[工学]水工钢筋混凝土结构学课件第一章.ppt
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1、第一节 钢筋的品种和力学性能,一.钢筋的品种 按化学成分区分 低碳钢:(含碳量0.6%)强度高、塑性差 低合金钢:碳素钢基础上加入少量合金元素而成, 强度高、塑性好,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1钢筋的品种和力学性能,第一章 钢筋砼结构的材料, 按外形区分 光面钢筋 变形钢筋 月牙肋 纹路与肋不相交, 不易产生应力集中,粘结强度 略低于等高肋钢筋。 等高肋(螺旋纹、人字纹)与钢筋砼粘结力好,纹路与肋相交,易产生应力集中。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1 钢筋的品种和力学性能,光面圆钢筋,螺旋纹钢筋,人字纹钢筋,月牙纹钢筋,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1 钢筋的品种和力学性能,按加工方式区
2、分 热轧钢筋 级钢筋: 光面低碳钢,塑性好、强度低; 多作为厚度不大楼板的受力钢筋和箍筋。 级钢筋、 级钢筋: 月牙肋、低合金钢,强度较高; 多作为钢筋砼构件受力钢筋,尺寸较大的构件,为增强与砼的粘结可用级钢作箍筋。 级钢筋: 等高肋、低合金钢,强度高; 一般经冷拉后用于预应力钢筋砼结构。,1.1 钢筋的品种和力学性能,第一章 钢筋砼结构的材料,冷加工钢筋 热轧钢筋常温下经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工提高钢筋的强度,节约钢材。冷加工后,强度提高,塑性降低。一般用于预应力砼结构。 热处理钢筋 等高肋低合金钢,级钢经加热、淬火和回火等调质工艺而成,强度提高,塑性降低不多。用于预应力砼结
3、构。 钢丝 直径6mm,外形有光面、刻痕和螺旋肋三种,另有二股、三股和七股钢绞线,外接圆直径9.515.2 mm。用于预应力砼结构。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1 钢筋的品种和力学性能,第一章 钢筋砼结构的材料,二. 钢筋的力学性能 (一)软钢的力学性能,a为比例极限,cd为强化段,b为屈服强度 fy,bc为屈服台阶,d为抗拉强度,1.1钢筋的品种和力学性能,软钢:有明显屈服点的钢筋,如热轧 级钢筋。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1钢筋的品种和力学性能,屈服强度:是钢筋强度的设计依据,在混凝土中的钢筋,应力达到屈服强度,荷载不增加,应变继续增大,裂缝开展过宽,构件变形过大,结构不能正常使
4、用。 伸 长 率:钢筋拉断时应变,反映钢筋塑性性能的指标。伸长率大的钢筋,拉断前有足够预兆,延性较好。,弯曲试验:钢筋围绕直径为D 的钢辊弯转角而不发生裂纹,是反映钢筋塑性性能的另一指标。,屈 强 比:反映钢筋的强度储备,fy/fu=0.60.7。,含碳量高,屈服强度和抗拉强度高,伸长率小,流幅缩短。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1钢筋的品种和力学性能,第一章 钢筋砼结构的材料,(二)硬钢的力学性能,a点:比例极限 协定流限:强度设计指标,指经加载及卸载后尚存有0.2%永久残余变形时的应力,用0.2表示。 0.2一般相当于抗拉强度的70% 85%。 硬钢:没有明显屈服点的钢筋,如热处理钢筋及
5、高强钢丝。,1.1钢筋的品种和力学性能,(三)钢筋的冷加工 冷拉钢筋 将钢筋拉伸超过其屈服强度,放松,经一段时间之后,钢筋会获得比原来屈服强度更高的屈服强度值。如图所示。,冷拉后,屈服强度提高了,流幅缩短,伸长率降低,钢材性质变硬变脆。 冷拉后,抗压强度没有提高,计算仍取用原来的抗压强度。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1钢筋的品种和力学性能,第一章 钢筋砼结构的材料,1.1钢筋的品种和力学性能,拔冷 将钢筋用强力拔过硬质合金拔丝模,截面变 小而长度增加,强度提高,塑性降低。 冷轧 将热轧钢筋在常温下表面轧制成不同的形状,强度提高,塑性降低。 冷轧带肋钢筋采用低碳热轧盘圆进行冷轧减径,表面轧出
6、月牙纹。 冷轧扭钢筋钢筋经冷轧并经扭转而成。,第二节 砼的物理力学性能,一砼的强度 (一)立方体抗压强度fcu 砼结构主要利用其抗压强度,因此抗压强度是最主要和最基本的指标。 标准立方体强度:标准立方体试件测得的抗压强度,用fcu表示。 砼强度等级:边长150mm立方体,温度为203、相对湿度不小于95%的条件下养护28天,用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度标准值fcuk作为砼的强度等级,以符号C表示,单位为N/mm2。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,影响砼强度的因素 试验方法。试件尺寸。加载速度。龄期。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性
7、能,试验录像,水利水电工程用砼分11个强度等级,即C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60,级差为5N/mm2。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,(二)轴心抗压强度fc,150mm150mm300mm的棱柱体试件测定, fc表示,较接近实际构件中砼的受压情况。 fc fcu fc与fcu成线性关系,fc/fcu比值平均为0.76。 考虑到实际结构构件与试件制作及养护条件的差异、尺寸效应及加荷速度等因素的影响,规范偏安全地取:,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,试验录像,(三)轴心抗拉强度ft,砼基本力学性能指标
8、, ft 表示。砼构件开裂、裂缝、变形,以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。 根据与轴心受压强度相同的理由,规范取用关系式:,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,轴心受拉试验对中困难,常采用立方体或圆柱体劈裂试验测定砼的抗拉强度。,立方体试件通过垫条施加线载荷P,垂直截面上除垫条附近外,产生均匀拉应力,当拉应力达到ft时,试件对半劈裂。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,试验录像,双轴应力状态,实际结构中,砼很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。,双向受压强度大于单向受 压强度,即一向强度随另 一向压应力的增加而增加。,(四)复合
9、应力状态下的砼强度,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,双轴应力状态,实际结构中,砼很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。,在双向受拉区,其强度与 单向受拉时差别不大,即 一向抗拉强度基本上与另 一向拉应力的大小无关。,(四)复合应力状态下的砼强度,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,双轴应力状态,实际结构中,砼很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。,(四)复合应力状态下的砼强度,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,在一轴受压一轴受拉状态 下,抗压强度或抗拉强度 均随另一方向拉应力或压 应力的增加而减小。,三向受压
10、应力状态,实际结构中,砼很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。,(四)复合应力状态下的砼强度,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,砼一向抗压强度随另两向压 应力的增加而增加。,构件受剪或受扭时常遇到剪应力t 和正应力s 共同作用下的复合受力情况。,砼的抗剪强度:随拉应力增大而减小, 随压应力增大而增大; 当压应力在0.6fc左右时,抗剪强度达到最大, 压应力继续增大,内裂缝发展明显,抗剪强度随压应力的增大而减小。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,二砼的变形,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理力学性能,(一)砼在一次短期加载时的应力应变
11、曲线,砼的变形有两类: 外荷载作用产生的受力变形, 温度和干湿变化引起的体积变形。,砼单轴受力应力-应变关系是反映砼受力全过程的重要力学特征, 是分析砼构件应力、建立承载力和变形计算理论的必要依据,也是利用计算机进行非线性分析的基础。,砼单轴受压应力-应变关系曲线,常采用棱柱体试件来测定。,普通试验机采用等应力速度加载,达到fc时,试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能,导致试件突然脆性破坏,只能测得应力-应变曲线的上升段。 采用等应变速度加载,或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压,吸收试验机内集聚的应变能,可测得应力-应变曲线的下降段。,第一章 钢筋砼结构的材料,1.2 砼的物理
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- 工学 水工 钢筋 混凝土结构 课件 第一章
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