钢筋和混凝土材料的基本性能PPT.ppt
p本章主要内容本章主要内容钢筋的材料性能钢筋的材料性能 混凝土的材料性能混凝土的材料性能 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结 本章提要材料性能（物理力学性能）钢筋钢筋的强度、变形性能的强度、变形性能 混凝土混凝土的强度、变形性能的强度、变形性能 钢筋与混凝土之间钢筋与混凝土之间的粘结的粘结-滑移性能滑移性能重点 混凝土混凝土的强度、变形性能的强度、变形性能本章在本课程中的本章在本课程中的作用作用 后续各章的后续各章的基础基础p 钢筋的成分、级别和种类钢筋的成分、级别和种类p 钢筋的强度和变形性能（钢筋的强度和变形性能（重点重点）p 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构中的钢筋混凝土结构中的钢筋普通钢筋普通钢筋预应力钢筋预应力钢筋热轧钢筋热轧钢筋中强预应力钢丝中强预应力钢丝预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋钢绞线钢绞线普通低合金钢普通低合金钢低碳钢低碳钢HPB300HRB335,HRB400,RRB400HRB500,细晶粒钢细晶粒钢HRBF335HRBF500HRBF400消除应力钢丝消除应力钢丝2.1.1钢筋的品种和级别n 混凝土结构中的钢筋混凝土结构中的钢筋其中：其中：HPB300为低碳一级钢，表面为光面圆为低碳一级钢，表面为光面圆形，称为光圆钢筋；形，称为光圆钢筋；HRB335、HRBF335、为二级钢（分别为合、为二级钢（分别为合金二级钢、细晶粒二级钢），表面为月牙肋，金二级钢、细晶粒二级钢），表面为月牙肋，称为变形钢筋；称为变形钢筋；HRB400、HRBF400、RRB400为三级钢，为三级钢，（分别为合金三级钢、细晶粒三级钢、余热（分别为合金三级钢、细晶粒三级钢、余热三级钢），表面为月牙肋，称为变形钢筋；三级钢），表面为月牙肋，称为变形钢筋；HRB500、HRBF500为四级钢（分别为合金为四级钢（分别为合金四级钢、细晶粒四级钢、），四级钢、细晶粒四级钢、），表面为月牙肋，表面为月牙肋，变形钢筋；变形钢筋；注意钢筋的符号书写注意钢筋的符号书写 混凝土结构所使用的钢材，按化学成分可分为：碳素钢和普通低混凝土结构所使用的钢材，按化学成分可分为：碳素钢和普通低合金钢合金钢.碳素钢碳素钢可分为：低碳钢（含碳量可分为：低碳钢（含碳量0.6%）HPB300含碳量越高，强度越高，延性越差含碳量越高，强度越高，延性越差在碳素钢中加入少量合金元素（如硅、锰、钒、钛、铬）等即在碳素钢中加入少量合金元素（如硅、锰、钒、钛、铬）等即制成制成合金钢合金钢。合金元素总量低。合金元素总量低于于3.5的合金钢称为的合金钢称为低合金钢低合金钢。既能有效提高钢材强度，又能保持较好塑性。既能有效提高钢材强度，又能保持较好塑性。HRB335、HRB400、HRB500细晶粒钢：细晶粒钢：不需添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢不需添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，达到与添加合金元素相同的效果。的温度形成细晶粒的金相组织，达到与添加合金元素相同的效果。HRBF335、HRBF400、HRBF500热处理变形钢：热处理变形钢：在生产过程中，钢筋热轧后经淬火提高其强度，在生产过程中，钢筋热轧后经淬火提高其强度，再经芯部余热回火处理而保留一定延性的钢筋。再经芯部余热回火处理而保留一定延性的钢筋。RRB400RRB400（余热三级钢）钢筋的可焊性、机械连接性能、及施工适（余热三级钢）钢筋的可焊性、机械连接性能、及施工适应性降低。应性降低。一般用于一般用于对延性及加工性能要求不高的构件中。对延性及加工性能要求不高的构件中。不宜不宜用于重要受力部位的钢筋，用于重要受力部位的钢筋，不应不应用于直接承受疲劳荷载的构件。用于直接承受疲劳荷载的构件。热轧钢筋热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温状态是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温状态下轧制而成的钢筋。下轧制而成的钢筋。中强预应力钢丝中强预应力钢丝:抗拉强度达抗拉强度达800 1270MPa，外形有光面，外形有光面(PM)和螺旋肋和螺旋肋(HM)两种两种消除应力钢丝消除应力钢丝:抗拉强度达抗拉强度达1570 1860MPa，外形也有光面，外形也有光面(P)和螺旋肋和螺旋肋(H)两种两种钢绞线钢绞线:抗拉强度达抗拉强度达1570 1960MPa，由多根钢丝扭结而成，常，由多根钢丝扭结而成，常用的有用的有(S)13股和股和17股。股。预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋(T)：又称为精轧螺纹粗钢筋，是用于预应力又称为精轧螺纹粗钢筋，是用于预应力混凝土结构的大直径粗钢筋。混凝土结构的大直径粗钢筋。沿钢筋纵向有规律性的螺纹肋条，可用螺丝套筒连接及用螺帽沿钢筋纵向有规律性的螺纹肋条，可用螺丝套筒连接及用螺帽锚固。抗拉强度为锚固。抗拉强度为9801230MPa混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定：规定：用于钢筋混凝土结构及预应力用于钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构中普通钢筋，可采用热轧钢筋；用于预应力混凝土混凝土结构中普通钢筋，可采用热轧钢筋；用于预应力混凝土结构中的预应力钢筋，可采用中强度预应力钢丝，消除应力钢结构中的预应力钢筋，可采用中强度预应力钢丝，消除应力钢丝、钢绞线及预应力螺纹粗钢筋。丝、钢绞线及预应力螺纹粗钢筋。普通钢筋强度标准值普通钢筋强度标准值（N/mm2）HPB300（Q300）d=820 fyk=235HRB335（20MnSi）d=650 f yk=335HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）d=650 f yk=400RRB400（K20MnSi）d=840 f yk=400HPB300HRB335HRB400RRB400Rn 热轧钢筋的符号说明热轧钢筋的符号说明hot rolled plain bar fyk=300 N/mm2hot rolled ribbed bar fyk=335 N/mm2hot rolled ribbed barfyk=400 N/mm2remained heat treatment ribbed bar fyk=400 N/mm22.1.1钢筋的品种和级别n 热轧钢筋的外形热轧钢筋的外形光面钢筋光面钢筋 螺纹钢筋螺纹钢筋 人字纹钢筋人字纹钢筋 月牙纹钢筋月牙纹钢筋 2.1.1钢筋的品种和级别2.1.1钢筋的品种和级别n预应力钢筋外形预应力钢筋外形从受力性能分从受力性能分：软钢；硬钢：软钢；硬钢普通钢筋一般为普通钢筋一般为软刚软刚；预应力钢筋一般为；预应力钢筋一般为硬钢。硬钢。2.1.2 钢筋的强度和变形性能n 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线（有明显流幅的钢筋（有明显流幅的钢筋,软钢软钢）Oufyf比例极限比例极限弹性极限弹性极限屈服上限屈服上限屈服下限屈服下限屈服平台屈服平台强化阶段强化阶段颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段n 软钢的两个强度指标软钢的两个强度指标:屈服强度屈服强度和和极限强度极限强度n 屈服强度屈服强度作为钢筋设计强度取值作为钢筋设计强度取值依据依据n极限强度极限强度指钢筋实际破坏强度，表明钢筋强度的安全储备指钢筋实际破坏强度，表明钢筋强度的安全储备0 弹性模量弹性模量弹性模量：弹性极限以下应力弹性极限以下应力-应变曲线的斜率应变曲线的斜率sE为什么不能采用极限抗拉强度作为钢筋设计强度为什么不能采用极限抗拉强度作为钢筋设计强度取值取值的依据呢？的依据呢？这一方面是因为钢筋屈服以后会产生过大的塑性变形，将导致这一方面是因为钢筋屈服以后会产生过大的塑性变形，将导致混凝土构件的裂缝过宽和不可恢复的变形过大，以致影响正常混凝土构件的裂缝过宽和不可恢复的变形过大，以致影响正常使用。使用。另一方面另一方面设计中需考虑钢筋强度具有一定的安全储备，希望构设计中需考虑钢筋强度具有一定的安全储备，希望构件的某个截面已经破坏时，钢筋不致被拉断而造成整个结构倒件的某个截面已经破坏时，钢筋不致被拉断而造成整个结构倒塌。塌。因此不能采用极限抗拉强度作为钢筋设计强度因此不能采用极限抗拉强度作为钢筋设计强度取值取值的依据的依据n 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线（,硬钢硬钢）比例极限比例极限 aa极限强度极限强度b bbc条件屈服强度条件屈服强度0.20.75ab0.20.85b0.2%O2.1.2 钢筋的强度和变形性能取残余应变为取残余应变为0.2%所对应的应力称为所对应的应力称为条件屈服强度条件屈服强度。以它作为无明显流幅。以它作为无明显流幅的钢筋设计强度取值依据。的钢筋设计强度取值依据。无明显流幅的钢筋只有一个强度指标：极限抗拉强度无明显流幅的钢筋只有一个强度指标：极限抗拉强度设计中需考虑钢筋强度的安全储备，不能以设计中需考虑钢筋强度的安全储备，不能以极限抗拉强度作为钢筋强度的安全储备极限抗拉强度作为钢筋强度的安全储备n 钢筋的变形性能钢筋的变形性能n 钢筋有两个塑性指标钢筋有两个塑性指标:延伸率延伸率和和冷弯性能冷弯性能dl0=5,10dl05,100100%llln 延延伸伸率率试试验验2.1.2 钢筋的强度和变形性能延伸率：延伸率：试件断裂后的永久变形与原标定长度（即标距试件断裂后的永久变形与原标定长度（即标距5d或或10d）的百分比，）的百分比，用用表示。表示。延伸率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，延伸率越大，塑性越好延伸率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，延伸率越大，塑性越好显然，延伸率只能反映钢筋被拉断时残余变形的大显然，延伸率只能反映钢筋被拉断时残余变形的大小，延伸率包含了断口颈缩区域的局部变形。小，延伸率包含了断口颈缩区域的局部变形。再加上断口拼接误差，这使得再加上断口拼接误差，这使得断口附近延伸率难断口附近延伸率难以真实反映钢筋的塑性以真实反映钢筋的塑性。一方面，使不同量测标距长度所测得的延伸率不一一方面，使不同量测标距长度所测得的延伸率不一致；致；另一方面，延伸率忽略了钢筋弹性变形，不能反映另一方面，延伸率忽略了钢筋弹性变形，不能反映钢筋的总体变形能力钢筋的总体变形能力近年来国际上采用近年来国际上采用钢筋在最大拉力下的总伸长钢筋在最大拉力下的总伸长率（均匀伸长率率（均匀伸长率gt）来表示钢筋的变形能力。来表示钢筋的变形能力。均匀伸长率均匀伸长率gt要求在实验中绘制应力要求在实验中绘制应力-应变曲线，量测并计算钢应变曲线，量测并计算钢筋在最大拉力下的总伸长率。筋在最大拉力下的总伸长率。一般情况下，均匀伸长率量测试验后非颈缩断口区域标距一般情况下，均匀伸长率量测试验后非颈缩断口区域标距l0内的残余应变内的残余应变00lllr(l为残余长度为残余长度)，加上已回复的弹性应变，加上已回复的弹性应变sbeE0就可得到就可得到均匀伸长率均匀伸长率。即即sbgtElll000l0:实验前的原始标距；实验前的原始标距；l:实验后量测的标记之间的距离；实验后量测的标记之间的距离；:钢筋被拉断时的最大拉应力（极限抗拉强度）；钢筋被拉断时的最大拉应力（极限抗拉强度）；Es:钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量n 冷冷弯弯试试验验doo90,1801,2,3ddDd冷弯性能冷弯性能冷弯试验是检验钢筋冷弯性能（加工性能）的一种方法。冷弯试验是检验钢筋冷弯性能（加工性能）的一种方法。伸长率一般不能反映钢材脆化的倾向。伸长率一般不能反映钢材脆化的倾向。为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应进行冷弯试验，并保证满足规定的指标。进行冷弯试验，并保证满足规定的指标。冷弯试验的示意图。图中冷弯试验的示意图。图中D称为弯心直径；称为弯心直径；为冷弯角度。为冷弯角度。冷弯试验的合格标准冷弯试验的合格标准：在规定的：在规定的D和和下，冷弯后的钢筋应无裂纹、鳞落或断下，冷弯后的钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。裂现象。2.1.2 钢筋的强度和变形性能钢筋的强度和变形性能软钢与硬钢的区别软钢与硬钢的区别 软钢：有明显的屈服平台、屈服强度，极限强度 硬钢：只有极限强度，人为规定“条件屈服强度”设计取值依据设计取值依据 屈服强度（软钢）、条件屈服强度（
