钢筋材料的基本性能.ppt

第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋2.1 2.1 钢钢 筋筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种一、钢筋的品种(Reinforcement types) 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢 筋热轧钢筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度屈服强度 fyk（（标准值标准值= =钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级： fyk = 235 N/mm2HRB335级： fyk = 335 N/mm2HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢 筋uHPB235级(Ⅰ级)钢筋钢筋多为光面钢筋（多为光面钢筋（Plain Bar），），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋uHRB335级(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)钢筋钢筋强度较强度较高，多高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用的构件，也有用ⅡⅡ级钢筋作箍筋的级钢筋作箍筋的为增强与混凝土为增强与混凝土的粘结（的粘结（Bond），），外形制作成月牙肋或等高肋的变外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（形钢筋（Deformed Bar））。

uⅣⅣ级钢筋级钢筋强度太高强度太高，，不适宜作为钢筋混凝土构件中不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，的配筋，一般冷拉后作预应力筋一般冷拉后作预应力筋u延伸率（延伸率（Percentage of elongation）：）：d d5 5= =25、、16、、14、、10%，，直径直径8~40第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋钢丝钢丝 Wire：：中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为800~1200MPa，，高强钢丝、钢绞高强钢丝、钢绞线线(Strand or Tendon)的为的为 1470 ~1860MPa；；延伸率延伸率d10=6%，，d100=3.5~4%；；钢丝的直径钢丝的直径3~9mm；；外形有光面、刻痕和螺旋肋外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构冷加工钢筋冷加工钢筋 Cold working rebar：：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成冷加工的目的是为了提高钢筋冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。

冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材的强度，节约钢材但经冷加工后，钢筋的延伸率降低但经冷加工后，钢筋的延伸率降低近年近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用热处理钢筋热处理钢筋 Heat treatment ：：是将是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多用于预应力混凝土结构降低不多用于预应力混凝土结构s se e第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋二、钢筋的应力二、钢筋的应力- -应变关系应变关系 Stress-Strain Relation ◆◆◆◆ 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield pointa’为比例极限proportional limit s =Esea’a为弹性极限elastic limitade为强化段strain hardening stagebb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcdcd为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthfyf第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋几个指标几个指标(Index)：：屈服强度屈服强度yield strength：：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复不可恢复，这会使钢，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。

屈服上限与加筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度延延 伸伸 率率elongation strain：：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好性能的指标延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好屈屈 强强 比比反映钢筋的强度储备，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7均匀延伸率均匀延伸率d dgt对应最大应力时应变，对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力了钢筋真实的变形能力(≥2.5%)第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系 Bilinear elasto-plastic relation1Es第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋◆◆无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋 Rebar without yield pointa点：比例极限，约为点：比例极限，约为0.65fua点前：应力点前：应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后：应力点后：应力-应变关系为非线性，应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈有一定塑性变形，且没有明显的屈服点服点强度设计指标强度设计指标——条件屈服点条件屈服点(Equivalent yield point)残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力《《规范规范》》取取s s0.2 =0.85 fu第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋三、钢筋的强度标准值三、钢筋的强度标准值( Characteristic or Unfactored Strength) 按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于的废品限值，其数值相当于fy,m- -3s s，，具有具有97.73%的保证率，满足的保证率，满足《《建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准》》材料强度标准值保证率材料强度标准值保证率95%的要求。

的要求第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋2.2 混凝土混凝土•2.2.1 混凝土的混凝土的强度度 •混凝土的抗混凝土的抗压强度度 立方体抗立方体抗立方体抗立方体抗压强压强度度度度 轴轴心抗心抗心抗心抗压强压强度度度度 混凝土的抗拉混凝土的抗拉强度度 混凝土在复合混凝土在复合应力作用下的力作用下的强度度混凝土立方体抗混凝土立方体抗压强度度•以以以以边长为边长为150mm150mm的立方的立方的立方的立方体在体在体在体在2020±3±3˚ ˚C C的温度和相的温度和相的温度和相的温度和相对对湿度在湿度在湿度在湿度在90%90%以上的潮以上的潮以上的潮以上的潮湿空气中养湿空气中养湿空气中养湿空气中养护护2828天，依天，依天，依天，依照照照照标标准准准准试验试验方法方法方法方法测测得的具得的具得的具得的具有有有有95%95%保保保保证证率的抗率的抗率的抗率的抗压强压强度（以度（以度（以度（以N/mmN/mm2 2计计）作）作）作）作为为混凝土的混凝土的混凝土的混凝土的强强度等度等度等度等级级，并用，并用，并用，并用符号符号符号符号•表示表示表示表示混凝土的混凝土的混凝土的混凝土的强强度等度等度等度等级级一一一一般可划分般可划分般可划分般可划分为为：：：： C15 C20 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 C65 C70 C75 C80 混凝土立方体的破坏情况混凝土立方体的破坏情况•“箍套箍套”作用作用混凝土混凝土轴心抗心抗压强度度•采用采用150mmx150mmx300mm棱柱体作棱柱体作为轴心抗心抗压强度的度的标准准试件件 •轴心抗心抗压强度与立方体抗度与立方体抗压强度的关系度的关系为：： 混凝土抗拉混凝土抗拉强度度•混凝土的抗拉混凝土的抗拉强 •度比抗度比抗压强度低度低 •得多，一般只有得多，一般只有 •抗抗压强度的度的 •5%~10% 混凝土在复合混凝土在复合应力作用下的力作用下的强度度•混凝土的双向混凝土的双向 受力受力强度度 双向受拉双向受拉：：强度接近度接近单向向 受拉受拉强度度双向受双向受压：抗：抗压强度和极度和极 限限压应变均有均有 所提高所提高一拉一一拉一压：：强度降低度降低混凝土在正混凝土在正应力和剪力和剪应力作用下的复合力作用下的复合强度度在有剪在有剪应力作用力作用时，混凝土的抗，混凝土的抗压强度将低于度将低于单轴抗抗压强度度•混凝土的三向受混凝土的三向受压强度度 三向受三向受压时，混凝土的抗，混凝土的抗压强度和极限度和极限变形都有形都有较大提高大提高2.2.2 混凝土的混凝土的变形形•混凝土的混凝土的变形分形分为两两类：： 混凝土的受力混凝土的受力变形形 混凝土的非受力混凝土的非受力变形形混凝土的受力混凝土的受力变形形•受受受受压压混凝土一次短期加荷的混凝土一次短期加荷的混凝土一次短期加荷的混凝土一次短期加荷的应应力力力力——应变应变曲曲曲曲线线 •混凝土的混凝土的变形模量形模量 •混凝土的混凝土的弹性模量性模量测定定 • •混凝土的徐混凝土的徐变——在荷在荷载保持不保持不变的情况下随的情况下随时间而增而增长的的变形形 影响徐影响徐变因素及减小徐因素及减小徐变措施措施混凝土的非受力混凝土的非受力变形形•混凝土的收混凝土的收缩与膨与膨胀 –混凝土在水中或混凝土在水中或混凝土在水中或混凝土在水中或处处于于于于饱饱和湿度情况下硬和湿度情况下硬和湿度情况下硬和湿度情况下硬结时结时体体体体积积增大的增大的增大的增大的现现象象象象称称称称为为膨膨膨膨胀胀 – –混凝土在空气中混凝土在空气中混凝土在空气中混凝土在空气中结结硬硬硬硬时时体体体体积积减小的减小的减小的减小的现现象称象称象称象称为为收收收收缩缩 •混凝土的温度混凝土的温度变形形 当温度当温度变化化时，混凝土也随，混凝土也随之之热胀冷冷缩•影响混凝土收影响混凝土收缩的原因的原因 •减小混凝土收减小混凝土收缩和温和温变影响的措施影响的措施2.2.3 混凝土的混凝土的选用原用原则•建筑工程中，建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土筋混凝土构件的混凝土强度等度等级不不应低于低于C15 •当采用当采用HRB335级钢筋筋时，，不宜不宜低于低于C20 •当采用当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及承受重复筋以及承受重复荷荷载的构件，的构件，不得不得低于低于C20 •预应力混凝土力混凝土结构构不不应低于低于C30 •采用采用钢绞线、、钢丝、、热处理理钢筋作筋作预应力力钢筋筋时，，不宜不宜低于低于C402.3 钢筋与混凝土之筋与混凝土之间的粘的粘结与与锚固固•钢筋与混凝土之筋与混凝土之间的粘的粘结是是这两种材料共同工作两种材料共同工作的保的保证，使之能共同承受外力、共同，使之能共同承受外力、共同变形、抵抗形、抵抗相互之相互之间的滑移的滑移 •钢筋能否可靠地筋能否可靠地锚固在混凝土中固在混凝土中则直接影响到直接影响到这两种材料的共同工作，从而关系到两种材料的共同工作，从而关系到结构和构件的构和构件的安全和材料安全和材料强度的充分利用度的充分利用2.3.1 粘粘结力的定力的定义及及组成成•粘粘结力的定力的定义 ——若若钢筋和混凝土有相筋和混凝土有相对变形（滑移），形（滑移），就会在就会在钢筋和混凝土交界面上筋和混凝土交界面上产生沿生沿钢筋筋轴线方向的相方向的相互作用力，互作用力，这种力称种力称为钢筋与混凝土的粘筋与混凝土的粘结力力• 粘粘结力的力的组成成 1化学胶化学胶结力：混凝土凝力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在，由于水泥的水化作用在钢筋与混筋与混凝土接触面上凝土接触面上产生的化学吸附作用力生的化学吸附作用力 2摩擦力：混凝土收摩擦力：混凝土收缩后将后将钢筋筋紧紧地握裹住而地握裹住而产生的力生的力 3机械咬合力：机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用生的机械咬合作用而而产生的力生的力 4钢筋端部的筋端部的锚固力：采取固力：采取锚固措施后所造成的机械固措施后所造成的机械锚固力固力 2.3.2 粘粘结强度度n钢筋与混凝土的粘筋与混凝土的粘结 强度通常采用拔出度通常采用拔出试 验来来测定。

定设拔出力拔出力 为F，，则以粘以粘结破坏破坏 （（钢筋拔出或混凝土筋拔出或混凝土 劈裂）劈裂）时钢筋与混凝筋与混凝 土截面上的最大平均土截面上的最大平均 粘粘结应力作力作为粘粘结强度度 2.3.3 影响粘影响粘结强度的因素度的因素• 混凝土混凝土强度度 •混凝土保混凝土保护层厚度和厚度和钢筋筋净距距 •横向配筋横向配筋 钢筋表面和外形特征筋表面和外形特征 •受力情况受力情况 •锚固固长度度2.3.4 锚固固长度度n进行拔出行拔出试验时，受拉，受拉钢筋达到屈服的同筋达到屈服的同时发生生粘粘结破坏，破坏，该临界情况的界情况的锚固固长度称度称为基本基本锚固固长度，用度，用 表示表示2.3.5 保保证可靠粘可靠粘结的构造措施的构造措施•钢筋的筋的间距和混凝土的保距和混凝土的保护层不能太小不能太小• 优先采用小直径的先采用小直径的变形形钢筋，光面筋，光面钢筋末端筋末端应设弯弯钩 •钢筋伸入支座筋伸入支座应有足有足够的的锚固固长度度 •钢筋不宜在混凝土的拉区截断筋不宜在混凝土的拉区截断• 在大直径在大直径钢筋的搭接和筋的搭接和锚固区域内宜固区域内宜设置横向置横向钢筋筋。