第二章钢筋和混凝土的材料性能

第二章钢筋和混凝土的材料性能 2.1 钢筋Steel Reinforcement 一、钢筋的品种(Reinforcement types) 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 Bar Bar Bar Plain Rolled Ribbed Hot rolled Hot rolled Rolled 热轧钢筋Hot Rolled Steel Reinforcing Bar HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级 HPB HRB RRB 屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%） HPB235级： fyk = 235 N/mm2 HRB335级： fyk = 335 N/mm2 HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 • HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋（Plain Bar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋 • HRB335级(Ⅱ级)和HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。 • Ⅳ级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋 • 延伸率（Percentage of elongation）：d5=25、16、14、10%，直径8~40。 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 钢丝 Wire：中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线(Strand or Tendon)的为 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；钢丝的直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋 Cold working rebar：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。热处理钢筋 Heat treatment：是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 s e f fu b fy a c d a’ e 二、钢筋的应力-应变关系 Stress-Strain Relation ◆ 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point a’为比例极限proportional limit s =Ese a为弹性极限elastic limit b为屈服上限upper yield strength c为屈服下限，即屈服强度 fy lower yield strength cd为屈服台阶yield plateau de为强化段strain hardening stage e为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strength 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 几个指标(Index)：屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延伸率elongation strain：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好均匀延伸率dgt对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力(≥2.5%) 屈强比反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7。 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 Es 1 有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系 Bilinear elasto-plastic relation 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 ◆无明显屈服点的钢筋 Rebar without yield point a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性 a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标——条件屈服点 (Equivalent yield point) 残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取s0.2 =0.85 fu 2.1 钢筋

第二章钢筋和混凝土的材料性能 三、钢筋的强度标准值( Characteristic or Unfactored Strength) 按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于fy,m-3s，具有97.73%的保证率，满足《建筑结构设计统一标准》材料强度标准值保证率95%的要求。 2.1 钢筋

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2.2 混凝土 • 2.2.1 混凝土的强度 • 混凝土的抗压强度立方体抗压强度 • 轴心抗压强度 • 混凝土的抗拉强度 • 混凝土在复合应力作用下的强度

以边长为150mm的立方体在20±3˚C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（以N/mm2计）作为混凝土的强度等级，并用符号以边长为150mm的立方体在20±3˚C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（以N/mm2计）作为混凝土的强度等级，并用符号表示混凝土的强度等级一般可划分为： C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 混凝土立方体抗压强度

混凝土立方体的破坏情况 “箍套”作用

混凝土轴心抗压强度 • 采用150mmx150mmx300mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件 • 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系为：

混凝土抗拉强度 混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的 5%~10%

混凝土在复合应力作用下的强度 混凝土的双向受力强度双向受拉：强度接近单向受拉强度双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高一拉一压：强度降低

混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度 在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度

混凝土的三向受压强度 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高

2.2.2 混凝土的变形 • 混凝土的变形分为两类：混凝土的受力变形混凝土的非受力变形

混凝土的受力变形 受压混凝土一次短期加荷的应力—应变曲线

混凝土的变形模量

混凝土的弹性模量测定

混凝土的徐变——在荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形 影响徐变因素及减小徐变措施

混凝土的非受力变形 • 混凝土的收缩与膨胀 • 混凝土在水中或处于饱和湿度情况下硬结时体积增大的现象称为膨胀 • 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩

混凝土的温度变形 当温度变化时，混凝土也随之热胀冷缩 • 影响混凝土收缩的原因 • 减小混凝土收缩和温变影响的措施

2.2.3 混凝土的选用原则 • 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15 • 当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20 • 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于C20 • 预应力混凝土结构不应低于C30 • 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40

2.3 钢筋与混凝土之间的粘结与锚固 • 钢筋与混凝土之间的粘结是这两种材料共同工作的保证，使之能共同承受外力、共同变形、抵抗相互之间的滑移 • 钢筋能否可靠地锚固在混凝土中则直接影响到这两种材料的共同工作，从而关系到结构和构件的安全和材料强度的充分利用

2.3.1 粘结力的定义及组成 • 粘结力的定义 ——若钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力 • 粘结力的组成 1化学胶结力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力 2摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力 3机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力 4钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力

2.3.2 粘结强度 钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定。设拔出力为F，则以粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土截面上的最大平均粘结应力作为粘结强度

2.3.3 影响粘结强度的因素 • 混凝土强度 • 混凝土保护层厚度和钢筋净距 • 横向配筋钢筋表面和外形特征 • 受力情况 • 锚固长度

2.3.4 锚固长度 进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度，用表示

2.3.5 保证可靠粘结的构造措施 • 钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小 • 优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应设弯钩 • 钢筋伸入支座应有足够的锚固长度 • 钢筋不宜在混凝土的拉区截断 • 在大直径钢筋的搭接和锚固区域内宜设置横向钢筋

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