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        鋼筋和混凝土材料的力學性能

        http://tenaflycs.com 15-09-14 點 擊: 字體: 【

        鋼筋和混凝土材料的力學性能

        第一章 鋼筋和混凝土材料力學性
        本章重點:
        1、鋼筋的品種和級別 ,鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征; 2、混凝土的強度,混凝土受壓時的應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系,混凝 土的徐變; 3、鋼筋的錨固與搭接構(gòu)造要求。

        本章難點:
        1、混凝土在一次短期加載、荷載長期作用和多次重復(fù)荷載
        作用下的變形性能。

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        1. 鋼筋的成分、級別和品種
        按化學成分
        低碳鋼(含碳量<0.25%)

        碳素鋼(鐵、碳、硅、 錳、硫、磷等元素)

        中碳鋼(含碳量0.25~0.6%) 高碳鋼(含碳量0.6~1.4%) 硅系

        普通低合金鋼(另加 硅、錳、鈦、釩、鉻 等)

        硅釩系 硅鈦系 硅錳系 硅鉻系

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        1. 鋼筋的成分、級別和品種
        按加工
        熱軋鋼筋:熱軋光面鋼筋HPB300,熱軋帶肋鋼筋HRB33更多內(nèi)容請訪問久久建筑網(wǎng)
        5、HRB400、 HRB500,結(jié)晶粒帶肋鋼筋HRBF33更多內(nèi)容請訪問久久建筑網(wǎng)
        5、HRBF400、 HRBF500,余熱處 理鋼筋RRB400 冷拉鋼筋:由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成 碳素鋼絲:高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)變消除、矯正、回火處理而成

        鋼筋

        鋼絲

        鋼絞線:多根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起
        冷拔低碳鋼絲:由低碳鋼冷拔而成

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        1. 鋼筋的成分、級別和品種
        按表面形狀
        光圓鋼筋 變形鋼筋

        鋼筋的應(yīng)用范圍
        非預(yù)應(yīng)力鋼筋:HPB300,HRB335,HRB400,HRB500,RRB400 HRBF335, HRBF400,HRBF500
        ※推薦優(yōu)先選用HRB400、HRB500、 HRBF400,HRBF500

        預(yù)應(yīng)力鋼筋:碳素鋼絲,鋼絞線,熱處理鋼筋,冷拉鋼筋

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
        上屈服點不穩(wěn)定 出現(xiàn)頸縮

        ?
        D
        B’ 標距 A E

        ? ?0.2
        拉斷

        B

        C
        BC段為屈服平臺 CD段為強化段

        下屈服點

        ?

        0.2%

        ?

        有明顯流幅的鋼筋

        無明顯流幅的鋼筋

        鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
        ?
        D

        強度指標
        * 明顯流幅的鋼筋:下屈服點對應(yīng)的強度作為設(shè)
        A

        B’
        B C

        E

        計強度的依據(jù),因為,鋼筋屈服后會產(chǎn)生大的塑 性變形,鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形 和不可閉合的裂縫,以至不能使用
        ?

        ?

        * 無明顯流幅的鋼筋:殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)

        ?0.2

        的應(yīng)力作為條件屈服強度

        0.2%

        ?

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
        強度指標的確定 強度
        強 度 標 準 值

        隨機變量 根據(jù)統(tǒng)計資料,運用 數(shù)理統(tǒng)計方法確定的 具有一定保證率(鋼 筋為97.73%)的統(tǒng)計 特征值:
        強度標準值=強度平均值2×均方差

        概率 密度

        強度 平均 值

        強度 標準 值

        材料強度

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
        ?
        D

        變形指標
        A

        B’
        B C

        E

        ?伸長率:鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值
        (不能反映鋼材脆化的傾向)

        ? ?0.2

        ?


        * 冷彎要求:將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的

        鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂

        0.2%

        ?

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        3. 鋼筋的冷加工和熱處理
        冷拉
        ?
        B K’ K Z 無時效 Z’ 經(jīng)時效

        K點的選擇:應(yīng)力控制和應(yīng)變控制

        溫度的影響:溫度達700o C時恢復(fù) 到冷拉前的狀態(tài),先焊后拉
        特性:

        1、只提高抗拉強度,不提高抗壓強度,

        強度提高,塑性下降
        ?
        殘余變形
        冷拉伸長率

        2、冷拉后仍是軟鋼,應(yīng)力-應(yīng)變曲線上 有屈服臺階 3、鋼筋設(shè)計仍采用冷拉前的截面。

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        3. 鋼筋的冷加工和熱處理
        冷拔:冷拔鋼筋是將鋼筋用強力拔過比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模,
        這時鋼筋同時受到縱向拉力和橫向壓力的作用,截面變小而長度拔長

        經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點 和流幅 特性:冷拔既能提高抗拉強度又能

        提高抗壓強度

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        3. 鋼筋的冷加工和熱處理
        熱處理
        不降低強度的前提下,消除 由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力,改善塑 性和韌性

        對特定鋼號的鋼筋進行淬火和回火處理
        強度提高, 塑性降低

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        4. 鋼筋的徐變和松弛

        徐變

        應(yīng)力不變,隨時間的增長 應(yīng)變繼續(xù)增加

        松弛

        長度不變,隨時間的增長 應(yīng)力降低

        對結(jié)構(gòu),尤 其是預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu),產(chǎn)生 不利的影響, 需采取必要 的措施

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        5. 鋼筋的疲勞

        重復(fù)荷載作用下,鋼筋的強度<靜載作用下的強度
        規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi),經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后, 發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強度。對 鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來表示其疲勞強度。

        單根鋼筋的軸拉疲勞 試驗方法 鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        6. 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求

        ?強度要求:屈服強度和極限強度,抗震設(shè)計時還要求有一定的屈強比 ?塑性要求:伸長率和冷彎要求

        ?可焊性

        ?與混凝土的粘結(jié)性

        http:///
        一、鋼筋的強度和變形
        7. 鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學模型

        ?s
        fs,u fy fy

        ?s

        ?s=Es?s ?
        y

        ?s=Es?s ?s,
        h

        ?s

        ?
        y

        ?s,h

        ?s,
        u

        ?s

        有明顯流幅的鋼筋

        無明顯流幅的鋼筋

        二、混凝土的強度和變形
        1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強度
        ?立方體抗壓強度fcu.k
        承壓板 摩擦力

        ?壓力?試件?裂縫

        發(fā)展?擴張?整個體 系解體,喪失承載力

        試塊

        ?另影響強度的因素

        還有:齡期、加載速 率、試塊尺寸等

        不涂潤滑劑
        強度大于

        涂潤滑劑

        我國規(guī)范的方法:不涂潤滑劑

        二、混凝土的強度和變形
        1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強度
        立方體抗壓強度fcu.k 標準試塊:150×150 ×150 非標準試塊:100×100 ×100 200×200 ×200
        級有:
        ?C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C5


        0,C55,C60,C65,C70, C75,C80
        立方體抗 壓強度 表示混凝 土Concrete

        換算系數(shù) 0.95 換算系數(shù) 1.05

        ?立方體抗壓強度是區(qū)分混凝土強度等級的指標,我國規(guī)范混凝土的強度等

        二、混凝土的強度和變形
        1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強度
        ?棱柱體軸心抗壓強度fck
        承壓板

        標準試塊:150×150 ×300(450) 非標準試塊:100×100 ×300 200×200 ×300 換算系數(shù) 0.95 換算系數(shù) 1.05

        試 塊

        ?考慮到承壓板對試件的約束,立方體抗壓強度大于棱柱體抗壓強度,

        且有:fck=0.76fcuk (試驗結(jié)果)

        ?考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別,取 fck=0.88α1α2fcuk =0.67fcuk
        ?對國外(美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等)采用的圓柱體試件(d=150, h=300),有fc’=0.79fcu
        圓柱體抗 壓強度

        二、混凝土的強度和變形
        2. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強度
        ?混凝土軸心抗拉強度ftk 直接受拉試驗ftk
        100
        150 150 100

        500

        ?試驗結(jié)果:ftk=0.26fcu k2/3

        ?考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別,尺寸效應(yīng),加荷 速度等的影響,取ftk=0.23fcu k2/3

        二、混凝土的強度和變形
        2. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強度
        劈裂試驗fts
        F F

        ?我國根據(jù)100mm立方體的

        劈裂與抗壓試驗結(jié)果有:

        ?fts=0.19fcu 3/4
        d d

        2F f ts ? ?dl
        F
        fts

        F

        軸心抗拉強度ftk與立方體抗壓強度fcu,k的關(guān)系
        ftk=0.88×0.395 fcu,k0.55(1-1.645?) 0.45 × ?2

        二、混凝土的強度和變形
        3. 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強度
        雙軸應(yīng)力下的強度
        ?2/f
        c

        1.2 1.0

        -0.2

        拉 -0.2

        ?/fc
        0.2
        0.1

        ? ? ?

        ?

        ?/fc
        1.0 1.2 壓 -0.1

        0.0

        0.6

        1.0 單軸抗壓強度

        單軸抗拉強度

        ?1/fc

        雙向正應(yīng)力下的強度曲線

        法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強度曲線

        二、混凝土的強度和變形
        3. 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強度
        三向受壓時的混凝土強度 圓柱體試驗
        ?1=fcc’ ?2= ?3= fL
        fL----側(cè)向約束壓 應(yīng)力(加液壓)

        f cc ' ? f c '?4.1 f L
        無側(cè)向約 束時圓柱 體的單軸 抗壓強度

        ?1=fcc’

        有側(cè)向約 束時的抗 壓強度

        二、混凝土的強度和變形
        4. 混凝土的疲勞強度
        ?3
        破壞 fc
        f

        ?2
        疲勞強度<fc

        ?1

        ?

        ?fcf的確定原則: 100×100 ×300或 150×150 ×450 的棱柱 體試塊承受200萬次(或 以上)循環(huán)荷載時發(fā)生 破壞的最大壓應(yīng)力值

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