第2章 材料力学性能

把ƒy取为计算构件的强度标准，以ƒu作为材料的强度储备。
2）无明显屈服点的钢材
没有明显的屈服点和屈服台阶钢材的应力-应变曲线见图。
实际设计中通常取相应 于残余应变ε=0.2%时 的应力σ0.2作为名义屈
服点，即条件屈服强度.
（2）塑性性能
伸长率和冷弯性能，是衡量钢材塑性的两个指标。
1）伸长率δ 断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸 长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。
规范规定，两搭接接头的中心距应不小于1.3l1 （见图1.14），否则，则认为两搭接接头属于同一搭 接范围。 在纵向受力钢筋搭接长度范围内应加密配置箍 筋，见图1.15，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的 0.25倍。
表1.2 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数ζ
同一搭接范围内搭 接钢筋面积百分率
ζ ≤25% 1.2 50% 1.4 100% 1.6
0.55 0.45 f t,k 0.88 0.395fcu, ( 1 1 . 645 ) 2 k
根据试验得知，fcu、fc、ft三者之间的关系是fcu＞fc＞ft。
二、 混凝土的变形
混凝土的变形有两类：一类是受力变形；
另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。
（一） 混凝土的应力－应变关系
第二章
钢筋和混凝土材料力学性能
1 2 3
课程设置 钢
筋
混凝土 Click to add Title
Click to add Title 混凝土与钢筋的黏结
第一节
钢
筋
光面钢筋 钢筋按外形分类 变形钢筋
第一节
钢
筋
第一节
1）普通钢筋
钢
筋
普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混 凝土结构中的非预应力钢筋。
（三）混凝土在长期荷载作用下的变形——徐变
定义：混凝土在长期不变荷载作用下，应变随时间
继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。
B
16 12 8 4
ecr
A•
0 3 6 9 12
徐变 C
D
ece 弹性变形 ech 收缩
15 18 21 24 27
t (月 )
影响因素：混凝土的徐变除与构件截面的应力大小和 时间长短有关外，还与混凝土所处环境条件和混凝土的组 成有关。养护条件越好，周围环境的湿度越大，构件加载
2 —考虑C40以上混凝土脆性的折减系数，对C40取 2
=1.0，对C80取 2 =0.87，中间按线形规律变化。
3. 轴心抗拉强度ft 混凝土的抗拉强度可采用尺寸为100×100×500mm的 柱体试件进行直接轴心受拉试验，但其准确性较差。故国 内为多采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测定。 混凝土轴心抗拉强度标准值按下式计算：
第一节
钢
筋
五、钢筋的选用
规范4.2.1规定：混凝土结构的钢筋应按下列规定选用：
• 1 纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、 HRBF500 钢筋，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300、RRB400 钢筋； • 2 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500 钢筋，也可采用HRB335、HRBF335 钢筋； • • 3 预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋 。 注：RRB400 钢筋不宜用作重要部位的受力钢筋，不应用于直接承 受疲劳荷载的构件
（2）混凝土的强度等级 根据立方体抗压强度标准值fcu,k的大小，混凝土强度 等级分 C15 、 C20 、 C25 、 C30 、 C35 、 C40 、 C45 、 C50 、
C55 、 C60 、 C65 、 C70 、 C75 、 C80 共 14 级。其中， C60~
C80属高强混凝土。
2.2 混 凝 土
一、 混凝土的强度
1.混凝土的立方抗压强度fcu 及强度等级。
（1）混凝土的立方抗压强度 确定方法：用边长为 150mm 的标准立方体试件，在标准养 护条件下（温度20±3℃，相对湿度不小于 90% ）养护 28天后， 按照标准试验方法（试件的承压面不涂润滑剂，加荷速度约每 秒0.15～0.3N/mm2）测得的具有95%保证率的抗压强度，作为混 凝土的立方抗压强度标准值，用符号fcu,k表示。
图1.14
钢筋搭接接头的间距
图1.15
受力钢筋搭接处箍筋加密
本章结束
• HRB500:强度级别为500N/mm2的普通热轧带肋钢筋； • HRB400:强度级别为400N/mm2的热轧带肋钢筋； • HRBF400:强度级别为400N/mm2的细晶粒热轧带肋钢筋； • RRB400:强度级别为400N/mm2的余热处理带肋钢筋； • HPB300:强度级别为300N/mm2的热轧光圆钢筋；
L1 L0 100% L0
2)冷弯性能 1．定义：钢材在常温下承受弯曲变形而不破坏的能力。 2．表示：弯曲角，弯心直径
•
冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力 和钢材质量的综合指标。
•
冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性 性能，还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫 化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。
（3）结构混凝土强度等级的要求 • 4.1.2 素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 C15；钢筋 混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度级别
400MPa 及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。
• 承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于
C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不
表1.1 锚固钢筋的外形系数α
钢筋类型 钢筋外形 系数α 光面钢 筋 0.16 带肋钢 筋 0.14 三面刻 痕钢丝 0.19 螺旋肋 钢丝 0.13 三股钢 绞线 0.16 七股钢 绞线 0.17
2.钢筋的搭接 钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接、机械连接或焊接。 规范规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头 百分率：对于梁、板、墙类构件，不宜大于25%，对于柱 类构件不应大于50%， 纵向受拉钢筋绑扎搭接的搭接长度按下式计算（但不 小于300mm）： l1=ζla 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表采用。
二、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。
1. 纵向受拉钢筋的基本锚固长度
规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固长度 为
lab
fy ft
d
其中，锚固钢筋的外形系数按表1.1取值。 构件中钢筋的实际锚固长度 la ，应根据钢筋的 受力情况、保护层厚度、钢筋形式等对粘结强度的影 响，采用基本锚固长度乘以一定修正系数。
前混凝土的强度愈高，水泥用量愈少，混凝土越密实，集
料含量越大，集料刚度越大，则徐变越小。
对结构构件的不利影响： 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。
（四）收缩
混凝土在空气中结硬体积减小的现象。
0.4 源自文库.3
常温养护
蒸汽养护
0.2 0.1 0 5 10 时间 (月) 15 20
s
fc B•
•C
•D
E
•A
0
•
e0
ecu
e
OA––– 弹性阶段 AB––– 弹塑性阶段
sA : 0.3fc
s : 0.3fc～ 0.8fc 裂缝稳定阶段
BC––– 裂缝不稳定阶段 s : 0.8 fc～ 1.0 fc
特征点：
fc ––– 轴心抗压强度
e0 ––– 对应于峰值点应变 《规范》e0 = 0.002 ecu ––– 混凝土极限压应变《规范》ecu = 0.0033
• 第二节结束
第三节
砼与钢筋的粘结
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。
l
d
T
u
max
T u dl
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
dl
d
4
2
fy
fy l 4 d，一般取l nd u
1）有明显屈服点的钢材 低碳钢和低合金钢（含碳量和低碳钢相同） 一次拉伸时的应力-应变曲线见图。
fu fy
s
b a a’ c d
有明显屈服点的钢筋
e f
a´为比例极限 oa为弹性阶段 b为屈服上限 c为屈服下限，即屈服强度 ƒy cd为屈服台阶
e
o
de为强化阶段 e为极限抗拉强度 ƒu ef为颈缩阶段
（二）混凝土的弹性模量
混凝土的应力σ与其弹性应变εce之比值称为混凝
土的弹性模量，用符号Ec表示。根据大量试验结果，
混凝土规范采用以下公式计算混凝土的弹性模量：
105 Ec ( N / mm2 ) 2.2 34.7 / fcu
混凝土的剪变模量是指剪应力τ和剪应变γ的比值， 即： Gc
2）预应力钢筋 规范规定：
钢绞线：由多根高强钢丝绞织在一起而形成的，有3股和 7股两种， 多用于后张法大型构件。 预应力钢丝：主要是消除应力钢丝，其外形有光面、螺
旋肋、三面刻痕三种。
二.钢材的力学性能 建筑钢材的力学性能是衡量钢材质量的重要指标， 它包括强度、塑性、冷弯性能、冲击韧性。
（1）强度
应低于C30。
2.混凝土的轴心抗压强度fc
我国采用150×150×300mm棱柱体试件测得的强度作为
混凝土的轴心抗压强度。 混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：
fc,k 0.881 2 fcu,k
（2.2.1）
1 式中 1 —棱柱强度与立方强度之比，对C50及以下取
=0.76，对C80取 1 =0.82，中间按线形规律变化；