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第二章力学性能第二章力学性能第一页，本课件共有39页 建筑中常用钢材分为四类热轧钢筋冷拉钢筋钢丝热处理钢筋2.1 钢筋的形势和品种钢筋的形势和品种第二页，本课件共有39页 热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400冷拉钢筋和冷拔钢筋是通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工而成，热处理钢筋是对某些特定型号的热轧钢筋进行处理得到的。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋第三页，本课件共有39页钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料不同又分为冷拔低碳钢丝和碳素钢丝，钢丝可刻痕(刻痕钢丝)和铰成钢绞线，故钢丝有：冷拉低碳钢丝 b 碳素钢丝 s 刻痕钢丝 k 钢绞线 j 热处理钢筋是对某些特定钢号的热轧钢筋进行热处理得到的。第四页，本课件共有39页 钢筋的 曲线lPPA2.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能第五页，本课件共有39页比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa弹性阶段a比例极限b屈服强度cd强化阶段0.2%0.2(N/mm2)od极限强度de 颈缩阶段 0.2条件屈服强度第六页，本课件共有39页由力学性能不同分成：软钢软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋)第七页，本课件共有39页钢筋力学性能指标：对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度 0.2作为强度设计依据。屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。第八页，本课件共有39页取相应于残余应变=0.2%时的应力 0.2作为名义屈服点。常取 0.2=0.8 fsu。伸长率：冷弯性能：弯心直径冷弯角度110.2的定义：第九页，本课件共有39页 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高 钢材强度，节约钢筋。冷加工对钢材性能的影响。热处理是对某些特定型号的热轧钢进行淬火和回火处理。2.3 钢筋的冷加工的热处理钢筋的冷加工的热处理 第十页，本课件共有39页o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形oabccdd冷拉无时效冷拉经时效(a)(b)d1d2Pd2d1第十一页，本课件共有39页(a)为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。(b)为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳 丝接近，塑性要好一些。第十二页，本课件共有39页2.4 对钢筋质量的要求对钢筋质量的要求1.强度是刚劲质量的重要目标。2.极限抗拉强度要满足检验标准的要求。3.伸长率4.冷弯要求第十三页，本课件共有39页2.5 钢筋的蠕变、松弛和疲劳钢筋的蠕变、松弛和疲劳 钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象为蠕变。钢筋受力后，若保持长度不变，则其应 力随时间增长而降低的现象称为松弛。钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。第十四页，本课件共有39页混凝土的组份：骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础混凝土的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。2.6 混凝土的强度等级第十五页，本课件共有39页2.7.1.立方体的抗压强度 fcu影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、湿度、试验方法。由于尺寸效应的影响：fcu(150)=0.95 fcu(100)fcu(150)=1.05 fcu(200)2.7 混凝土的强度混凝土的强度第十六页，本课件共有39页用标准制作方式制成的150150mm的立方体试块，在28天龄期，用标准试验方法测得具有95保证率的抗压强度。常用等级：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C55，C60，C65，C70，C75，C80混凝土强度等级：第十七页，本课件共有39页2.7.2.轴心抗压强度 fc真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。为消除端部约束的影响 用立方体强度反映：考虑实际情况(施工状况、养护条件等)第十八页，本课件共有39页2.7.3.轴心抗拉强度 ft混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度 。直接测试方法间接测试方法(弯折，劈裂)考虑施工因素，取第十九页，本课件共有39页2.7.4.复合应力状态下混凝土强度 双向正应力作用(如图)1,2 (压压)强度增加1,2 (拉压)强度降低1,2 (拉拉)强度基本不变第二十页，本课件共有39页0应力应变曲线：第二十一页，本课件共有39页 正应力和剪应力作用 三轴受压：(如图)工程应用：约束混凝土钢管砼密配螺旋箍筋2003=50N/mm235N/mm213310N/mm215010050051015202512(N/mm2)1()第二十二页，本课件共有39页2.8.1 混凝土的应力应变关系OA 弹性阶段A:0.3fcAB 弹塑性阶段:0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段BC 裂缝不稳定阶段:0.8 fc 1.0 fcCBDEfc00Acu2.8荷载作用下混凝土的变形性能荷载作用下混凝土的变形性能 第二十三页，本课件共有39页特征点：特征点：0 对应于峰值点应变 规范0=0.002cu 混凝土极限压应变规范cu=0.0033fc 轴心抗压强度第二十四页，本课件共有39页2.8.2 混凝土在多次重复荷载下的应混凝土在多次重复荷载下的应 力应变关系力应变关系 如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应力达到某个数值，然后卸荷至零，并把这一循环多次重复下去，就称为多次重复荷载。我们通常把能使试件循环200万次或次数稍多时发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳抗压强度，用符号 表示。2.8.3 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量第二十五页，本课件共有39页kcc0cecp0h原点弹性模量：1716第二十六页，本课件共有39页割线模量：19切线模量：弹性系数01.0110剪切模量：c=ce+cp18G=0.4Ec第二十七页，本课件共有39页2.9 混凝土的徐变和收缩混凝土的徐变和收缩混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力)不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。161284369121518212427Acecr徐变ce弹性变形ch收缩ceaeerBCD(104)t(月)0徐变：第二十八页，本课件共有39页混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。徐变性质：线性徐变 初应力 c0.5fc 徐变与初应力呈正比非线性徐变 c 0.5fc当c 0.8fc，徐变发展最终导致破坏作为混凝土的长期抗压强度。徐变的影响因素：0.8fc第二十九页，本课件共有39页徐变对结构的影响：使构件的变形增加；在截面中引起应力重分布；在预应力混凝土结构中引起预应力损失。第三十页，本课件共有39页混凝土在空气中结硬体积减小的现象。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩(103)时间(月)收缩：第三十一页，本课件共有39页收缩的性质自由收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂第三十二页，本课件共有39页 产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因：混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结应力。2.10 钢筋与混凝土间的粘结钢筋与混凝土间的粘结第三十三页，本课件共有39页 粘结应力的类型：由弯曲引起粘结应力；两相邻裂缝间钢筋应力不均匀引起的局部粘结应力；锚固粘结应力。第三十四页，本课件共有39页lTdmax 以锚固粘结应力为例：u第三十五页，本课件共有39页锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固粘结强度以使钢筋强度得以充分利用，即第三十六页，本课件共有39页 保证粘结力的措施：保证锚固长度和搭接长度；保证钢筋周围的混凝土有足够的厚度；(保护层厚度及钢筋净距)光圆筋在端部做成弯钩。第三十七页，本课件共有39页2.11 钢筋混凝土的一般构造规定钢筋混凝土的一般构造规定2.11.1 混泥土保护层2.11.2 钢筋的锚固 第三十八页，本课件共有39页2.11.3 钢筋的连接搭接长度2.11.4 纵向钢筋的最小配筋率 第三十九页，本课件共有39页