混凝土结构设计原理第2章-材性2.ppt

1、2.2 钢筋的物理力学性能,2.2 Physical and Mechanical Properties of Reinforcement,2.2 钢筋的物理力学性能,1,一、钢筋的种类,1、按化学成分分为碳素钢及普通低合金钢。 含碳量越高强度越高，但是塑性和可焊性会降低。,2,普通低合金钢-除碳素钢中已有的成分外，再加入少量的合金元素如硅、锰、钛、铬等，可以有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。,锰、硅元素：可提高强度，保持一定塑性。 磷、硫元素：使塑性降低、焊接性能降低、冷脆（磷）或热脆（硫）。,3,2、根据钢筋制作方法分类： 热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋,A、热轧钢筋 由低碳钢、普通低合金钢在高温状况下轧制而成,热轧钢筋强度不是很高但塑性较好，一般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普通钢筋多用热轧钢筋。,4,钢筋的种类及符号说明,热轧钢筋的符号说明,HRBF335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,HPB300,hot rolled,Plain,bar,fine

2、 grain,5,6,C、冷加工钢筋是指在常温下采用冷加工工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。以强度较低的钢筋盘条经冷拔、冷拉、冷扭后截面缩小、外形改变而形成的冷拉钢筋、冷拔钢丝、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋统称为冷加工钢筋。 冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。,B、热处理钢筋又称调质钢筋，是用中碳低合金带肋钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。,热处理后，钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低不多。,7,3. 根据钢筋在单调受拉时, 应力-应变曲线屈服点的不同分类： 有物理屈服点的钢筋（软钢）和 无物理屈服点的钢筋（硬钢）。,有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋、冷拉钢筋； 无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。,二、钢筋的形式 1. 普通钢筋 （1）光面(圆)钢筋（2）变形钢筋（麻面：月牙纹、螺纹及人字纹）,8,9,2、劲性钢筋 劲性钢筋是由各种型钢、钢轨或者用型钢与钢筋焊成的骨架。劲性钢筋本身刚度很大，施工时模板及混凝土的重力可以由劲性钢筋本身来承担，因此能加速并简化支模工作，承载能力也比较大。,三、钢丝和钢绞线 用作预应力混凝土结构的钢筋：由直径为4-10 mm

3、，捻制成钢绞线后也不超过15 mm。由2股、3股、7股钢丝捻制而成，均可盘成卷状。钢丝（直径5mm），钢筋（直径5mm）,10,预应力钢筋的符号说明,钢绞线 S Strand,光面钢丝 P Plain,刻痕钢丝 I Indented,螺旋肋钢丝 H Helix,热处理钢筋 HT Heat-treated,11,四、钢筋的强度与变形,有物理屈服点的钢筋应力-应变 无物理屈服点的钢筋应力-应变,12,1.有物理屈服点的钢筋,13,有屈服点钢筋-曲线可以分为五个阶段：,（2）弹塑性阶段（AB) 该段很短,表现出钢材的非弹性性质; B屈服上限; C屈服下限(屈服点),（3）塑性阶段（BC、CD) 该段基本 保持不变（水 平), 急剧 增大,称为屈 服台阶或流 幅段,变形模 量 E = 0,BD段称为屈服阶段,15,（4）强化阶段(DE段),E点达到极限抗拉强度fu,（5）颈缩（破坏）阶段(EF段),随荷载的增加缓慢增大,但增加较快,16,a 比例极限,b 弹性极限,oa 弹性阶段,d 极限抗拉强度,bc 屈服阶段,cd 强化阶段,de 破坏阶段,e 极限应变,17,屈服强度fy (yield

4、strength)：是钢筋设计强度取值的依 据，一般取屈服下限作为屈服强度。 这是因为钢筋屈服后将产生很大的塑性变形，而且屈服上限与加载速度有关，不稳定。,两个强度指标,18,极限强度 fu (ultimated strength)：一般用作钢筋的实际破坏强度。,2.无物理屈服点的钢筋,该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。,设计时取相当于 残余变形为0.2% 时所对应的应力 作为屈服点条 件屈服点,各级钢筋的应力-应变曲线,20,21,五、钢筋的本构关系,当 时，,当 时， ( ), 完全弹塑性的双直线模型,双直线模型,当 时，,当 时，,当 时， ( ), 完全弹塑性加硬化的三折线模型,三折线模型,当 时，,当 时， （ ）, 弹塑性的双斜线模型,双斜线模型,伸长率(elongation rate)：指钢筋试件上标距为10d、5d（d为钢筋的试件直径）或100mm范围内的极限伸长率，记为,25,衡量钢筋塑性的两个指标：,冷弯：为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，加工时不至于脆断，还要求钢筋具有一定的冷弯性能。冷弯性能是指将钢筋围绕某个规定的直径D（D规定为1d、2

5、d、3d等）的辊轴弯曲成一定的角度（90 或 180），弯曲后的钢筋应无裂纹或断裂现象。,弯芯直径越小，弯转度越大，冷弯性能越好，即塑性越好。,D,26,六、钢筋的松弛和疲劳,钢筋受力后，长度保持不变，钢筋应力随时间增长而降低的现象称为松弛。,1. 钢筋的松弛,在预应力混凝土结构中，预应力钢筋张拉后长度基本保持不变， 钢筋会出现松弛，故而引起预应力损失。,27,2. 钢筋的疲劳,钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。 钢筋的疲劳强度是指在某一规定应力幅度内，经受一定次数循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。 确定疲劳应力幅度限值时，循环次数为200万次，即对不同的疲劳应力比值满足循环次数为200万次条件下的钢筋最大应力值为钢筋的疲劳强度。,28,七、设计对钢筋性能的要求 1.混凝土结构设计规范对钢筋的强度指标的规定 钢筋的强度标准值 由于材料性能的离散性，实测钢筋屈服强度的概率分布曲线符合正态分布，材料强度的标准值可取其概率分布的0.05 分位值确定，即材料强度标准值应具有不小于95%的保证率。,普通钢筋强度标准值（N/mm2）,29,3

6、0,2. 钢筋的强度设计值 钢筋的抗拉强度设计值是钢筋的强度标准值除以钢筋的材料分项系数得到的。即,式中：,31,32,八、设计对钢筋性能的选择 1. 钢筋的规格种类的选择,普通纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300和RRB400钢筋；预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝和预应力螺纹钢筋；普通箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500钢筋；也可采用HRB335、HRBF335和HPB300钢筋。,33,【说明】根据钢筋产品标准的修改，不再限制钢筋材料的化学成 分，而按性能确定钢筋的牌号和强度级别。根据节材、減耗及对 性能的要求，本次规范修订淘汰低强钢筋，强调应用高强、高性 能钢筋。根据混凝土构件对受力的性能要求，建议了各种牌号钢 筋的用途。 (1) 根据国家的技术政策，增加500MPa 级钢筋；推广 400MPa、500MPa 级高强钢筋作为受力的主导钢筋；限制并准备 淘汰335 MPa 级钢筋；立即淘汰低强的235MPa 级钢筋，代之以 300MPa 级光圆钢筋。在规

7、范的过渡期及对既有结构设计时， 235MPa 级钢筋的设计值按02 规范取值。,34,【说明】(2 )采用低合金化而提高强度的HRB 系列热轧带肋钢 筋具有较好的延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性。 (3) 为节约合金资源，降低价格，列入靠控温轧制而具有一定 延性的HRBF 系列细晶粒热轧带肋钢筋，但宜控制其焊接工艺 以避免影响其力学性能。 (4 )余热处理钢筋（RRB）由轧制的钢筋经高温淬水，余热处 理后提高强度。其可焊性、机械连接性能及施工适应性均稍 差，须控制其应用范围。一般可在对延性及加工性能要求不高 的构件中使用，如基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的 楼板、墙体中应用。 (5)增加预应力筋的品种：增补高强、大直径的钢铰线；列入 大直径预应力螺纹钢筋(精轧螺纹钢筋)；列入了中强预应力钢丝 以补充中强度预应力筋的空缺；淘汰锚固性能很差的刻痕钢 丝；应用很少的预应力热处理钢筋不再列入。,35,2.设计对钢筋性能的选择,钢筋的强度,钢筋的强度是指钢筋的屈服强度和极限强度。,极限强度和屈服强度之比称为强屈比，它代表了钢筋的强度储 备，也在一定程度上代表了结构的强度储备，所以设计中应选 择适当的强屈比，对于抗震结构，为了满足抗震要求，对钢筋 的强屈比有一定的要求，一般不应小于1.25。,36,钢筋的耐久性,钢筋与混凝土之间的粘结性,钢筋的延性,在工程设计中，要求钢筋混凝土结构（尤其对抗震结构）具 有足够的延性，避免脆性破坏。,影响钢筋延性的主要因素是材质，碳当量加大虽能提高强度， 但延性降低。,为了保证钢筋与混凝土共同工作，要求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。,钢筋在腐蚀环境中会锈蚀，通常采用阻锈剂处理。,37,钢筋的经济性,钢筋的适宜施工性,在施工时钢筋要弯转成型，因而应具有一定的冷弯性能，加 工时避免裂缝和折断。,具备良好的焊接性能，在焊接后不应产生裂纹及过大的变形， 以保证焊接接头性能良好。,衡量钢筋经济性的指标是强度价格比。,38,

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