2建筑结构课件第2章:混凝土结构材料的性能敎案二.ppt
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1、,建筑结构 BS2,Building Structure 主讲 丰振俭,第2章 混凝土结构材料的性能,混凝土结构基本原理,主讲教师:丰振俭,建 筑 结 构 BS2,第 2 章 混凝土结构材料的性能 BS2,基础知识构架:,強度-屈服強度,极限強度 塑性-最大力下总伸长率,冷弯性能 可焊性,可加工性; 与砼粘结力;,钢筋性能 強度等级-分类,牌号,符号表达,钢筋,混凝土 性能,单轴抗压 单轴抗拉-劈裂抗拉试验- 抗拉強度 复合应力状态 -双向,三向,立方体抗压-混凝土強度等级 棱柱体抗压-轴心抗压強度,強度,变形,耐久性,一次短期加载-应力应变曲线 荷载长期作用-徐变 循环荷载作用-疲劳。,钢筋
2、与混凝土的粘结,二者共同工作原理。,粘结-粘结力的組成;影响粘结的因素; 锚固-锚固长度;保证锚固的措施;,受力变形 非受力变形,收缩.膨胀。,第2章 材料的物理力学性能,主要内容:,钢筋的物理力学性能 混凝土的物理力学性能 钢筋与混凝土共同工作原理 钢筋与混凝土的粘结 钢筋的锚固和连接,重点:,钢筋的品种.级别.强度和变形性能及其选用原则 混凝土的强度和变形性能及其选用原则 钢筋与混凝土共同工作原理;锚固与连接构造,1.按生产工艺及形状分类:,钢筋,热轧钢筋:热轧光面钢筋HPB300,热轧带肋钢筋HRB335、HRBF335,HRB400,HRBF400,HRB500,HRBF500, 余热
3、处理钢筋RRB400,冷加工钢筋:由热轧钢筋在常温下用机械冷拉.冷拔,冷轧,冷轧扭而成,热处理钢筋:将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成,钢丝,碳素钢丝:高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成,刻痕钢丝:在钢丝表面刻痕,以增强其与混凝土间的粘结力,钢绞线:3根,7根.相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起,冷拔低碳钢丝:由低碳钢冷拔而成,2.1 建筑用钢筋的物理力学性能 P48,2.1.1建筑钢筋分类,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB300、HRB335、 HRBF335、HRB400 、HRBF400、RR
4、B400、HRB500、HRBF500。计八个牌号 冷加工钢筋是通过对某些等级的热轧钢筋在常温下(203)进行冷加工(冷拉,冷拔.冷扭)而成。,2.1.1建筑钢筋分类,钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成,根据原材料不同又分为:,热处理钢筋是对某些特定型号的热轧钢筋进行热处理(加热,焠火,回火)得到的。,碳素钢丝:高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成 刻痕钢丝:在钢丝表面刻痕,以增强其与混凝土间的粘结力 钢绞线:若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 冷拔低碳钢丝:由低碳钢冷拔而成,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.1建筑钢筋分类,经淬火处理得,fptk=1
5、470MPa,无明显屈服点。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的种类及符号说明,热轧钢筋的符号说明,HPB300,生产工艺: hot rolled,表面形状:plain,钢筋:bar,屈服强度标准值,热轧光面钢筋,第2章 材料的物理力学性能,钢筋的种类及符号解释,热轧钢筋的符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,2.1 钢筋的物理力学性能,热轧带肋钢筋,余热处理钢筋,细晶粒热轧钢筋,细晶粒热轧钢筋:在热轧过程中,通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组
6、织主要是铁素体加珠光体,不得有影响使用性能的其他组织存在,晶粒度不粗于9级。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的种类及符号解释,附:钢筋牌号的鉴别方法,产品规格为18,生产厂厂标,“4”代表HRB400,带肋钢筋表面的标志,(a)普通热轧钢筋(HRB) (b)细晶粒热轧钢筋 (HRBF) (C)余热处理钢筋(RRB) 钢筋品牌的判断,根据金相组织观感的不同,判断钢筋的品牌,2.按化学成分分类:,普通低合金钢筋,碳素钢钢筋,低 碳:C0.25%,中 碳:C=0.250.6%,高 碳:C0.6%,Mn 锰,Si 硅,V 钒, Nb 铌,Ti 钛, C 碳,20MnSiV
7、,含碳万分数,含碳量,硬度和强度,塑性和韧性,材性变脆,其焊接性也随之变差,脱氧剂,塑性及韧性,含量应控制,2.1.1建筑钢筋分类,钢筋牌号及化学成份,2.1.1建筑钢筋分类,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋牌号及化学成份,HPB 热轧光面钢筋,桥梁规范用R表示; HRB 热轧带肋钢筋; RRB 余热处理钢,桥梁规范用KL表示。,Mn 锰,Si 硅,V 钒, Nb 铌,Ti 钛, C 碳,钢筋牌号及化学成份,用于混凝土结构的钢筋,应具有较高的强度和良好的塑性,便于加工和焊接,并应与混凝土间具有足够粘接力。特别是用于预应力混凝土结构的预应力钢筋应具有很高的强度,只有如此,才能建立起较高的张拉力,
8、从而获得较好的预压效果。,(1)普通钢筋 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。 用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为HPB300.HRB335、HRB400,HRB500四个強度级別 。俗称I,II,III,IV级钢筋。 混凝土结构规范规定,普通钢筋的主导钢筋宜采HRB400级和HRB500级钢筋。,2.1.1建筑钢筋分类,HPB300级钢筋:光圆钢筋,公称直径范围为820mm,推荐直径为8、 10、12、16、20mm。实际工程中只用作板、基础和荷载不大的梁、 柱的受力主筋、箍筋以及其他构造钢筋。,2.1.1建筑钢筋分类,HRB400级,HRB500钢筋:月牙
9、纹钢筋,公称直径范围和推荐直径同HRB335钢筋。是混凝土结构的主导钢筋,实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋。,HRB335级钢筋:月牙纹钢筋,公称直径范围为650mm,推荐直径 为6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm。是混凝土结构的辅 助钢筋,实际工程中也主要用作结构构件中的受力主筋。,RRB400级钢筋:月牙纹钢筋,公称直径范围为840mm,推荐直径为 8、10、12、16、20、25、32和40mm。强度虽高,但疲劳性能、冷弯 性能以及可焊性均较差,其应用受到一定限制。,外形分为:光圆钢筋和带肋钢筋 (人字纹、螺旋纹、月牙纹) 供货形式分为:盘圆和条状供货,低碳
10、钢热轧圆盘条,低合金钢热轧带肋钢筋,HRB400,HRB500主导钢筋; HRB335辅助钢筋; HPB300一般不推荐使用; RRB400强度虽高,但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差,应用受限,用于张拉预应力筋。,2.1.1建筑钢筋分类,新品种:细晶粒钢筋,如 HRBF400,HRBF500; 牌号加E为抗震构件专用钢筋,如 HRB400E,HRB500E。,预应力钢筋优先采用钢绞线和钢丝,也可采用热处理钢筋。,(2) 预应力钢筋,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。钢絲直
11、径d6mm。 热处理钢筋:包括40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr几种牌号,它们都以盘条形式供应,无需焊接、冷拉,施工方便。,2.1.1建筑钢筋分类,中、高强钢丝、钢绞线,做预应力筋用,2.1.1建筑钢筋分类,预应力钢丝外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三种。,预应力螺旋肋钢丝外形图,(2)预应力钢筋,预应力钢丝,钢绞线,錨具,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HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400钢筋; 2 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF
12、400、HRBF500钢筋; 3 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋,也可采用HRB335、HRBF335钢筋; 4 预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.2 建筑钢筋的选用,热轧钢筋強度标准值,500,650,HRB500 HRBF500,400,650,HRB400 HRBF400 RRB400,335,650,HRB335 HRBF335,300,622,HPB300,抗拉強度标准值fyk/(N/mm2),直径d/(mm),符号,牌 号,2.1.3 建筑钢筋的
13、強度,F,F,R,435,360,300,270,抗圧強度标准值fyk/(N/mm2),抗拉强度设计值,抗压强度设计值,普通钢筋强度设计值,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,fy=fyk/s,强度标准值除以材料分项系数即为材料强度设计值,热轧钢筋1.10,预应力钢筋1.20。,2.1.3 建筑钢筋的強度,极限强度标准值,抗拉强度设计值,抗压强度设计值,预应力筋强度,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,270,270,钢筋强度和弹性模量,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
14、阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋),第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.4 钢筋的强度与变形,钢材拉伸实验,软钢应力应变曲线,* 明显流幅的钢筋:下屈服点对应的强度作为设计强度的依据,因为,钢筋屈服后会产生大的塑性变形,钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝,以至不能使用 .,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,明显流幅的钢筋应力应变曲线,软钢的应力应变曲线,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,硬钢的应力应变曲线,b 极限抗拉强度,c 极限应变,条件屈服强度 =0.85 b:,取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流
15、幅钢筋的强度限值,通常称为条件屈服强度。实际应用中可取极限抗拉强度b的85%作为条件屈服点 。,比例极限,屈服强度,极限抗拉强度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,0.2%, 0.2,E=tg-弹性模量,2.1.4 钢筋的强度与变形,软钢,硬钢,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的塑性性能,(1)延伸率:,延伸率越大,钢筋的塑性和变形能力越好。,塑性好 用延伸率和冷弯性能衡量。,同一根钢筋,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的塑性性能,断后延伸率只反映了钢筋的残余变形的大小,包括了断
16、口颈缩区域的局部变形,忽略了钢筋的弹性变形,不能反映钢筋受力时的总体变形能力。,新规范采用钢筋最大拉力下的总伸长率(均匀伸长率)来表示钢筋的变形能力。,(2)冷弯性能:,=90,180 ,反复弯曲要求:冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。 D越小,弯过的角度越大,冷弯性能越好,反复次数愈高,要求愈高。,冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好,构件破坏前预兆愈明显。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的塑性性能,钢筋的塑性性能,第2章 材料的物理力学性能,塑性性能,冷弯性能,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。,冷弯性能由
17、冷弯试验来确定,试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压,使试件弯成180,如试件外表面不出现裂纹和分层,即为合格。,冷弯试验,伸长率测试仪,结构钢常测冲击韧性指标,第2章 材料的物理力学性能,冲击韧性,韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。 韧性是钢材强度和塑性的综合指标。,冲击韧性随温度的降低而下降。其规律是开始下降缓慢,当达到一定温度范围时,突然下降很多而呈脆性,这种性质称为钢材的冷脆性。,冲击韧性试验机,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.4 钢筋的强度与变形,钢筋力学性能指标:,屈服强度、极限强度、延伸率、冷弯性能。,屈 强 比:反映钢筋的强度储备,fy/fu
18、=0.60.7,或強屈比fu/fy1.25。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的应力应变简化模型,(1)理想弹塑性模型,(2)三段线性模型,(3)无明显屈服点的钢筋,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的应力应变简化模型,2.1.5冷加工钢筋,工艺:冷拉、冷拔、 冷轧、冷轧扭,冷拉钢筋仍有屈服台阶,目的:提高强度,节约钢材。 但塑性减小。,2.1 建筑用钢筋的分类,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.5 钢筋的冷加工,冷拉:,在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度的某一应力值,然后卸载至零。,第2章
19、材料的物理力学性能,2.1.5 钢筋的冷加工,钢筋在冷拉后,未经时效前,一般没有明显的屈服台阶; 经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶,这种现象称为冷拉时效硬化。,2.1 钢筋的物理力学性能,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.5 钢筋的冷加工,冷拔:,将HPB235级热轧钢筋强行拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具。,经过几次冷拔的钢丝,抗拉、抗压强度均大大提高,但塑性降低。,冷加工钢筋主要用于对延性要求不高的板类构件,或作为非受力构造钢筋。由于冷加工钢筋的性能受母材和冷加工工艺的影响,混凝土结构设计规范(GB50010-2010)中未列入冷加工钢筋,
20、工程应用时可按相关的冷加工钢筋技术标准执行。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,冷拉,可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材 的抗拉强度,不提高抗压强度,且塑性下降。 冷拔,经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅,可同时提高 钢材的抗拉和抗压强度,塑性降低很多。,2.1.5 钢筋的冷加工,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,(1)强度:保证构件具有一定的强度储备。強屈比fu/fy1.25,(2)足够的塑性 避免发生脆性破坏。 软钢:钢筋的屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的
21、4个主要指标。 硬钢:钢筋的极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的3个主要指标。,(4)与混凝土的粘结力強,(3)可焊性:要求钢筋具备良好的焊接性能,要求在一定的工艺条件下,钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形,保证焊接后的接头性能良好。,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,钢筋的直径,常用: 6mm,6.5mm,8mm,8.2mm,10mm,12mm, 14mm,16mm,18mm,20mm,22mm,25mm, 28mm,32mm,36mm,40mm,50mm。其中, 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。,钢筋的选用,普通钢筋:宜用HRB400和HRB5
22、00钢筋 可用HPB300、HRB335,RRB400和冷加工钢筋 预应力筋:宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋,d=650mm,第2章 材料的物理力学性能,2.1.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,300,第2章 材料的物理力学性能,不同级别钢筋的比较,2.1.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,变形钢筋比光面钢筋好,与混凝土粘结锚固性好,可加工性好,第2章 材料的物理力学性能,2.1 钢筋的物理力学性能,2.1.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,2.1.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,2.1.6 混凝土结构对钢筋性能的要求,2.2 混凝土的物理力学性能,1. 砼立方体抗压强度(
23、fcu,k)-混凝土強度等级 试块尺寸:150150150mm3 养护时间:28天 养护条件:温度203,相对湿度90% 加荷速度:每秒0.150.3N/mm2 保 证 率: 95,混凝土按立方体抗压强度的标准值(fcu,k)的大小,分为14亇強度等级,它们是C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C50C80为髙強度混凝土。,(左图)试件表面无润滑剂,产生套箍效应,工程中常采用这种方法。 (右图)试件表面涂有润滑剂,摩擦阻力小,测得的抗压强度小,工程中一般不采用。,立方体混凝土试块,2.2.1混凝土强度,影响因素,尺寸效应:尺寸越大,内部缺陷较多, 强度较低。 100
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