1、,鋼筋的品種和力學性能混凝土的物理力學性能鋼筋與混凝土的粘結,,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1.1 鋼筋的品種和力學性能,1.1.1 鋼筋的品種,,,熱軋鋼筋,HPB235,HRB335、HRB400、RRB400,,熱處理鋼筋,冷加工鋼筋,鋼絲,,,,冷拔鋼筋,冷軋鋼筋,,冷拉鋼筋,鋼筋,,,碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線,1.按加工工藝分類,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,2. 按化學成分分類,,碳素鋼,低合金鋼（

2、合金含量不超過3.5%）,,鋼筋,,,,,由含碳量不同分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼,3. 按表面形狀不同分類,,光圓鋼筋,變形鋼筋,,鋼筋,,,,,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,4.熱軋鋼筋,★HPB235(Hot-rolled Plain steel Bar)， 以符號“φ ”表示 光圓鋼筋，低碳鋼，質量穩(wěn)定，塑性及焊接性能很好，但強度稍低。多作為現(xiàn)澆樓板受力鋼筋和箍筋。,★ HRB335(

3、Hot-rolled Ribbed steel Bar)， 以符號“ ”表示， ★ HRB400(Hot-rolled Ribbed steel Bar)， 以符號“ ”表示， ★ RRB400(Remental hot-rolled Ribbed steel Bar)， 以符號“ ”表示。,第2章 鋼筋混凝土材

4、料的力學性能,HRB335、HRB400、RRB400都屬于變形帶肋鋼筋，強度較高，塑性和可焊性能較好，與混凝土之間的粘結性能也較好，在工程中應用較廣。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1.1.2 鋼筋的力學性能,1.軟鋼的力學性能,圖1-2 熱軋鋼筋的?－? 曲線,oa－彈性階段?b－屈服強度（受拉強度限值）bc—流幅cd－強化階段de －頸縮階段?a－比例極限?d－極限強度,,,第2章 鋼筋混凝土材料的力

5、學性能,圖1-3 硬鋼的?－? 曲線,2.硬鋼的力學性能,硬鋼沒有明確的屈服臺階（流幅），所以計算中以“協(xié)定流限”作為強度標準以?0.2表示，一般?0.2相當于抗拉極限強度70%~85%。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,3. 冷拉鋼筋,改變鋼材內部結構，提高鋼材強度，節(jié)約鋼材。,圖1-4 鋼筋冷拉后的?－? 曲線,冷拉加工的目的：,有時效,無時效,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1.2 混凝土的物理力學性能

6、,1.2.1 混凝土的強度,1.立方體抗壓強度fcu（cubic compressive strength）2.棱柱體抗壓強度fc （ prismatic compressive strength）3.軸心抗拉強度ft（ axial tensile strength）,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,圖1-5 混凝土雙向應力下的強度曲線,Ⅲ,Ⅲ,Ⅰ,Ⅱ,圖中： Ⅰ雙向受壓，Ⅱ雙向受拉，Ⅲ一向受壓，一向受拉。,4. 復合

7、應力狀態(tài)下的混凝土強度,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,圖1-6 混凝土?—?復合受力下的強度曲線,※單向正應力?及剪應力?共同作用時,混凝土的抗剪強度隨拉應力增加而降低。,混凝土的抗剪強度隨壓應力增加有所提高；但當壓應力過大時，混凝土的抗剪強度有所降低。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,工程應用：約束混凝土鋼管砼密配螺旋箍筋,※三向受壓時,圖1-7 混凝土三向受力的強度曲線,混凝土一向抗壓強度隨另兩向壓

8、應力的增加而增加,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1.2.2 混凝土的變形,變形分類,受力變形,體積變形,單調短期加載的變形,荷載長期作用下的變形,多次重復加載的變形,收縮變形,溫度變化引起的變形,,,,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1.一次短期加載時的變形,上升段：,,下降段：,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,圖1-9 不同強度的混凝土的?－?曲線,εcu越大，表示混凝土的塑性變形能力越大，也就是延性(指構件最

9、終破壞之前經(jīng)受非彈性變形的能力) 越好。,混凝土的強度等級越高，上升段長，峰點越高，峰值應變也有所增大；下降段越陡。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,2）混凝土的彈性模量、變形模量,一般把過原點的切線的斜率作為混凝土的彈性模量，也稱初始彈性模量。Ec = (N/mm2),應力?c較大時的混凝土應力與應變之比稱為變形模量，Ec′=νEc 。彈性系數(shù)ν≤1，隨應力增大而減小。,變形模量（ E

10、c′）,彈性模量（Ec）,彈性模量,變形模量,,,圖1-10 一次短期加載的混凝土的?－?曲線,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,3）混凝土的極限變形,混凝土的極限變形除與混凝土本身性質及所處應力狀態(tài)有關外，還與試驗方法(加載速度量測標距等)有關，如加載速度較快時，極限應變將減??；反之極限應變將增大。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,2.混凝土在長期荷載下的變形—徐變,1）概念：混凝土構件或材料在不變荷載或應力長期作用下，其變

11、形或應變隨時間而不斷增長，這種現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。,圖1-11 混凝土徐變（應變與時間關系曲線）,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,3.混凝土的收縮,1）概念： 混凝土在空氣中結硬時，由于溫濕度及本身化學變化的影響，體積隨時間增長而減小的現(xiàn)象稱為收縮。,,2）對結構構件的影響： 外部受到地基或支承條件的約束構件，混凝土可能開裂。造成預應力損失。,第2章 鋼筋混凝土

12、材料的力學性能,1.3 鋼筋與混凝土的粘結,1.3.1 鋼筋與混凝土之間的粘結力 鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應力，通常把這種剪應力稱為粘結應力。粘結力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對滑移的剪切力。,粘結應力的計算,圖1-12 拉拔鋼筋試驗,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,根據(jù)鋼筋拉拔試驗，通過單元體內力分析得出粘結應力計算式：,1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學膠著力(膠力) ；2）混凝土收縮

13、，將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力（摩阻力）。3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。,1）光面鋼筋粘結力主要來自膠結力和摩阻力，2）變形鋼筋的粘結力主要來自機械咬合作用。3）可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。,粘結作用分析,粘結力的組成,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,關于機械咬合力,◆光圓鋼筋——咬合力來自表面的粗糙不平?！糇冃武摻睢冃武摻畹臋M肋對混凝土的擠壓如同一個楔，會產(chǎn)生很大的機械咬合力，從

14、而提高了變形鋼筋的粘結能力,粘結破壞形式,變形鋼筋的粘結破壞：＊橫肋擠壓混凝土使鋼筋周圍混凝土開裂滑移變形加快，＊肋間混凝土剪切強度不夠，發(fā)生“刮梨式” 拔出破壞。,圖1-13 鋼筋橫肋對混凝土的擠壓力1-鋼筋凸肋上的擠壓力；2-內部裂縫,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,（1）混凝土強度。 （2）鋼筋的表面狀況。 （3）混凝土保護層厚度和鋼筋的凈間距。 （4）橫向配筋。（5）側向壓應力。（6）澆筑混凝土

15、時鋼筋的位置。,鋼筋即將拔出時的極限狀態(tài)對應的平均粘結應力，稱為粘結強度。,影響粘結強度的因素,光面鋼筋的粘結破壞：鋼筋從混凝土中拔出時，表面有明顯的縱向摩擦痕跡。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1.3.2 鋼筋的錨固與接頭,1.鋼筋的錨固,錨固長度la，它可根據(jù)鋼筋應力達到屈服強度時，鋼筋才被拔動的條件確定，由鋼筋的受力平衡條件得,fyAs= laτb ula= fyAs /（τb u）=fyd/（4τb ）,可知，鋼筋強

16、度越高，直徑越粗，混凝土強度越低，則要求錨固長度越長。,對于受壓鋼筋，由于鋼筋受壓時會側向鼓脹，對混凝土產(chǎn)生擠壓，增加了粘結力，所以它的錨固長度可以短些。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,圖1-15 鋼筋彎鉤的形式與尺寸,圖1-14 鋼筋機械錨固的形式,機械錨固的形式可以提高鋼筋的錨固力，減少錨固長度。,受力的光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤以保證光面鋼筋粘結錨固的可靠性。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,,,2.鋼筋的連接,

17、鋼筋連接的原則（1）接頭應盡量設置在受力較小處，以降低接頭對鋼筋傳力的影響程度。（2）在同一鋼筋上宜少設連接接頭，以避免過多的削弱鋼筋的傳力性能。（3）同一構件相鄰縱向受力鋼筋的接頭宜相互錯開。（4）在鋼筋連接區(qū)域應采取必要構造措施，如適當增加混凝土保護層厚度或調整鋼筋間距等,鋼筋的連接形式：有綁扎搭接、機械連接和焊接,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,1）綁扎搭接 采用綁扎搭接接頭時，鋼筋間力的傳遞是靠鋼

18、筋與混凝土之間的粘結力，因此必須有足夠的搭接長度。應滿足相應的構造要求，以保證力的傳遞。,圖l-16 鋼筋綁扎搭接接頭,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,圖1-17 鋼筋焊接連接示意圖（a）閃光對焊；（b）、（c）電弧焊搭接,2)焊接。焊接有對焊和搭接焊接，質量有保證時，此法較可靠。,第2章 鋼筋混凝土材料的力學性能,圖1-18 錐螺紋鋼筋的連接示意圖,3)機械連接 采用螺旋或擠壓套筒連接,此法簡單、可靠、節(jié)省。,第2章