钢筋混凝土材料的物理力学性能

•混凝土的疲劳抗压强度，用符号
f
f c
表示。
•结合曲线说明
（三） 混凝土的弹性模量
初始弹性模量；
弹性状态 （拉、压相等）
割线弹性模量； 切线弹性模量； 多次重复加载求弹性模量；
经验公式；
塑性状态
由应力-应变关系曲线直接求； 变形模量；
（四） 混凝土的徐变
徐变：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。
(Ⅱ级和Ⅲ级) 钢筋强度高，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。
钢绞丝、钢丝和热处理钢筋一般用于预应力混凝土 结构。
二、钢筋的力学性能
• 钢筋的－ 曲线
P
A
l P
P
A
l
l
由力学性能不同分成：
软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、 冷拉钢筋)
硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热 处理钢筋)
延 伸 率：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
5
or
10
l
l0 l0
屈 强 比反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。
弹性变形e
残余变形r
(二)硬钢 无明显屈服点的钢筋
fu
0.2
a
0.2%
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——条件屈服强度
变形内容：
（一）单轴受压应力-应变关系
受
力 变
（二） 混凝土在多次重复荷载下的应力－应变关系
形
（四） 混凝土的徐变
体
积 变
（五） 混凝土的温度变形和收缩
形
1.3 钢筋和混凝土的粘结
1.3 钢筋和混凝土的粘结
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
几个指标(Index)：
屈服强度：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。
0 –––峰值点应变 《规范》0 = 0.002 cu –––极限压应变。值越大，混凝土的延性越好
混凝土强度对应力-应变的影响：
加载速度对应力-应变的影响：如图1-15 约束混凝土可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以提高混凝
土的变形能力，这一点对于抗震结构非常重要。
（二） 混凝土在多次重复荷载下的应力－应变关系
C50以上为高强混凝土。
补充说明：
（四） 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。
所以是构件设计时所采用的强度种类，但还要将该标准值变为设计值。
棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4通常取 150mm×150mm × 300mm或 150mm× 150mm× 450mm 标准试件。
（一）立方体抗压强度 fcu （参见录像01） 如何测定？ 破坏形式和原理？
混凝土的强度和哪些因素有关？如何影响？
•由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)
（二）混凝土的强度等级
水电工程根据强度，从C10~C60共划分为11个强度等级，级 差为5N/mm2。
徐变性质：
线性徐变 初应力 c0.5fc
徐变与初应力呈正比，趋于稳定
非线性徐变
c > 0.5fc
当c > 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏
0.8fc 作为混凝土的长期抗压强度。
徐变对结构的影响（有利和不利）： 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。
1.1 钢筋 (Reinforcement or Rebar)
一、钢筋的品种
热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉钢筋，冷轧带肋钢筋）、热处理钢筋；钢丝和 钢绞线。
参见附录二（P.333）各种钢筋的符号和强度设计值。
各种钢筋的性能和工程应用：
(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。
为什么棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度？ 如何换算？
（四）轴心抗拉强度 ft
ft仅相当于fcu的1/9~1/18 测量方法：
ft=2P/πd2
（五）复合应力状态下的混凝土强度
实际结构中混凝土很少受于单向受力状态。更多的 是处于双向或三向受力状态。如混凝土拱坝、核电站 的安全壳等。
参见录象（04双向复合受力强度）
(一)软钢 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point
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fu
fy
b a
a’ c d
a’为比例极限 proportional limit
e
=Es
f 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
• 冷拉对钢材性能的影响: 屈服强度提高了，但流幅缩短；钢材
变硬变脆了；对承受冲击荷载和重复荷载是不利的。
（四） 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。
二、混凝土的变形
（一）单轴受压应力-应变关系
如何能画出曲线的下降段？
fc
•C
B• •D
•A
0 0
OA––– 弹性阶段
•E
cu
A : 0.3fc
AB––– 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 fc
特征点：
fc ––– 轴心抗压强度
(协定流限)
残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取0.2 =0.85 fu
(三) 钢筋的冷加工
• 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(10%~20%)。
(N/mm2)
冷拉控制应力
c'
c ab
冷拉经时效
d' d
冷拉无时效
o
o'
残余
变形
冷拉率