1、第二章鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能是：混凝土結(jié)構(gòu)主要由鐵元素筋和混凝土材料組成。 為了合理地進(jìn)行混凝土構(gòu)造的修訂，需要深入了解混凝土和鐵元素筋的受力性能。 了解混凝土和鐵元素筋的力學(xué)性能、相互作用和共同作用，是掌握、分析和修訂混凝土主要構(gòu)件性能的基礎(chǔ)。 概要、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、本章的重點(diǎn)是了解土木工程用鐵元素筋的品種、等級、性能及其選擇原則熟悉混凝土在各種受力狀態(tài)下的強(qiáng)度和變形性能及其選擇原則熟悉的鐵元素筋和混凝土的粘結(jié)性能。 另一方面，鐵元素肌的物理力學(xué)性能、化學(xué)成分、碳鋼(鐵元素、碳、硅元素、錳、硫、磷等的元素體)、低碳鋼(碳含量為0.25% )、中碳鋼(碳含量為0.250.6%強(qiáng)度高，但塑性和

2、焊接性降低，20 mnsi 40 si2mnv 45 simn ti 40 si2mn45 鐵元素筋的物理力學(xué)性能、表面形狀、光圓鐵元素筋、變形鐵元素筋、沒有明顯的屈服極限鐵元素筋(“硬鋼”)的熱軋鐵元素筋：在高溫狀態(tài)下軋制低碳鋼和普通低合金鋼、冷拉伸鐵元素筋：在常溫下機(jī)械拉伸熱軋鋼筋、熱處理鋼筋：加熱、淬火HRB400、RRB400鋼筋碳鋼線：多次冷挖墻腳鐵元素筋的鋼絞線：幾條相同直徑的鋼絲被鉸接成螺旋，一、鐵元素筋的物理力學(xué)性能，一、鐵元素筋的物理力學(xué)性能，表1-1常用熱軋鐵元素筋的種類，代表符號和直徑范圍，注：第一個字母H(hot rolled )是熱軋，第r(r) 2 第三個字母B(B

3、ar )表示鐵元素條紋，數(shù)字表示標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。熱軋鐵元素筋、套熱處理鐵元素筋、常用熱軋鐵元素筋的直徑范圍、常用熱軋鐵元素筋的直徑范圍、熱處理鐵元素筋、熱處理鐵元素筋是普通熱軋中碳合金鋼材經(jīng)淬火和回火調(diào)質(zhì)熱處理而制成的。 熱軋的螺紋是經(jīng)過淬火和回火熱處理的鐵元素筋，強(qiáng)度更高，耐松弛性優(yōu)異，用于預(yù)應(yīng)力混凝土部件。 在常溫條件下，在超過原熱軋鐵元素筋屈服極限強(qiáng)度的抗拉應(yīng)力下，強(qiáng)行拉伸鐵元素筋，使鐵元素筋產(chǎn)生塑性形變，提高鐵元素筋的屈服極限強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。 但是，冷拉伸鐵元素肌硬度大，韌性差。 鐵元素筋、鋼絲：對鋼絲進(jìn)行冷拔的鋼絲(將高碳鎮(zhèn)靜鋼軋制成圓盤后，經(jīng)過多個冷拔工序而制成)、除去應(yīng)力的鋼

4、絲(將高碳鎮(zhèn)靜鋼軋制成圓盤后，經(jīng)過多個冷拔，進(jìn)行應(yīng)力除去、矯正、回火處理而制成)、切入鋼絲(光面鋼絲冷拔低光面鋼絲切入鋼絲螺旋肋鋼絲預(yù)應(yīng)力多孔板、冷拔鋼絲、冷拔鋼絲、鋼絞線：鋼絞線是由多根高強(qiáng)度鋼絲絞合后由低溫回火制成. 按期股數(shù)可分為三股和七股。冷捻線、冷捻線、鋼絞線、HPB235相當(dāng)于熱軋光面鐵元素筋、普通鐵元素筋、“軟鋼”HRB335和HRB400相當(dāng)于熱軋變形鐵元素筋、普通鐵元素筋、“軟鋼”RRB400相當(dāng)于輔助熱處理鐵元素筋、輔助熱處理鐵元素筋相當(dāng)于hrrb400，其性能相當(dāng)于HRB400級鐵元素筋一、鐵元素肌的物理力學(xué)性能、鐵元素肌的直徑范圍并不意味著在此范圍內(nèi)任何直徑的鐵元素肌鋼

5、廠都可以生產(chǎn)。 鋼廠提供的鐵元素筋的直徑為6 mm、6.5 mm、8 mm、8.2 mm、10 mm、12 mm、14 mm、16 mm、18 mm、20 mm、22 mm、25 mm、28 mm、32 mm，其中，d=8.2 mm的鐵元素筋為具有縱筋的熱處理鐵元素筋請修正為在表1-1的直徑范圍和上述提供的直徑內(nèi)選擇鐵元素筋。 采用直徑超過40 mm的鐵元素筋時，需要切實(shí)的工程經(jīng)驗(yàn)。 另一方面，鐵元素肌的物理力學(xué)性能、鐵元素肌表面形狀的選擇取決于鐵元素肌的強(qiáng)度. 為了能夠?qū)㈣F元素筋的強(qiáng)度用于一盞茶，要求強(qiáng)度越高的鐵元素筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度越大。 提高粘接強(qiáng)度的方法是將鐵元素筋的表面壓延成規(guī)則的

6、凸花紋，稱為變形鐵元素筋。 HPB235鐵元素肌強(qiáng)度低，表面為光澤面即可。 螺旋花紋和人字花紋(右圖b、c):橫肋密集，肋花紋消耗鋼材多的縱肋和橫肋交叉，容易引起應(yīng)力集中，不利于鐵元素筋的動力性能。 一、鐵元素肌的物理力學(xué)性能、人字肋鐵元素肌，一、鐵元素肌的物理力學(xué)性能、上屈服極限不穩(wěn)定，出現(xiàn)下降伏點(diǎn)、頸縮，撕裂，BC段屈服平臺CD段為強(qiáng)化段，有明顯的流寬鐵元素肌，無明顯的流寬，另一方面，鐵元素肌的物理力學(xué)性能， 兩點(diǎn)簡化： a .利用鐵元素肌應(yīng)力直接服從屈服極限以下時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系-胡克定律，處于理想的彈性階段，b .應(yīng)力強(qiáng)化階段，假定鐵元素肌混凝土構(gòu)件的截面達(dá)到破壞，則鐵元素肌抗拉應(yīng)力保

7、持在屈服極限應(yīng)力。 肌肉的極限強(qiáng)度被用作安全的儲備。 鐵元素筋：殘馀應(yīng)變?yōu)?.2%時對應(yīng)的應(yīng)力作為其強(qiáng)度限制值，稱為條件屈服強(qiáng)度，一方面稱為鐵元素筋的物理力學(xué)性能，一方面稱為鐵元素筋的物理力學(xué)性能，強(qiáng)度指標(biāo)的確定、強(qiáng)度、隨機(jī)變量， 基于統(tǒng)一修正資料，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)一修正方法確定的具有95以上保證率(鐵元素條紋為97.73% )的統(tǒng)一特征值：強(qiáng)度基準(zhǔn)值(fyk )。 鐵元素筋強(qiáng)度的設(shè)定修正值fy是鐵元素筋強(qiáng)度基準(zhǔn)值除以材料截面系數(shù)s的值，是鐵元素筋的物理力學(xué)性能、變形指標(biāo)、*伸長率：鐵元素筋撕裂后的伸長率與原來的長度之比、*冷彎曲性能：將直徑d的鐵元素筋圍繞直徑d的鋼輥以一定角度彎曲，不發(fā)生斷裂和起

8、層現(xiàn)象，防止彎曲加工關(guān)于伸長率，將鐵元素筋樣本撕裂后的切斷口兩側(cè)的殘留應(yīng)變(以百分率表示)作為伸長率，即，彎曲芯的直徑越小，彎曲角越大，塑性越好，另一方面，鐵元素筋的物理力學(xué)性能、冷拉伸、時效越少，經(jīng)時，k點(diǎn)的選擇：強(qiáng)度提高、塑性降低、 經(jīng)過冷拔、冷拔，鐵元素肌強(qiáng)度提高，塑性降低，無明顯的屈服極限和流動幅度，冷拔可在提高極限拉伸強(qiáng)度的同時提高抗壓強(qiáng)度，一方面影響鐵元素肌的物理力學(xué)性能，徐變，壞影響，一方面影響鐵元素肌的物理力學(xué)性能，四.由于鐵元素肌的徐變和松弛，反復(fù)載荷，鐵元素肌的強(qiáng)度在規(guī)定的應(yīng)力幅(一次循環(huán)應(yīng)力的最大和最小應(yīng)力的差)中，經(jīng)過一定次數(shù)的重復(fù)負(fù)荷而產(chǎn)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞

9、強(qiáng)度。 對鐵元素肌用疲勞應(yīng)力幅表示疲勞強(qiáng)度。 試驗(yàn)方法、一條鐵元素肌的軸向疲勞、鐵元素肌在混凝土中反復(fù)拉伸和彎曲、5 .鐵元素肌的疲勞、一、鐵元素肌的物理力學(xué)性能、鐵元素肌反復(fù)、受周期動載荷產(chǎn)生突然地的脆性破壞，稱為疲勞破壞。 對不同疲勞應(yīng)力比滿足循環(huán)數(shù)200萬次條件下的鐵元素肌的最大應(yīng)力值是鐵元素肌的疲勞強(qiáng)度。 另一方面，鐵元素肌的物理力學(xué)性能、規(guī)范規(guī)定了不同等級鐵元素肌疲勞應(yīng)力幅的限值，該值與截面同一纖維上鐵元素肌的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力比(疲勞應(yīng)力比)有關(guān).強(qiáng)度要求：保證經(jīng)濟(jì)性。 屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度、抗震設(shè)防時求出一定的屈強(qiáng)比，塑性要求：保證結(jié)構(gòu)的延展性，給出破壞的前兆。 伸長率和冷彎曲的要

10、求、焊接性：鐵元素筋焊接后不發(fā)生裂紋和過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。 與混凝土的粘著性：保證鐵元素筋和混凝土的共同作業(yè)。 6、混凝土結(jié)構(gòu)對鐵元素筋的要求，一、鐵元素筋的物理力學(xué)性能，一、鐵元素筋的物理力學(xué)性能，一般的鐵元素筋優(yōu)選采用HRB400級和HRB335級的鐵元素筋，節(jié)約鐵元素筋的用量。 也可以采用HPB235級和RRB400級的熱軋鐵元素筋和強(qiáng)度級低的冷拔、冷連軋和冷連軋扭鐵元素筋。 預(yù)應(yīng)力鐵元素筋最好采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、中高強(qiáng)度鋼絲，也可采用熱處理鐵元素筋。 也可以采用冷拉伸鐵元素筋和強(qiáng)度水平高的冷拉伸低碳鋼絲和冷連軋扭轉(zhuǎn)鐵元素筋。 7、鐵元素筋的選擇原則二、混凝土的物理力學(xué)性

11、能、立方形抗壓強(qiáng)度fcuk，1 )單軸承受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度，規(guī)范是以邊長150mm的立方形，在203的溫度和相對大氣濕度90以上的潮濕空氣中進(jìn)行28d養(yǎng)護(hù)，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的95保證率的抗壓強(qiáng)度基準(zhǔn)值(。、fcu、k和平均值f與標(biāo)準(zhǔn)離差f的關(guān)系是：1.混凝土抗壓強(qiáng)度，圖1-1混凝土立方形試驗(yàn)片，2，混凝土物理力學(xué)性能，我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑，壓力測試片裂紋發(fā)展會擴(kuò)張系統(tǒng)整體的解體，失去承載力， 另外，影響強(qiáng)度的要素是年齡期的非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)片： 100100 100換算系數(shù)0.95200200換算系數(shù)1.05，立方形抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土的強(qiáng)度等級的指標(biāo)，中國的規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級是：

12、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45， 混凝土Concrete、立方形抗壓強(qiáng)度、二、混凝土的物理力學(xué)性能、棱柱狀抗壓強(qiáng)度fck、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)片： 150150 300mm、二、混凝土的物理力學(xué)性能、抗壓強(qiáng)度與試驗(yàn)片形狀有關(guān)， 實(shí)際部件多為棱柱狀而不是立方形，受壓時試驗(yàn)片中部的橫向變形不受端部摩擦力限制，代表混凝土單向式全截面均一受壓的應(yīng)力狀態(tài)，比立方形試驗(yàn)片能更好地反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。 實(shí)驗(yàn)測定fck值小于fcu、k值，棱柱狀試料的屏幕縱橫比(即h/b )越大，強(qiáng)度越小。 二、混凝土的物理力學(xué)性能、軸心抗壓強(qiáng)度(棱鏡項(xiàng)目強(qiáng)度)標(biāo)準(zhǔn)值fck和立方形抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu，k之間

13、有以下?lián)Q算關(guān)系，關(guān)于棱鏡項(xiàng)目強(qiáng)度和立方形強(qiáng)度的比，在混凝土的強(qiáng)度等級為C50以下時，=0.76混凝土的強(qiáng)度等級為C80時，=0.82之間實(shí)施線性插值法， 混凝土的脆性系數(shù)在混合土的強(qiáng)度等級為C40以下時=1.0混凝土的強(qiáng)度等級為C80時=0.87之間實(shí)施線性插值法，考慮了0.88結(jié)構(gòu)中的混凝土強(qiáng)度和試驗(yàn)片混凝土強(qiáng)度的不同等要素的校正因數(shù)。 混凝土軸心極限拉伸強(qiáng)度ft，2 )單軸受力狀態(tài)下的混凝土的極限拉伸強(qiáng)度、二、混凝土的物理力學(xué)性能、試驗(yàn)機(jī)在兩端夾緊伸出的鐵元素筋，對試驗(yàn)片施加拉伸力，破壞時在試驗(yàn)片的中部產(chǎn)生龜裂，此時的平均破壞應(yīng)力為軸心極限拉伸強(qiáng)度ft。 由于混凝土部件內(nèi)部的不均勻性加上所

14、安裝的試驗(yàn)片的偏差，難以直接用抗拉試驗(yàn)測定極限拉伸強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差大。 割斷試驗(yàn)ft、s、2、混凝土的物理力學(xué)性能、試驗(yàn)片中間垂直斷面除了力點(diǎn)附近的狹窄范圍外，有均勻分布的水平抗拉應(yīng)力。 當(dāng)抗拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的極限拉伸強(qiáng)度時，試驗(yàn)片被分成兩半。 根據(jù)彈性理論，極限拉伸強(qiáng)度基準(zhǔn)值ftk和立方形抗壓強(qiáng)度基準(zhǔn)值fcu，k間的換算關(guān)系為： 2、混凝土的物理力學(xué)性能、混凝土的脆性系數(shù)、混凝土的強(qiáng)度等級為C40以下時，=1.0混凝土的強(qiáng)度等級為C80時，=0.87間實(shí)施線性插值法，得到0.88結(jié)構(gòu)中的混凝土由于軸心極限拉伸強(qiáng)度與立方形抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系，(1-1.645)0.45反映了試驗(yàn)離散程度對標(biāo)

15、準(zhǔn)值保證率的影響。 二、混凝土物理力學(xué)性能，式中c混凝土材料截面系數(shù)，建筑施工c=1.40，道路橋梁網(wǎng)絡(luò)鏈接工程c=1.45。 混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)定值fc、極限拉伸強(qiáng)度設(shè)定值ft和與其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系是，雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度、雙軸正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線、三)復(fù)合受力狀態(tài)下的混凝土的強(qiáng)度、二、混凝土的物理力學(xué)性能、雙軸拉伸(第一象限)、一和雙軸極限拉伸強(qiáng)度都接近，總是被拉伸， 另一方受到壓力(第二、四象限)，混凝土的強(qiáng)度都低于單向式拉伸或壓縮的強(qiáng)度，即雙向異信號應(yīng)力使強(qiáng)度降低，雙向受到壓力(第三象限)，一方的強(qiáng)度隨著另一方的應(yīng)力的增加而增加。 法向應(yīng)力和切應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線、二、混凝土的物理力學(xué)性能、抗剪

16、強(qiáng)度隨抗拉應(yīng)力的增大而減少，混凝土的抗壓強(qiáng)度因應(yīng)力的存在而降低。在/fc為0.50.7的情況下，抗剪強(qiáng)度隨著壓縮應(yīng)力的增大而增大，但在/fc為0.50.7的情況下，由于內(nèi)裂紋明顯發(fā)展，因此抗剪強(qiáng)度反而隨著壓縮應(yīng)力的增大而減少，沒有三向壓迫時的混凝土強(qiáng)度、圓柱體試驗(yàn)、有側(cè)方約束時的抗壓強(qiáng)度、側(cè)方約束對于混凝土的物理力學(xué)性能、混凝土常壓縱向受壓的混凝土，只要約束混凝土的橫向變形，也能夠大幅提高混凝土的耐壓度。 如果采用鋼管混凝土柱、螺旋鋼環(huán)箍柱等，能夠有效地約束混凝土的側(cè)向變形，能夠相應(yīng)地提高混凝土的耐壓力度、延性(承受變形的能力)。 二、混凝土的物理力學(xué)性能、二、混凝土的物理力學(xué)性能、二、混凝土的變形性能、混凝土的變形、非受力變形、受力變形、一次短期負(fù)荷下的變形、負(fù)荷長期作用下的變形、多次重復(fù)負(fù)荷下的變形、硬化過程中的收縮變形1 )一次短期負(fù)荷下的變形混凝土的物理力學(xué)性能，0A:第I階段(彈性階段) (=0.30.4fck )，混凝土的變形主要是骨料