鋼筋與混凝土的力學(xué)性能

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1、本節(jié)主要論述混凝土的力學(xué)性能（混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度；混凝土的變形和混凝土的選用）和鋼筋的力學(xué)性能。重點(diǎn)討論鋼筋與混凝土之間的相互作用——粘結(jié)力。它們是學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和構(gòu)造要求的基礎(chǔ)。本章提要第二章鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能本節(jié)內(nèi)容2.1鋼筋的力學(xué)性能2.2混凝土的力學(xué)性能2.3鋼筋與混凝土的相互作用－粘結(jié)力2.1.1鋼筋的品種我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦的鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通低合金鋼制成。按外形分類，可分為光圓鋼筋、帶肋鋼筋、刻痕鋼筋。按加工方法分有以下幾類（見圖）：1.熱軋鋼筋（低碳鋼和普通低合金鋼在高溫下軋制而成）2.冷加工鋼

2、筋（冷拉和冷拔鋼筋）3.熱處理鋼筋（利用熱軋鋼筋的余熱進(jìn)行淬火、回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋）4.鋼絲（高碳圓鋼經(jīng)過加熱、淬火、冷拔、回火等工藝制成）5.鋼絞線（是將多根碳素鋼絲用絞盤絞制而成）2.1鋼筋的力學(xué)性能強(qiáng)度高，塑性低強(qiáng)度高，粘結(jié)性好強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼　筋熱軋鋼筋鋼絲鋼絞線熱處理鋼筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圓鋼筋變形鋼筋變形鋼筋變形鋼筋非預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度塑性弱強(qiáng)高低2.1.1鋼筋的品種常用鋼筋形式人字紋鋼筋有屈服點(diǎn)的鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得出的典型應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖2.1所示。其中頸縮現(xiàn)象如圖2.2。對(duì)于有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋取其屈服強(qiáng)度

3、作為鋼筋強(qiáng)度的限值——強(qiáng)度指標(biāo)。2.1.2鋼筋的強(qiáng)度和變形1.有屈服點(diǎn)的鋼筋反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)是伸長率和冷彎性能。伸長率是鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長的比率。應(yīng)按下式計(jì)算：圖2.1鋼筋的應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖2.2鋼筋的頸縮無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得出的典型應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖2.3所示。實(shí)際設(shè)計(jì)中通常取相應(yīng)于殘余應(yīng)變?chǔ)?0.2%時(shí)的應(yīng)力σ0.2作為名義屈服點(diǎn)，即條件屈服強(qiáng)度。對(duì)于無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，由于其條件屈服點(diǎn)不容易測定，因此，這類鋼筋的質(zhì)量檢驗(yàn)以其極限強(qiáng)度作為主要指標(biāo)?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，條件屈服強(qiáng)度σ0.2取極限強(qiáng)度σb的0.8倍，即

4、：σ0.2=0.8σb2.無屈服點(diǎn)的鋼筋圖2.3無明顯屈服點(diǎn)鋼筋鋼筋在常溫下的加工稱為冷加工，常用冷拉、冷拔等方法。其目的就是使鋼筋的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而提高鋼筋的強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼筋的目的。(1)冷拉冷拉是把鋼筋張拉到應(yīng)力超過屈服點(diǎn)的某一應(yīng)力值，然后放松鋼筋，經(jīng)時(shí)效硬化后再張拉鋼筋時(shí)，則應(yīng)力－應(yīng)變曲線將發(fā)生變化，如圖2.4所示。3.鋼筋的冷加工圖2.4鋼筋冷拉的應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖2.5鋼筋冷拔示意圖(2)冷拔冷拔是在常溫下將鋼筋（熱軋HPB235）用強(qiáng)力拔過比它直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，如圖2.5，拔成比原來直徑小的鋼絲。對(duì)特定鋼號(hào)的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理不降低強(qiáng)度的前

5、提下，消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力，改善塑性和韌性強(qiáng)度提高塑性降低4.鋼筋的熱處理(1)鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010—2002）規(guī)定，材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不少于95%保證率。熱軋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強(qiáng)度確定，用fyk表示。預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)極限抗拉強(qiáng)度確定，用fptk表示。5.鋼筋的計(jì)算指標(biāo)HPB235(Ⅰ級(jí)鋼):光面,錨固性能差HRB335,HRB400(Ⅱ,Ⅲ級(jí)鋼):強(qiáng)度高,延性好,錨固性能好新規(guī)范推薦使用HRB400(鋼筋規(guī)格齊全)(2)鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，鋼筋應(yīng)采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

6、。鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù)γs，按不同鋼筋種類，分別取γs=1.10?1.20。蠕變應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)力降低對(duì)結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施疲勞鋼筋在周期性重復(fù)荷載作用下會(huì)發(fā)生疲勞破壞。疲勞強(qiáng)度是指在規(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。對(duì)鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來表示其疲勞強(qiáng)度。6.鋼筋的蠕變、松弛和疲勞（1）有較高的強(qiáng)度和適宜的屈強(qiáng)比。（2）有良好的塑性，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在破壞前有明顯的預(yù)兆。（3）鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力。（4）具有良好的可焊性。（

7、5）在寒冷地區(qū)，鋼筋的低溫性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工鋼筋，以免發(fā)生脆性破壞。2.1.3鋼筋的選用1.混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求具體工程中，現(xiàn)澆樓板的鋼筋和梁柱的箍筋多采用HPB235級(jí)鋼筋；梁柱的受力筋多采用HRB335、HRB400和RRB400級(jí)鋼筋；尺寸較大的構(gòu)件有時(shí)也采用HRB335級(jí)鋼筋作箍筋。2.鋼筋的選用1.屈服強(qiáng)度是鋼筋最關(guān)鍵的質(zhì)量指標(biāo)。在一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中取屈服強(qiáng)度(或條件屈服強(qiáng)度)作為可以利用的應(yīng)力上限,也就是鋼筋的強(qiáng)度。2.極限強(qiáng)度(抗拉,抗壓,抗剪強(qiáng)度)是材料能承受的最大應(yīng)力。當(dāng)接近此強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)