第一章 鋼筋和混凝土材料力學(xué)性
本章重點(diǎn)：
1、鋼筋的品種和級別 ,鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征； 2、混凝土的強(qiáng)度，混凝土受壓時的應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系，混凝 土的徐變； 3、鋼筋的錨固與搭接構(gòu)造要求。

本章難點(diǎn)：
1、混凝土在一次短期加載、荷載長期作用和多次重復(fù)荷載
作用下的變形性能。

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
1. 鋼筋的成分、級別和品種
按化學(xué)成分
低碳鋼（含碳量<0.25%）

碳素鋼（鐵、碳、硅、 錳、硫、磷等元素）

中碳鋼（含碳量0.25~0.6%） 高碳鋼（含碳量0.6~1.4%） 硅系

普通低合金鋼（另加 硅、錳、鈦、釩、鉻 等）

硅釩系 硅鈦系 硅錳系 硅鉻系

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
1. 鋼筋的成分、級別和品種
按加工
熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋HPB300，熱軋帶肋鋼筋HRB33更多內(nèi)容請?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、HRB400、 HRB500，結(jié)晶粒帶肋鋼筋HRBF33更多內(nèi)容請?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、HRBF400、 HRBF500，余熱處 理鋼筋RRB400 冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成 碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)變消除、矯正、回火處理而成

鋼筋

鋼絲

鋼絞線：多根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起
冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
1. 鋼筋的成分、級別和品種
按表面形狀
光圓鋼筋 變形鋼筋

鋼筋的應(yīng)用范圍
非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HPB300，HRB335，HRB400，HRB500，RRB400 HRBF335, HRBF400，HRBF500
※推薦優(yōu)先選用HRB400、HRB500、 HRBF400，HRBF500

預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定 出現(xiàn)頸縮

?
D
B’ 標(biāo)距 A E

? ?0.2
拉斷

B

C
BC段為屈服平臺 CD段為強(qiáng)化段

下屈服點(diǎn)

?

0.2%

?

有明顯流幅的鋼筋

無明顯流幅的鋼筋

鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
?
D

強(qiáng)度指標(biāo)
* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)
A

B’
B C

E

計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)椋�鋼筋屈服后會產(chǎn)生大的塑 性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形 和不可閉合的裂縫，以至不能使用
?

?

* 無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)

?0.2

的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度

0.2%

?

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
強(qiáng)度指標(biāo)的確定 強(qiáng)度
強(qiáng) 度 標(biāo) 準(zhǔn) 值

隨機(jī)變量 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的 具有一定保證率（鋼 筋為97.73%）的統(tǒng)計(jì) 特征值：
強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值2×均方差

概率 密度

強(qiáng)度 平均 值

強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn) 值

材料強(qiáng)度

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
2. 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
?
D

變形指標(biāo)
A

B’
B C

E

?伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值
(不能反映鋼材脆化的傾向)

? ?0.2

?

* 冷彎要求：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的

鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂

0.2%

?

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
3. 鋼筋的冷加工和熱處理
冷拉
?
B K’ K Z 無時效 Z’ 經(jīng)時效

K點(diǎn)的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制

溫度的影響：溫度達(dá)700o C時恢復(fù) 到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉
特性：

1、只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，

強(qiáng)度提高，塑性下降
?
殘余變形
冷拉伸長率

2、冷拉后仍是軟鋼，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上 有屈服臺階 3、鋼筋設(shè)計(jì)仍采用冷拉前的截面。

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
3. 鋼筋的冷加工和熱處理
冷拔：冷拔鋼筋是將鋼筋用強(qiáng)力拔過比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模，
這時鋼筋同時受到縱向拉力和橫向壓力的作用，截面變小而長度拔長

經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn) 和流幅 特性：冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能

提高抗壓強(qiáng)度

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
3. 鋼筋的冷加工和熱處理
熱處理
不降低強(qiáng)度的前提下，消除 由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力，改善塑 性和韌性

對特定鋼號的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理
強(qiáng)度提高， 塑性降低

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
4. 鋼筋的徐變和松弛

徐變

應(yīng)力不變，隨時間的增長 應(yīng)變繼續(xù)增加

松弛

長度不變，隨時間的增長 應(yīng)力降低

對結(jié)構(gòu)，尤 其是預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生 不利的影響， 需采取必要 的措施

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
5. 鋼筋的疲勞

重復(fù)荷載作用下，鋼筋的強(qiáng)度<靜載作用下的強(qiáng)度
規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后， 發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。對 鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來表示其疲勞強(qiáng)度。

單根鋼筋的軸拉疲勞 試驗(yàn)方法 鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
6. 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求

?強(qiáng)度要求：屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，抗震設(shè)計(jì)時還要求有一定的屈強(qiáng)比 ?塑性要求：伸長率和冷彎要求

?可焊性

?與混凝土的粘結(jié)性

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一、鋼筋的強(qiáng)度和變形
7. 鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型

?s
fs,u fy fy

?s

?s=Es?s ?
y

?s=Es?s ?s,
h

?s

?
y

?s,h

?s,
u

?s

有明顯流幅的鋼筋

無明顯流幅的鋼筋

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度
?立方體抗壓強(qiáng)度fcu.k
承壓板 摩擦力

?壓力?試件?裂縫

發(fā)展?擴(kuò)張?整個體 系解體，喪失承載力

試塊

?另影響強(qiáng)度的因素

還有：齡期、加載速 率、試塊尺寸等

不涂潤滑劑
強(qiáng)度大于

涂潤滑劑

我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度
立方體抗壓強(qiáng)度fcu.k 標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150 ×150 非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100 ×100 200×200 ×200
級有：
?C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C5

0，C55，C60，C65，C70， C75，C80
立方體抗 壓強(qiáng)度 表示混凝 土Concrete

換算系數(shù) 0.95 換算系數(shù) 1.05

?立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
1. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度
?棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度fck
承壓板

標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150 ×300（450） 非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100 ×300 200×200 ×300 換算系數(shù) 0.95 換算系數(shù) 1.05

試 塊

?考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，

且有：fck=0.76fcuk (試驗(yàn)結(jié)果)

?考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取 fck＝0.88α1α2fcuk =0.67fcuk
?對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150, h=300），有fc’=0.79fcu
圓柱體抗 壓強(qiáng)度

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
2. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度
?混凝土軸心抗拉強(qiáng)度ftk 直接受拉試驗(yàn)ftk
100
150 150 100

500

?試驗(yàn)結(jié)果：ftk=0.26fcu k2/3

?考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷 速度等的影響，取ftk=0.23fcu k2/3

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
2. 單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度
劈裂試驗(yàn)fts
F F

?我國根據(jù)100mm立方體的

劈裂與抗壓試驗(yàn)結(jié)果有：

?fts=0.19fcu 3/4
d d

2F f ts ? ?dl
F
fts

F

軸心抗拉強(qiáng)度ftk與立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k的關(guān)系
ftk＝0.88×0.395 fcu,k0.55(1-1.645?) 0.45 × ?2

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
3. 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度
雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度
?2/f
c

1.2 1.0

-0.2

拉 -0.2

?/fc
0.2
0.1

? ? ?

?

?/fc
1.0 1.2 壓 -0.1

0.0

0.6

1.0 單軸抗壓強(qiáng)度

單軸抗拉強(qiáng)度

?1/fc

雙向正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線

法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
3. 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度
三向受壓時的混凝土強(qiáng)度 圓柱體試驗(yàn)
?1=fcc’ ?2= ?3= fL
fL----側(cè)向約束壓 應(yīng)力（加液壓）

f cc ' ? f c '?4.1 f L
無側(cè)向約 束時圓柱 體的單軸 抗壓強(qiáng)度

?1=fcc’

有側(cè)向約 束時的抗 壓強(qiáng)度

二、混凝土的強(qiáng)度和變形
4. 混凝土的疲勞強(qiáng)度
?3
破壞 fc
f

?2
疲勞強(qiáng)度<fc

?1

?

?fcf的確定原則： 100×100 ×300或 150×150 ×450 的棱柱 體試塊承受200萬次（或 以上）循環(huán)荷載時發(fā)生 破壞的最大壓應(yīng)力值