结构材料的力学性能

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1、第三章结构材料的力学性能苏州科技学院土木工程学院唐兴荣博士教授二O一二年元月主要内容第二节混凝土第一节建筑钢材第三节钢筋与混凝土的相互作用——粘结力混凝土的强度混凝土立方体抗压强度混凝土棱柱体抗压强度（混凝土轴心抗压强度）混凝土轴心抗拉强度混凝土的变形混凝土短期加载下的变形性能混凝土在荷载长期作用下的变形性能混凝土收缩混凝土强度等级的选用原则钢材的力学性能钢材的冷加工建筑钢材的品种钢材的选用粘结力的概念保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施第一节建筑钢材一、钢材的力学性能钢材通常只作拉伸试验。软钢钢筋的应力―应变曲线中有明

2、显的流幅（热轧低碳钢和普通热轧低合金钢所制成的钢筋）硬钢~钢筋的应力―应变曲线中无明显的流幅（钢丝、钢绞线、热处理钢筋等预应力钢筋）软钢的应力-应变曲线弹性阶段（oa段）屈服阶段（abcd段）应力（s）与应变（e）按正比例增加，如果卸载则试件的变形可全部恢复软钢的应力-应变曲线屈服强度是软钢设计强度的依据（构件中钢筋的应力到达屈服强度后，将产生很大的塑性变形，这时钢筋混凝土构件将出现很大的变形和不可闭合的裂缝，以致不能使用）强化阶段（de段）颈缩阶段（ef段）含碳量越高，钢筋的屈服强度、极限强度越高，但屈服台阶缩短，伸长率下降

3、在强化阶段卸载，应力-应变曲线平行于Oa硬钢规定以条件屈服点作为设计强度的指标。硬钢~钢筋的应力―应变曲线中没有明显的流幅二、钢材的冷加工（冷拉、冷拔）提高热轧钢筋的强度图3-4钢筋冷拉原理图必须注意焊接时产生的高温会使钢筋软化（强度降低，塑性增加），因此需要焊接的钢筋应先焊好再进行冷拉；冷拉只能提高钢筋的抗拉强度而不能提高钢筋的抗压强度。经冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅。钢筋进行冷拔处理可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。冷拔是将直径为6～10mm的HPB235（Q235）级钢筋用强力拔过比本身直径还小0.5~1.0m

4、m的硬质合金拔丝模。钢筋在通过拔丝钢模时，同时受到纵向拉力和横向挤压的作用而产生塑性变形，迫使钢筋内部结构组织发生变化，从而使钢筋的强度比原来有很大的提高，但塑性降低很多。三、建筑钢材的品种含碳量越高钢筋的强度越高，但其塑性和可焊性降低，反之钢筋的强度降低，其塑性和可焊性好。硫(S)和磷(P)是钢材中的有害元素。磷(P)元素使钢材塑性降低，并使钢在低温下易于脆断，磷的危害性随含碳量增多而增加，但在低碳钢中磷的影响较小。硫(S)元素使钢材的可焊性降低，同时在高温下使钢材产生热脆。这两种元素在钢材中的含量均有限制，不得超过0.045%0.

5、05%。锰元素可以提高钢材的强度和硬度并可改善钢材的焊接性能钛元素可改善钢材的塑性、韧性和可焊性钒元素可改善钢材的塑性和可焊性钢筋混凝土结构中大量应用普通低合金钢热轧钢筋（低碳钢、普通低合金钢热轧）HPB300热轧光面钢筋Hot-rolledPlainsteelBarHRB335、HRB400、HRB500热轧带肋钢筋Hot-rolledRibbed-steelBarRRB400余热处理钢筋heattreatmentRibbedsteelBarHRBF335、HRBF400、HRBF500细晶粒带肋钢筋Hot-ro

6、lledRibbed-steelBarFine根据钢筋产品标准的修改，不再限制钢筋材料的化学成分和制作工艺，而按性能确定钢筋的牌号和强度级别，并以相应的符号表达。增加强度为500Mpa的热轧带肋钢筋；推广400Mpa、500Mpa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋；限制并准备逐步淘汰335Mpa级热轧带肋钢筋的应用；用300Mpa级光圆钢筋替代235级光圆钢筋。推广具有较好的延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性的HRB系列普通热轧带肋钢筋。列入采用控温轧制工艺生产的HRBF系列细晶粒带肋钢筋。RRB系列余热处理钢筋由轧制钢筋经

7、高温水，余热处理后提高强度，其延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性降低，一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件（如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件）中。箍筋用于抗剪、抗扭及抗冲切设计时，其抗拉强度设计值受到限制，不宜采用强度高于400Mpa级的钢筋。当用于约束混凝土的间接配筋时，其强度可以得到充分发挥，采用500Mpa级钢筋具有一定的经济效益。热处理钢筋（Ⅳ级热轧钢筋经加热、淬火调质）—预应力钢筋冷拉钢筋（热轧钢筋冷拉）冷拉Ⅰ级—只用于普通钢筋混凝土冷拉Ⅱ级冷拉Ⅲ级—预应力钢筋冷拉Ⅳ级冷拔钢筋（热轧钢筋冷

8、拔）—预应力钢筋钢丝（消除应力钢丝、低松弛钢丝、中等强度钢丝）钢绞线精轧螺纹钢筋增加预应力筋的品种：增补高强、大直径的钢绞线；列入大直径预应力螺纹钢筋（精制螺纹钢筋）；列入