混凝土结构材料的性能.ppt

混凝土结构材料的性能,,本章重点,熟悉钢筋和混凝土两种材料的物理和力学性能；,掌握两种材料的特点和它们在混凝土结构中的作用，以及在混凝土结构中的选用原则;,了解钢筋与混凝土的共同工作原理第一节 钢筋的品种和力学性能,一. 钢筋的品种,,普通钢筋：热轧钢筋,预应力钢筋：钢丝、钢绞线、螺纹 钢筋和钢棒,按在结构中的作用分类,热轧钢筋，钢丝、钢绞线、螺纹钢筋和钢棒，冷加工（冷拉、冷轧等）钢筋等按化学成分,,碳素钢,普通低合金钢－在碳素钢基础上加入少量的硅、锰、钛、钒等合金元素有效提高钢材的强度，改善钢材的塑性等其它性能低碳钢－含碳量<0.25%,中碳钢－含碳量0.25%~0.6%,高碳钢－含碳量0.6%~1.4%,除铁外，含少量碳、硅、锰、硫、磷,Ⅰ级钢筋,Ⅱ、Ⅲ级钢筋,含碳量越高钢材的强度越高，材质变硬，同时降低了钢材的塑性、韧性以及焊接性能热轧钢筋是低碳钢或低合金钢在高温状态下轧制而成光圆钢筋,等高肋钢筋：螺旋纹、人字纹,月牙肋钢筋（常用）,1、热轧钢筋,热轧钢筋的符号说明,屈服强度值（强度标准值）,热轧钢筋分四个级别：HPB235 、HRB335 、 HRB400（RRB400） 、HRB500（混凝土规范）,Ⅰ级钢筋,Ⅱ级钢筋,Ⅲ级钢筋,热轧钢筋的强度标准值,HPB235级（Ⅰ级钢筋）：为光圆钢筋，多作为架立筋、箍筋、分布筋和用于受力不大薄板。

HRB335（Ⅱ级钢筋）和HRB400 （ Ⅲ级钢筋）：强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级或Ⅲ级构件作箍筋的为增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋RRB400是余热处理钢筋，是将屈服强度相当于HRB335的构件在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形构件其性能接近于HRB400级钢筋，但不如HRB400级钢筋稳定，焊接时钢筋回火强度有所降低，因此应用范围受到限制钢绞线、钢丝、螺纹钢筋、钢棒,2、预应力钢筋,螺纹钢筋,钢棒,预应力钢筋的强度标准值,钢丝：我国预应力混凝土结构用钢丝都是消除应力钢丝根据消除应力处理方式不同：低松弛和普通松弛（不推荐使用）根据外形不同分为：光面、刻痕和螺旋肋三种用作预应力钢筋钢丝的直径 3~10mm，钢丝直径越细强度越高；中强钢丝的强度800~1200MPa，高强钢丝的强度为1470 ~1860MPa钢绞线：由多根高强光圆或刻痕钢丝捻合在一起经低温 回火处理清除内应力后而制成有2股、3股和7股钢绞线钢绞线的强度为1470 ~1960MPa螺纹钢筋：预应力混凝土用螺纹钢筋。

螺纹钢筋直径有18mm, 25mm, 32mm, 40mm, 50mm等几种螺纹钢筋强度在980~1230MPa之间目前这种钢筋主要用于我国桥梁工程和水电站地下厂房的预应力岩壁吊车梁中钢棒：预应力混凝土用钢棒按表面形状分为：光圆、螺旋槽、螺旋肋和带肋钢棒四种钢棒直径有6~14mm；强度在1080~1570MPa之间目前这种钢筋主要用于预应力混凝土离心管桩、桥梁、码头、地下工程及其他建筑预制构件中3、冷加工钢筋,冷加工钢筋：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭加工而成冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材但经冷加工后，钢筋的延伸率降低用于预应力构件时易造成脆性断裂近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用冷拉：在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度的某一应力值，然后卸载至零经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉时效硬化冷拔：将钢筋强行拔过小于其直径的硬质合金拔丝模具经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压强度均大大提高，但塑性降低1、软钢应力-应变曲线,o,二. 钢筋的力学性能,e ——极限应变（伸长率）,软钢钢筋的受拉强度限值以屈服强度为准。

钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同热轧钢筋的简化应力—应变曲线,O,B,C,不同强度软钢的应力-应变曲线,,一般来说随着级别的增大，钢筋的强度提高，塑性降低2、钢筋的塑性性能,（1）伸长率：,（2）冷弯性能：,伸长率越大，钢筋的塑性和变形能力越好弯心直径越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，钢筋的塑性性能越好l,l’,3、硬钢应力-应变曲线,协定流限：经过加载和卸载后尚存有0.2%永久残余变形时的应力a 点：比例极限，约为0.65fu a 点前：应力-应变关系为线弹性a 点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标------条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力《规范》取σ0.2=0.85fu,重复荷载作用下，钢筋的强度 < 静载作用下的强度,疲劳：钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然发生脆性断裂的现象试验方法,,单根原状钢筋的轴拉疲劳,钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯,4、钢筋的疲劳强度,5、钢筋的弹性模量,6、混凝土结构对钢筋性能的要求,1）强度高采用较高强度的钢筋可以节省钢材，获得较好的经济效益2）塑性好要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以破坏的预兆。

因此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格3) 可焊性好在很多情况下，钢筋的接长和钢筋之间的连接需通过焊接钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证接头性能良好4）与混凝土的粘结锚固性能好为了使钢筋的强度能够充分被利用和保证钢筋与混凝土共同工作，两者之间应有足够的粘结力在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求钢筋的直径,常用： 6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm， 14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm， 28mm，32mm，36mm，40mm，50mm其中， 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋钢筋的选用,普通钢筋：宜用HRB400和HRB335级钢筋， 可用HPB235和RRB400级钢筋预应力筋：宜用钢铰线、钢丝， 可用螺纹钢筋和钢棒d=6~50mm,7、钢筋的选用原则,1、混凝土的组成及特点,,主要材料：水泥、水、砂、石 特点:1）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；2）水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作、养护、使用条件影响大。

第二节 混凝土的物理力学性能,,2、混凝土的强度,混凝土结构中，主要利用它的抗压强度因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的1）立方体抗压强度：边长为150mm的混凝土立方体试件，在标准条件下（20±3 ΟC，相对湿度≥90%）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.2~0.3N/mm2 /s，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度，用符号C表示单向受力状态下混凝土的强度,C30：,《混凝土结构设计规范》规定建筑强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2混凝土强度等级的选用：,素混凝土结构受力部位，混凝土强度等级不宜低于C15； 钢筋混凝土结构构件，不应低于C15； 采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20； 采用HRB400、 RRB400级或承受重复荷载时，不应低于C20； 预应力混凝土结构， 不应低于C30； 当采用钢绞线和高强钢丝作预应力钢筋时，不宜低于C40试验方法：压力机垫板的横向摩擦约束，造成混凝土试块端部处在多轴受力状态，就象在试件上下端各加了一个套箍，致使破坏时形成两个对顶的角锥破坏面，抗压强度高于无约束情况。

2. 是否采用减磨措施，不涂润滑剂的试件强度要高于涂润滑剂的1. 在标准试验方法中，不同构件尺寸，测得强度不同尺寸小，两端摩擦力影响大，测得的抗压强度高；反之，尺寸大，测得的抗压强度低，我们称之为“尺寸效应”未采取减摩措施,采取减摩措施后,3. 加载速度：加载速度越快，测得的强度越高通常取每秒0.2~0.3N/mm24. 加载龄期：立方体抗压强度随着成型后混凝土的龄期增长，开始增长较快，后期较慢相比干燥环境，在潮湿环境中水泥硬化时间更长2）棱柱体抗压强度－轴心抗压强度 fc,由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体， 所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示棱柱体试件高宽比一般为h/b=2~3，一般将150mm×150mm×300mm的棱柱体试件作为标准试件不采取减摩措施 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度 考虑到实际构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间的差异，《规范》基于安全取偏低值，规定棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：,,高宽比对棱柱体抗压强度的影响,,3）轴心抗拉强度－ft,抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，用符号 ft 表示。

混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关劈裂试验,,P,,d,,,,,,,,,,,P,,,,,,,拉,,压,压,,,,,,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系：,由于混凝土的离散性以及安装偏差，造成轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度复合应力状态下的混凝土强度：,1）双轴应力状态,实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态更多的是处于双向或三向受力状态如钢筋混凝土梁弯剪段的剪压区、框架的梁、柱节点区、牛腿、深梁等双向受压时，两个方向的抗压强度都有所提高；双向受压强度比单轴强度最多提高27%双向受拉时，两个方向的抗拉强度均接近于单轴抗拉强度拉压受力时，混凝土的强度均低于单轴受力（压或拉）强度剪力存在时，混凝土的破坏强度曲线：,压-剪：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当 时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度 均降低拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低。

三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的有螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土均为三向受压状态三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件下进行2）三向应力状态,混凝土的变形可分为两类：荷载作用下的受力变形和由于混凝土的收缩、温度变化等引起的 体积变形（非受力变形）混凝土单轴短期荷载作用下的应力-应变关系是混凝土材料最基本的力学性能，是对混凝土进行理论分析的基本依据，是研究和建立混凝土构件的承载力、变形、延性以及应用计算机进行构件的非线性全过程分析的重要依据3、混凝土的变形（一次短期加载下混凝土的变形性能）,1）单轴（单调）受力应力-应变关系,混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段作用是：超过峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段混凝土单轴受压应力-应变关系曲线,混凝土受压破坏机理可概括为：随着应力的增大，沿粗骨料界面和砂浆内部的微裂缝逐渐延伸和扩展，导致砂浆的损伤不断积累；裂缝贯通后，混凝土的连续性遭到破坏，逐渐丧失其承载力，破坏的实质是由连续材料逐步变成不连续材料的过程。