钢筋混凝土材料的物理力学性能

(协定流限)
残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取0.2 =0.85 fu
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(百度文库) 钢筋的冷加工
• 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。 • 冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高
钢材强度，节约钢筋(10%~20%)。
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(N/mm2)
冷拉控制应力
c'
c ab
冷拉经时效
d' d
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为什么棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度？ 如何换算？
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（四）轴心抗拉强度 ft
ft仅相当于fcu的1/9~1/18 测量方法：
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ft=2P/πd2
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（五）复合应力状态下的混凝土强度
实际结构中混凝土很少受于单向受力状态。更多的 是处于双向或三向受力状态。如混凝土拱坝、核电站 的安全壳等。
硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热 处理钢筋)
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(一)软钢 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point
fu
b
fy a
a’
c
d
a’为比例极限 proportional limit
e f
=Es
a为弹性极限 elastic limit
b为屈服上限 upper yield strength
c为屈服下限，即屈服强度 fy lower yield strength
cd为屈服台阶 yield plateau
de为强化段 strain hardening stage
e为极限抗拉强度 fu
ultimate tensile strength
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几个指标(Index)：
屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑 性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，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。屈服上限与加载速度有关， 不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。
随压应力增大而增大。当压应力在0.6fc左 右时，抗剪强度达到最大。
压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将
随压应力的增大而减小。
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混凝土的三向受压强度
参见图1-12。 工程应用：约束混凝土，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和 钢管混凝土柱。 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高 侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。
承受重复荷载的构件，不宜低于C20 预应力混凝土结构不应低于C30 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，
不宜低于C40
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（四） 轴心抗压强度 fc
真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。
所以是构件设计时所采用的强度种类，但还要将该标准值变为设计值。
棱柱体试件高宽比一般为h/b=3~4通常取 150mm×150mm × 300mm或 150mm× 150mm× 450mm 标准试件。
混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。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抗压强度来划分的
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（一）立方体抗压强度 fcu （参见录像01） 如何测定？ 破坏形式和原理？
混凝土的强度和哪些因素有关？如何影响？
•由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)
(Ⅱ级和Ⅲ级) 钢筋强度高，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级钢筋作箍 筋。
钢绞丝、钢丝和热处理钢筋一般用于预应力混凝土 结构。
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3
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4
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二、钢筋的力学性能
• 钢筋的－ 曲线
P
A
l P
P A
l l
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由力学性能不同分成：
软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、 冷拉钢筋)
• 钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动 荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性 质转变成脆性突然断裂的现象。
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1.2 混凝土 (Concrete)
一、混凝土的强度
混凝土的抗压强度
立方体抗压强度 混凝土的强度等级 混凝土的选用原则 轴心抗压强度
混凝土的抗拉强度 混凝土在复合应力作用下的强度
参见录象（04双向复合受力强度）
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混凝土的双向受力强度
双向受拉：强度接近
压
单向 受拉强度
双向受压：抗压强度和极 限压应变均有 所提高
一拉一压：强度降低
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拉 压
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混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
拉
压
在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度
混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小
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（二）混凝土的强度等级
水电工程根据强度，从C10~C60共划分为11个强度等级，级 差为5N/mm2。
C50以上为高强混凝土。
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补充说明：
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（三） 混凝土的选用原则
水电工程中，素混凝土结构受力不宜低于C10 钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15 当采用Ⅱ级、Ⅲ级钢筋时，装配式和薄壁结构以及
第一章 钢筋混凝土结构的材料
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1
1.1 钢筋 (Reinforcement or Rebar)
一、钢筋的品种
热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉钢筋，冷轧带肋钢筋）、热处理钢筋；钢丝和 钢绞线。
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2
参见附录二（P.333）各种钢筋的符号和强度设计值。
各种钢筋的性能和工程应用：
(Ⅰ级)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。
冷拉无时效
o
o'
残余
变形
冷拉率
• 冷拉对钢材性能的影响: 屈服强度提高了，但流幅缩短；钢材
变硬变脆了；对承受冲击荷载和重复荷载是不利的。
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（四） 钢筋的蠕变、松弛和疲劳
• 钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续 增加的现象为蠕变。
• 钢筋受力后，若保持长度不变，则其应 力随时 间增长而降低的现象称为松弛。
延 伸 率：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
5
or
10
l
l0 l0
屈 强 比反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。
弹性变形e
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残余变形r
9
(二)硬钢 无明显屈服点的钢筋
fu
0.2
a
0.2%
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——条件屈服强度