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第2章 钢筋混凝土材料的物理力学性能[1].doc

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第 2 章 钢筋混凝土材料的物理力学性能[1]2 钢筋混凝土材料的物理力学性能 [本章学习重点] 1. 掌握钢筋的力学性能:①应力—应变曲线。②塑性性能——伸长率、冷弯性能。③钢筋的冷加工性能——冷拉、冷拔。④钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求。2. 掌握混凝土的力学性能:①混凝土的强度——立方体强度、抗压强度(棱柱体强度) 、抗拉强度、复合应力下的强度。②混凝土的变形——混凝土一次加载时的应力—应变曲线、混凝土的弹性模量和变形模量、混凝土的收缩和徐变。 3. 理解并掌握粘结力的作用和组成。 2.1 钢 筋 2.1.1 钢筋的级别和品种 钢筋按照生产工艺和力学性能不同可以分为:①热轧钢筋;②冷拉钢筋;③钢丝和钢绞线; ④热处理钢筋。 一般普通混凝土结构所用钢材为热轧钢筋和冷拉钢筋,预应力混凝土结构所用钢筋为高强钢丝、钢绞线、热处理钢筋和冷拉钢筋。 2.1.2 钢筋的力学性能 (1)应力—应变曲线(如图 2.1 所示) 。 屈服强度—— s . 是钢筋的关键强度指标,在结构设计中,构件中钢筋的强度值以此为依据得到。 (2)伸长率——拉伸前构件长度为 l ,拉断后构件的长度为 l. ,则钢筋的伸长率为: .100% . . . l . l l (2.1) 伸长率反映了构件的塑性变形能力。 (3)冷弯性能——冷弯性能反映了钢筋的塑性性能,冷弯以冷弯角度来反映,冷弯角度越大则钢筋的塑性性能越好。 (4)没有明显屈服点的钢筋取残余应变 . 0.2% 的应变对应的应力 0.2 . 作为条件屈服应力,如图 2.2 所示。 (5)钢筋的冷拔和冷拉。 1)钢筋的冷拔。 将光圆钢筋用强力拉拽,使钢筋通过比其原直径稍小的硬质合钢模具,迫使钢筋截面缩小而长度增加,如图 2.3 所示。 图 2.1 钢筋应力—应变曲线 a 点:比例极限 b 点:弹性极限 c 点:屈服强度 cd :屈服台阶 e 点:极限强度 经过多次冷拔后可以使钢筋强度提高,但是钢筋塑性性能大大降低,一般一根.6 钢筋,经过 3 次冷拔后为. 3 钢丝,其强度可由 260 N mm2 提高到 750 N mm2 ,但伸长率由最初的 21.9% 减小到 3.3%,如图 2.4 所示。 2)钢筋的冷拉。 将钢筋冷拉超过屈服强度到上升段,经过一定的时效后,钢筋的强度有所提高,但是其塑性变形能力有所降低,如图 2.5 所示。 (6)钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求可分以下 4 个方面: 1)强度。较高的钢筋强度可节约钢材、降低成本。 2)塑性。钢筋混凝土结构要求要求钢筋要有足够的塑性变形能力,这样可在破坏前给使用者以警告。 图 2.4 多次冷拔的应力—应变曲线 图 2.5 钢筋冷拉后其应力—应变曲线 图 2.2 没有明显屈服台阶 图 2.3 钢筋冷拔示意图 的钢筋应力—应变曲线 3)钢筋与混凝土之间的粘结强度的要求。为了保证钢筋与混凝土之间的共同工作,要求两者之间应具有足够的粘结强度。 4)可焊性的要求。由于大量的钢筋在结构中需要焊接,钢筋混凝土结构要求钢筋有较好的可焊性。 2.2 混凝土 2.2.1 混凝土的强度 (1)立方体抗压强度 fcuk。 我国《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)规定,采用边长 150 mm 的立方体,在温度为 20℃±3℃,相对温度在 90%以上的潮湿空气中养护 28 天,按标准试验方法加压到破坏,所测得的具有 95%保证率的抗压极限强度值,确定为混凝土的立方体标准强度,用 fcuk 表示。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值来确定。强度等级有C10,C15,······C60 共 10 级。 非标准试块——200mm, 1.05 200 cuk cuk f . . f 100mm, 0.95 100 cuk cuk f . . f (2)轴心抗压强度 fc。 用 150mm.150mm. 450mm 或 100mm.100mm. 300mm 等尺寸制作成棱柱体试件,测得的抗压强度用 fc 表示, fc 的平均值 ck f 可用 fcuk 表示: ck f =0.76 fcuk 引入尺寸、制作和养护条件等方面的差异: ck f =0.88. 0.76 fcuk= fcuk 0.67. c ck c f f . . (2.2) (3)轴心抗拉强度。 用轴心抗拉和劈裂两种方法来测试,其抗拉强度平均值也可由立方体抗拉强度的平均值fcuk . 表示,即: 0.26 2 / 3 tk cuk f . f 乘以修正系数 0.88: . 0.88. 0.395 0.55 (1 .1.645. )0.45 tk cuk f f c tk t f f . . (2.3) (4)复合应力状态下的强度。 1)双向应力状态下的强度见图 2.6。 2)三向受压的混凝土强度见图 2.
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