得的抗压强度用fc表示,fc的平均值ckf可用fcuk表示:ckf=0.76fcuk引入尺寸、制作和养护条件等方面的差异:ckf=0.88.0.76fcuk=fcuk0.67.cckcff..(2.2)(3)轴心抗拉强度。用轴心抗拉和劈裂两种方法来测试,其抗拉强

7、度平均值也可由立方体抗拉强度的平均值fcuk.表示,即:0.262/3tkcukf.f乘以修正系数0.88:.0.88.0.3950.55(1.1.645.)0.45tkcukffctktff..(2.3)(4)复合应力状态下的强度。1)双向应力状态下的强度见图2.6。2)三向受压的混凝土强度见图2.7。fcfc4.r*..(2.4)式中:fc——混凝土轴心抗压强度;r.——侧向约束压应力。2.2.2混凝土的变形(1)混凝土的应力—应变曲线。一次加载时的应力应变曲线见图2.8。我国规范中混凝土结构计算所采用的应力——应变曲线,如图2.

8、9所示。取........cc0cccc00.0020.003300.00210001250........当时,=当时,=()(2)混凝土的受拉变形。混凝土的受拉应力—应变曲线与受压曲线上升段相似,但其极限拉应变很小(

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