钢筋混凝土材料性能

一、混凝土在一次短期加荷时的变形性能 1、混凝土受压时的应力—应变关系：
图2--9
1、混凝土受压时的应力—应变关系
上升段
• • •
第1 阶段（O—A）： 第2阶段（A--B）：
第3阶段（B--C）：
下降段
1、混凝土受压时的应力—应变关系
上升段：
• 第1 阶段（O—A）：应力
较小，混凝土变形主要是 骨料和水泥结晶体受力产 生弹性变形，应力—应变 接近直线
（一） 立方体抗压强度
f cu,k
立方体抗压强度试验所需设备和试验方法都比 较简单，试验结果的离散性相对较小，尤其适 用于在施工过程中检验和控制混凝土的强度。 1、《混凝土结构设计规范 》规定：
• 边长150mm×150mm ×150mm 的立方体 • 在(20 ±3) ℃ 的温度、 相对湿度90%以上的潮湿空 •
f ck 1 f cu,k
（二）棱柱体抗压强度（轴心抗压强度）
综合考虑各种因素，立方体抗压强度标准值 与棱柱体抗压强度标准值的关系：
f ck 0.88 1 2 f cu,k
式中： 0.88 ----考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异取用的 折减系数; 1 ----棱柱体强度与立方体强度之比；
二、钢筋的性能
屈服上限 屈服下限
极限强度

概念介绍：
弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段
弹性极限、
比例极限
上图为有明显屈服点的钢筋试 件在试验机上进行拉伸试验， 绘制出应力—应变图形
二、钢筋的性能
在左图中，找不到一个 明显的屈服点，在达到 极限抗拉强度后，由于 颈缩现象，曲线具有一 个下降段。
（三）混凝土轴心抗拉强度
混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般仅1/17--1/8。 在钢筋混凝土结构中，一般不采用混凝土承受拉力。
（三）混凝土轴心抗拉强度
在钢筋混凝土结构构件中，处于受拉状态下的混凝土，在未开 裂之前，确实承受一部分拉力。 •若计算混凝土构件在混凝土开裂之前的承载力， •或控制混凝土构件的开裂
需知道混凝土的抗拉强度
结构中混凝土 的轴心抗拉强度标准值 f t ,k 与立方体抗压 强度标准值 f cu,k 之间的关系，由试验结果得：
0.55 0.45 f t,k 0.88 0.395f cu, (1 0.645 ) α 2 k
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第三节
混凝土的变形性能
类型： 受力变形：混凝土在一次短期加载、荷载长期 作用和多次重复作用下产生的变形； 体积变形：混凝土由于硬化过程中的收缩、温 度和湿度的变化产生的变形。
2、标准试验方法： （3）试验时加载速度：
加载速度越快，测得强度越高 混凝土强度等级低于C30时：0.3—0.5MPa/每秒 混凝土强度等级 等于/高于C30时：0.5—0.8MPa/每秒
（4）混凝土立方体抗压强度与成型后的龄期：
3、混凝土强度指标的确定 《混凝土结构设计规范 》规定： 混凝土强度指标应按立方体抗压强度 标准值确定；
1 0.76
2 ----为高强度混凝土的脆性折减系数；
C 50 1 0.76 C 40 2 1.00 C 80 1 0.82 C 80 2 0.87
中间 插值
（三）混凝土轴心抗拉强度
抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，间接衡 量混凝土的冲切强度。
影响单向应力状态下 混凝土强度指标的因素较多
统一规定采用《普通混凝土力学性能试验方法》
二、单向受力状态下混凝土的强度
（一） 立方体抗压强度 （二）棱柱体抗压强度 （轴心抗压强度） （三）混凝土轴心抗拉强度
（一） 立方体抗压强度 f
cu,k
1、《混凝土结构设计规范 》规定 2、标准试验方法 3、混凝土强度指标的确定
低碳钢（含碳量少于0.25%） 中碳钢(0.25%---0.6%) 高碳钢(0.6%----1.4%)。 含碳量越高,强度越高，但塑性和可焊性 降低。 锰、硅元素可提高钢材的强度，并保持一定的塑性。
硫、磷为有害元素：含量超过一定限度时，硫使钢筋热 磷使钢筋冷脆。二者焊接质量不易保证 普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再加入少量的合金元 素如硅、锰、钛、钒、铬等。
不得低于C20 • 预应力混凝土结构的混凝土强度等级：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
立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标，混 凝土结构设计中所使用的混凝土其它强度指标， 都可以根据立方体强度值换算得出。
（二）棱柱体抗压强度
fc
（轴心抗压强度）
fff fcu cu ,k cu ,k
回前文
单向受力的结构和构件极少 一般处于复合应力状态
复合应力状态下混凝土强度如何确定
试验设备复杂
单向应力状态下混凝土强度 是复合应力状态混凝土强度基础
理论分析困难
单向应力状态下混凝土强度指标： •进行钢筋混凝土结构构件强度分析的重要依据 •建立强度理论公式的重要依据
应力作为无明显屈服点的 钢筋的应力上限。
软钢
钢筋表示形式： HPB235级：Ⅰ级，符号 HRB335级、Ⅱ级，符号 HRB400级：Ⅲ级，符号 RRB400级：余热处理Ⅲ级，符号
硬钢
ห้องสมุดไป่ตู้
三、钢筋的冷加工 冷拔：将光圆钢筋通过比其直径稍小的硬质合 金拔丝模。钢筋受纵向的拉力和横向挤压力共 同工作。使钢筋截面变小、长度拔长。冷拔可 提高钢筋的抗拉、抗压强度。 冷拉：通过介绍冷拉过程可了解冷拉的含义。
内部结构的整体性受到愈严重 的破坏
荷载传递路线不断减少，试件 平均应力降低 应力—应变曲线出现“拐点”
超过“拐点”，结构受力性质发生 本质的变化： 骨料间的咬合力、摩擦力与残余 承受压力部分共同承力
规范中共有14个等级： C15、C20、C25、C30、35、C40、C45、C50、 C55、C60、C65、C70、C75、C80
、
3、混凝土强度指标的确定
混凝土强度等级要求：
• 钢筋混凝土结构混凝土强度等级不应低于C15 • 采用HRB335级钢筋，混凝土强度等级不宜低于C20 • 采用HRB400、 RRB400级钢筋、承受重复荷载构件：
三、钢筋的冷加工
冷拉：
四、钢筋的蠕变、松弛和疲劳 蠕变：钢筋在高应力状态下，随时间增长应变 继续增加的现象。 松弛：钢筋受力后，若保持长度不变，则其应 变随时间增长而降低的现象。 疲劳破坏：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 为脆断的现象。
•钢筋在疲劳破坏时的强度低于在静荷载下的极限强度。
•
• A点：比例极限
1、混凝土受压时的应力—应变关系
上升段：
•第1 阶段（O—A）：
A点：比例极限
•第2阶段（A--B）：
稳定裂缝扩展阶段
• 第3阶段（B--C）：裂缝
快速发展的不稳定状态 ：混凝土棱柱 体抗压强度 f c ， 对应应变为 0 （一般为0.002）
max
下降段：
混凝土到达峰值应力后裂缝继续 扩展、贯通，
第一节
一、钢筋的类型 二、钢筋的性能 三、钢筋的冷加工
钢筋
四、钢筋的蠕变、松弛和疲劳
一、钢筋的类型（钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构）
（一）钢筋按加工方法分
（二）钢筋在单调受拉时所反映的应力—应变 性质的不同分
（三）柔性钢筋、劲性钢筋
（一）钢筋按加工方法分 1、热轧钢筋 2、冷加工钢筋 3、热处理钢筋 4、钢丝
无明显屈服点的钢筋所对 应的 应力---应变曲线
二、钢筋的性能

分析： 以有明显屈服点钢筋的思路， 在钢筋塑性变形开始明显增 长处找到一个相当的假想屈 服点，以便在设计中把它作 为这类钢筋可以利用的应力 上限， 条件屈服强度：一般取残余 应变为0.2%的应力σ0
•以残余应变0.2%所对应的
无明显屈服点的钢筋所对 应的 应力---应变曲线
•钢筋的疲劳强度：在某一规定的应力幅度内，经受某一规定 次数循环加载后，才发生疲劳破坏的最大应力值
补充:《混凝土结构设计规范 》规定：
普通钢筋宜用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用 HPB235级和RRB400级钢筋； 普通钢筋指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； HRB400级和HRB335级：现行国家标准《钢筋混凝土 用热轧带肋钢筋》GB1499 中HRB400级和HRB335级 的钢筋； HPB235级:现行国家标准 《钢筋混凝土用热轧光圆钢 筋》GB13013 中Q235的 钢筋; RRB400级:现行国家标准《钢筋混凝土用余热处理钢 筋》GB13014中的KL400钢筋; 参阅附录
1、热轧钢筋 为低碳钢，普通低合金钢在高温状态下轧制而成
HPB235、HRB335、HRB400 RRB400四级。 HPB235是低碳钢，外表光圆，称为光圆钢筋。 HRB335、HRB400 RRB400外表有肋纹， 称为变形钢筋。
2、冷加工钢筋
通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工处理。 分为：冷拉钢筋和冷拔钢筋；
第三节
混凝土的变形性能
一、混凝土在一次短期加荷时的变形性能
二、混凝土在多次重复荷载作用下的应力—应变关系
三、荷载长期作用下混凝土变形性能
四、混凝土收缩与膨胀（体积变形）
第三节
混凝土的变形性能
一、混凝土在一次短期加荷时的变形性能
1、混凝土受压时的应力—应变关系 2、混凝土受压应力—应变曲线数学模型 3、混凝土的变形模量 4、混凝土轴心受拉时应力—应变关系
3、热处理钢筋
对某些特定钢号的热轧钢筋进行热处理得到。
4、钢丝：
分为：碳素钢丝、消除应力钢丝和刻痕钢丝。 刻痕钢丝：用高碳钢光圆盘条钢筋经冷拔和矫 直回火。
（二）按钢筋在单调受拉时的应力—应变性质的不同分
有明显屈服点的钢筋 无明显屈服点的钢筋
（二）按钢筋在单调受拉时的应力—应变性质的不同分
第二节
混凝土的强度
主要内容： 混凝土的组成及强度等级 单向受力状态下混凝土的强度 了解： 混凝土的组成
第二节
混凝土的强度
一、混凝土的组成 二、单向受力状态下混凝土的强度 三、复合受力状态下混凝土的强度（自阅）
一、混凝土的组成
普通混凝土组成：由水泥、石子、砂子三种材 料及水按一定配合比拌合，经过凝固硬化后作 成的人工石才。 是一种各组份具有不同性质的多相复合材料。 分类：微观结构、亚微观结构、宏观结构
气养护28天 按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立 方体强度（MPa）
2、标准试验方法：
（1）试验方法 （2）试件尺寸大小： （3）试验时加载速度： （4）混凝土立方体抗压强度与成型后的龄期：
2、标准试验方法： （1）试验方法：
《规范》：不涂润滑油
（2）试件尺寸大小：
试件尺寸越小，抗压强度值越高 换算系数 200mm ×200mm ×200mm : 1.05 100mm ×100mm ×100mm : 0.95
《规范》规定150mm150mm300mm试件作为轴心抗压强度.
f cu
（二）棱柱体抗压强度
f cu（轴心抗压强度）
由图可看出：
f cu,k
和 的统计平均值 大致成一条直线， 二者比值在0.70---0.92范围变化
f c ,k
f ck 1 f cu,k
立方体抗压强度 f cu,k 与棱柱 体抗压强度 f c ,k 之间的 关系为：
第二章
第一节
钢筋混凝土材料的性能
钢筋
第二节 混凝土的强度
第三节 混凝土的变形性能 第四节 钢筋与混凝土的粘结
第五节 钢筋混凝土的一般构造规定
第一节
主要研究内容： 了解：钢筋的类型 掌握：钢筋的力学性能
钢筋
引 言
钢筋的力学性能主要决定于其化学成分。 钢材的种类：按化学成份分，有碳素钢和普通低合金钢。 碳素钢：主要成份是铁元素，少量的碳、锰、硅、硫磷等元素。
有明显屈服点的钢筋
（二）按钢筋在单调受拉时的应力—应变性质的不同分
无明显屈服点的钢筋
（三）柔性钢筋、劲性钢筋 柔性钢筋：
• 光圆（ Ⅰ级）、变形钢筋（Ⅱ级、Ⅲ级） • 绑扎或焊接成钢筋骨架或钢筋网，分别用于梁、柱
或板、壳结构中
劲性钢筋：
• 由各种型钢、钢轨或用型钢与钢筋焊接成的骨架； • 劲性钢筋刚度、强度较大