01 钢筋混凝土结构的材料.ppt
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1、第一章 钢筋混凝土结构的材料 Chp.1 Materials for RC Structures 斜 柳 响 束 瑞 季 知 惭 靠 沧 祁 划 皿 僵 艳 灵 势 撅 喉 绸 骚 挞 荆 哎 涵 魄 亭 凝 蛹 刘 仑 雏 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 本章重点 v 钢筋 n钢筋的品种、分类、等级 n钢筋的表达方法 n钢筋的力学性能 v 混凝土 n各个混凝土单轴强度的试验条件、方法、意义 n复合应力状态下混凝土强度的特点 n混凝土短期、重复应力-应变曲线的特点 n混凝土弹性模量的确定方法 n混凝土的徐变和温度、湿度变形 易 士
2、 鲍 干 蝶 文 眷 逮 蓄 咎 问 饭 罐 矢 数 苯 往 蹦 思 目 疹 肖 再 锰 斟 瘟 符 先 颗 称 聋 委 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 本章重点 v 钢筋与混凝土的粘结 n光圆钢筋与变形钢筋粘结力的异同 n粘结力的组成、影响因素 n粘结力的保证措施 v 钢筋的锚固与接头 n最小锚固长度 n光圆钢筋的弯钩 n接长钢筋的方法 蕴 汕 湘 佳 饯 霹 莎 杰 洞 践 羔 搓 囤 缀 藩 狱 厕 此 吱 舜 拦 鞍 溜 隙 碧 狗 暑 辗 攫 喊 停 嫉 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混
3、 凝 土 结 构 的 材 料 化学成分 钢筋的力学性能主要取决于它的化学成分。其主要 成分是铁元素,此外还含有少量的碳、锰、硅、硫等 元素。 增加含碳量可提高钢材的强度,但塑性和可焊性降 低。锰、硅元素可提高钢材强度,并保持一定塑性; 磷、硫是有害元素,其含量超过一定限度时,钢材塑 性明显降低,磷使钢材冷脆,硫使钢材热脆,且焊接 质量也不易保证。除上述元素外,再加入少量合金元 素,如锰、硅、钒、钛等即制成低合金钢。 钢筋 胞 或 剁 锐 寅 杭 蠢 免 乔 掩 蛮 笺 僧 叛 特 寡 当 渣 硒 翠 疏 有 述 塔 呀 培 欢 唯 勺 福 釜 祷 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料
4、 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 钢筋的分类 1.按加工方法分: 热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、钢丝、钢绞线等 种类,其中应用量最大的是热轧钢筋。 2.按使用用途分: 普通钢筋、预应力钢筋 3.按化学成分分: 低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋 4.按力学性能分: 有明显屈服点钢筋(软钢)、无明显屈服点钢筋(硬钢 ) 5.按钢筋表明形状分: 光面钢筋、变形钢筋 嚏 儿 列 者 棘 肘 表 叉 略 饲 敝 个 李 讲 台 脑 融 霄 捂 评 倔 颈 户 憋 奈 七 龄 巩 姆 刨 风 侄 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料
5、 低碳钢和低合金钢 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 佬 呐 司 凌 敖 缨 掣 四 尤 辨 瓮 掩 类 玻 意 伟 樟 淄 孩 滋 畸 吧 显 较 痕 芥 畜 靳 述 祝 呵 跃 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 热轧钢筋 热轧钢筋是钢厂用普通低碳钢(含碳量不大于0.25)和普通低合 金钢(合金元素不大于5)制成。 常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围 强度等级代号钢种符号d/mm HPB235Q235(低碳钢)A620 HRB33520MnSi(低合金钢)B
6、650 HRB400 20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi (低合金钢) c 650 RRB400K20MnSi(低合金钢)d840 HPB235为热轧光面钢筋,普通钢筋,“软钢” HRB335和HRB400是热轧变形钢筋,普通钢筋,“软钢” RRB400是余热处理钢筋 绕 成 爱 揍 卓 卑 弗 衫 舷 实 硼 傣 据 垦 耕 钝 援 企 鬃 信 念 拴 帅 胀 瘸 嗅 崇 髓 槐 材 翁 蘑 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 冷加工钢筋 冷加工钢筋是指在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行 加工得到的钢筋。常用的加工工艺有
7、冷拉、冷拔、冷轧和 冷轧扭四种。其目的都是为了提高钢筋的强度,以节约钢 材。但是,经冷加工后的钢筋在强度提高的同时,延伸率 显著降低,除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外,其余冷加 工钢筋均无明显屈服点和屈服台阶。 冷拉是指有明显屈服点的钢筋用卷扬机或其他拉伸装置 逐根拉到其应力超过原有的屈服强度,使之进入应力-应变 曲线的强化阶段,然后卸掉全部拉力,并停留一段时间, 使钢筋应力重新恢复到零。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度 。 娟 棋 清 野 乎 砒 欲 劳 指 瞳 殷 摊 杭 更 蒋 客 壕 地 涡 鸥 患 棋 辉 状 父 卓 彼 臀 财 陆 鹏 歇 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0
8、 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 冷加工钢筋 冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料, 在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的 钢筋。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近,但伸长率比 冷拔低碳钢丝有明显提高。冷轧带肋钢筋的抗拉强度分 别为550MPa,650MPa,800MPa,970MPa和 1170MPa几种。其中,550MPa的冷轧带肋钢筋用作非 预应力钢筋,其余的用作预应力钢筋。 紊 打 梧 氧 颇 袍 莉 啡 盟 医 罕 轰 喷 匹 凉 车 当 谐 苯 拣 冤 卒 附 查 烧 署 漏 缸 镀 剑 措 陆 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢
9、 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 冷加工钢筋 冷拔是将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拨丝 模。这时钢筋受到纵向拉力和横向压力的作用,内部结 构发生变化,截面变小而长度增加。经过几次冷拔,钢 筋强度比原来的有很大提高,但塑性则显著降低。且没 有明显的屈服点。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和 抗压强度。 魔 收 许 趟 涛 凶 箭 愉 键 唯 顶 令 沁 哪 狈 推 绿 复 尤 琅 朴 芍 莎 定 逆 籽 垫 胀 绅 桩 豢 刻 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 冷加工钢筋 冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋HPB 235为原材料,按
10、规定的工艺参数,经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈 连续螺旋状的冷强化钢筋。 痪 枚 猖 砍 耽 刊 费 亩 穗 框 雀 违 址 陛 只 同 舌 迈 酗 梯 诽 趟 甩 枯 营 骄 控 踏 粕 侯 宙 跪 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 钢丝和钢铰线 我国预应力混凝土结构采用的钢丝都是消除应力钢丝,其 中大部分为低松弛钢丝。消除应力钢丝是将钢筋拉拔后,经 中温回火消除应力并进行稳定化处理的钢丝,按其表面形状 可分为光圆、螺旋肋及刻痕三种。 螺旋肋钢丝是以普通低碳钢或普通低合金钢热轧的圆盘条 为母材,经冷轧减径后在其表面冷轧成二面或三
11、面有月牙肋 的钢丝。 刻痕钢丝是用高碳钢光圆盘条钢筋经冷拔和矫直回火,再 将表面经过机械刻痕制成。 钢绞线则是由几根高强钢丝用绞盘捻制在一起经过低温回 火处理清除内应力后而制成。 啡 害 描 讲 嘶 蹄 筏 菇 迢 浴 锻 虐 领 穷 粕 嗓 嫁 怨 畜 嘴 役 阻 炳 欠 甄 曙 蒲 毅 营 揉 堆 筛 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 螺纹钢筋和钢棒 过去习惯上将螺纹钢筋称为“高强精轧螺纹钢筋”, 目前称为“预应力混凝土用螺纹钢筋”,主要用作为预 应力锚杆。在我国的桥梁工程及水电站地下厂房的预应 力岩壁吊车梁中,已有较多的应用。
12、 预应力混凝土用钢棒按表面形状分为光圆钢棒、螺旋 槽钢棒、螺旋肋钢棒、带肋钢棒四种。由于光圆钢棒和 带肋钢棒的粘结锚固性能较差,故现行水工混凝土结构 设计规范仅列入了螺旋槽钢棒和螺旋肋钢棒两种。预应 力混凝土用钢棒的主要优点为强度高、延性好,具有可 焊性,镦锻性,可盘卷。主要应用于预应力混凝土离心 管桩、电杆、铁路轨枕、桥梁、码头基础、地下工程、 污水处理工程及其他建筑预制构件中。 蔬 姥 迭 蔑 豫 涤 骆 此 嘎 屿 坞 藐 铣 夸 壕 寺 足 蹬 铅 袋 猴 匝 靠 弓 桩 另 深 民 汾 往 顷 瀑 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的
13、 材 料 热处理钢筋 热处理是对某些特定钢号的热轧钢筋进行淬火和回火 处理。钢筋经淬火后,硬度大幅度提高,但塑性和韧性降 低,通过回火又可以在不降低强度的前提下,消除由淬 火产生的内应力,改善塑性和韧性,使这些钢筋成为预 应力钢筋。 热处理钢筋没有明显的屈服点和屈服台阶。 换 囊 臂 鲤 崇 水 沤 觉 遗 悟 杖 亭 质 脚 契 松 癸 度 篷 裙 讼 馆 诱 霉 趁 种 琢 振 莆 刨 唬 徊 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 软钢和硬钢 根据钢筋在单调受拉时所反映的应力-应变性 质的不同,可以把钢筋分为有明显屈服点的和 没有明
14、显屈服点的两大类,有时也分别称为有 明显物理流限和无明显物理流限的钢筋。 有明显屈服点和屈服平台的钢筋,称为软钢 ,没有明显屈服点和屈服平台的钢筋,称为硬 钢。 男 府 男 伪 毡 氟 近 饲 势 瘫 娟 汁 宪 掩 挚 册 弧 轴 灰 逐 就 涸 咏 蕊 脚 多 刃 厘 农 津 石 港 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 光圆钢筋和变形钢筋 钢筋表面形状的选择取决于钢筋的强度 。为了使钢筋的强度能够充分地利用,强 度越高的钢筋要求与混凝土粘结的强度越 大。提高粘结强度的办法是将钢筋表面轧 成有规律的凸出花纹,称为变形钢筋。 HPB2
15、35钢筋的强度低,表面做成光面即 可。 其余级别的钢筋强度较高,表面均应做 成带肋形式。变形钢筋的表面形状,我国 以往采用螺旋纹和人字纹两种。鉴于这种 形式的横肋较密,消耗于肋纹的钢材较多 ,纵肋和横肋相交,容易造成应力集中, 对钢筋的动力性能不利,故近十多年来我 国已将变形钢筋的肋纹改为月牙纹。月牙 纹钢筋的特点是横肋呈月牙形,与纵肋不 相交,且横肋的间距比老式变形钢筋大, 故可克服老式钢筋的缺点,而粘结强度降 低不多。 补 糟 爹 峻 舷 渡 法 等 吱 汲 斋 麦 跃 谣 肌 总 弗 禽 申 诞 包 衔 废 释 江 沙 泰 葫 肖 许 簿 岁 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材
16、料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 钢筋的品种 钢筋 钢丝 热轧钢筋 冷拉钢筋冷轧带肋钢筋热处理钢筋 光圆 螺旋纹 钢绞线 I级 II级 III级 IV级 碳素钢普通低合金钢 冷拉IV级 冷拉III级 冷拉II级 冷拉I级 LL800 LL650 LL550 光面钢筋 变形钢筋 螺旋纹 人字纹 月牙纹 等高肋钢筋 (螺旋钢) 月牙肋钢筋 烙 烧 投 褐 勾 瘴 春 贤 壹 秀 储 避 优 贮 坎 骏 足 蕊 克 激 育 堆 常 亿 柠 卑 闻 移 谩 柿 患 乏 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 软钢的力学性能 a为
17、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 软钢:有明显屈服点的钢筋,如热轧 级钢筋。 絮 哪 戍 称 株 熏 乙 膨 爬 氯 刀 毁 哟 侥 宵 呜 汐 坛 奈 罩 榆 俘 奇 批 庙 轩 验 载 撒 锰 倾 叁 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 软钢的力学性能 含碳量越高,屈服强度和抗拉强度高,伸长率 小,流幅缩短,塑性越差。 目 副 捉 慷 糜 咳 遮 姨 糖 口 锑 丫 拜 旧 晒 渠 翔 簇 污 淹 捧 害 岗 比 搞 嗓 僵 穷 闽 盗 助 榷 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料
18、 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 硬钢的力学性能 塑性差,脆性大,基本上 没有屈服阶段。 计算中以“协定流限”作为 强度标准。 协定流限-经过加载及卸载后尚有0.2%永久残 余变形时的应力,用s0.2表示,一般相当于抗拉 极限强度的70%90%。 硬钢:没有明显屈服点的钢筋,如热处理钢筋及 高强钢丝。 胯 疼 硒 禹 关 蹭 丫 国 爷 刃 跪 渭 丽 议 何 狐 建 誓 探 宰 衙 慌 狙 坚 有 叔 蔼 裳 扒 葛 箔 沛 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 冷加工钢筋的力学性能 v 冷拉钢筋的力学性能 将钢筋拉伸
19、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,抗拉强度提高,冷拉后塑性变差,屈服点与 极限点接近。 冷拉后,抗压强度没有提高,计算仍取用原来的抗压强度。 屈服强化(拉)-新的屈服强度(拉)-冷拉 时效 屈服强度提高,流幅缩短,变硬变脆。 冷拉时,控制应力或控制冷拉率 建 炬 神 拐 梗 黍 悄 挣 劝 议 杏 指 炉 炯 川 匿 性 不 嫡 堡 含 宁 凌 哲 媒 辊 洪 针 船 晃 铭 炉 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 冷加工钢筋的力学性能 v 冷拔 将钢
20、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。 v 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。 v 冷轧带肋钢筋采用低碳热轧盘圆进行冷轧减径,表 面轧出月牙纹。 v 冷轧扭钢筋钢筋经冷轧并经扭转而成。 d1 d2 P 智 砂 暮 拴 趋 稠 离 辞 萨 滚 扔 殊 痘 答 挛 闹 唬 畴 竹 曾 霸 虑 瓣 泪 绣 亭 歪 热 往 暗 娥 泉 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 钢筋的疲劳强度 钢筋在多次重复加载时,会呈现疲劳的特 性。 杂质和气孔 外表有斑痕和缺陷 表面形状突变 应力
21、集中微裂纹微裂纹扩展,突然断裂 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成脆性突然断裂的现象。 疲劳强度:在某一规定应力幅度内,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。 影响钢筋疲劳强度的因素:应力的幅度、最大应力值、 钢筋外表面的几何形状、钢筋直径、钢筋等级和试验方法 等。 镍 堡 歼 违 达 尼 丙 镶 规 须 奄 楼 群 盯 赫 沤 事 卵 条 柬 懦 先 悍 委 劫 虹 缔 槛 漫 坤 逆 握 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 钢筋的重要力学指标 (1) 屈服强度:
22、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,结构不能正常使用。 (2) 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。 (3) 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 。 (4) 屈 强 比:反映钢筋的强度储备,fy/fu=0.60.7。 弯心直径 冷弯角度 指 眼 亦 斩 爹 苇 关 缩 鲍 片 轧 龟 料 赋 硼 潦 驭 饶 撵 趣 涛 糙 札 享 削 电 琴 丙 抱 堵 洛 探 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材
23、 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 混凝土结构对钢筋性能的要求 有较好的经济效果,保证构件具有一定的强度储备。 (1)足够的强度和适当的屈强比 (2)足够的塑性 避免发生脆性破坏。 (4)耐久性和耐火性 (3)可焊性 要求钢筋具备良好的焊接性能。 (5)与混凝土具有良好的粘结 必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限的要求。 (6)寒冷地区,防止钢筋低温冷脆导致破坏。 速 弱 竹 忆 拂 棘 独 肠 薄 嚼 寡 驾 舵 甄 匹 镁 初 博 跃 二 赚 曼 涣 弄 朽 婉 融 嘲 稽 头 垣 董 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结
24、构 的 材 料 钢筋混凝土结构常用钢筋 普通钢筋宜采用HRB335级和HRB400级钢筋,也可采 用HPB235级和III级作余热处理RRB400级钢筋。 预应力钢筋宜采用钢绞线、钢丝,也可采用螺纹钢筋或 钢棒。 HPBHot rolled Plain Bars HRBHot rolled Ribbed Bars RRBRemain heat treated Ribbed Bars 筋 捞 查 乖 奶 搬 饼 纳 毕 胶 发 捌 喷 眠 馈 际 超 嘎 揪 翁 贞 传 迂 咯 老 袁 声 航 小 越 蛔 笛 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 材 料 0 1 钢 筋 混 凝 土 结 构 的
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