建筑结构结构材料的力学性能教学PPT

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1、第三章第三章 结构材料的力学性能结构材料的力学性能钢钢 材材11:134一、钢筋的种类及选用一、钢筋的种类及选用强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高预应力钢筋钢筋热轧钢筋钢 丝钢绞线热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋强度塑性弱强高低Fig. Fig. 我国常见钢筋外形我国常见钢筋外形普通钢筋强度标准值（N/mm2）种 类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400二、钢筋的力学性能二、钢筋的力学

2、性能a.a. 有明显屈服点（软钢）有明显屈服点（软钢）0 0 d da ab bc ce e oaoa弹性阶段弹性阶段bcbc屈服阶段屈服阶段cdcd硬化阶段硬化阶段 dede颈缩阶段颈缩阶段 d d0 0 条件屈服点条件屈服点 0.20.2 是残余应是残余应变为变为0.2%0.2%时的应力时的应力c c条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2=0.85 f=0.85 fu ub.b. 无明显屈服点（硬钢）无明显屈服点（硬钢）c c 0.20.20.2%0.2%a a比例极限比例极限f fp p c c屈服强度屈服强度f fy y d d极限强度极限强度f fu u 1. 1. 强度相关强度相关

3、是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据屈强比反映钢筋的强度储备，屈强比反映钢筋的强度储备，f fy y/ /f fu u=0.60.7=0.60.7。 fy yEsyyysfE 冲击韧性冲击韧性：是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材对于冲击荷载的承受能力。对于冲击荷载的承受能力。2. 2. 塑性性能塑性性能伸长率伸长率：钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变化率，是衡量钢材变形能力的重要指标。化率，是衡量钢材变形能力的重要指标。冷弯指标：冷弯指标：是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板，是检验钢材冷

4、加工性能的指标，对于钢筋与钢板，其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径其冷弯指标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径（相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。（相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。伸长率伸长率: :0010or 5lll 越大越大, , 钢筋延性或塑性越好钢筋延性或塑性越好3. 3. 钢材的加工性能钢材的加工性能常见的建筑工程钢材加工有常见的建筑工程钢材加工有冷加工、热加工冷加工、热加工两类：两类：冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔；冷加工：板材、线材的冷弯；线材的冷拉、冷拔；热加工：焊接。热加工：焊接。冷拉后的钢筋没有明显的屈服阶段，如冷拉后的钢筋没有明显

5、的屈服阶段，如B B图。图。冷拉卸载后经过一段时间的停滞，再对冷拉卸载后经过一段时间的停滞，再对其张拉，会重新恢复屈服阶段而呈现出其张拉，会重新恢复屈服阶段而呈现出屈服强度提高的应力应变图形；这种现屈服强度提高的应力应变图形；这种现象被称为象被称为冷做硬化冷做硬化现象；现象；冷拉仅提高钢筋的抗拉强度，不提高其冷拉仅提高钢筋的抗拉强度，不提高其抗压强度；抗压强度；0 0A AB B冷拉冷拉冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其通过小直径的硬质合金模具，使其截通过小直径的硬质合金模具，使其截面减小而长度增长；面减小而长度增长；冷拔后的钢筋的强度会大大提高；冷拔后的钢筋的强

6、度会大大提高；冷拔后钢筋的塑性会降低；冷拔后钢筋的塑性会降低；冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同一种钢筋。一种钢筋。0冷拔冷拔混混 凝凝 土土水泥水泥+ 水水石子、沙子石子、沙子混凝土混凝土水泥胶体水泥胶体粗细骨料粗细骨料一、混凝土的强度一、混凝土的强度1. 立方体抗压强度:fcuka.a. 定定 义：义：为为150mm的立方体试件，在的立方体试件，在28天龄期单轴抗压强度天龄期单轴抗压强度150mm150mm150mm150mm150mm150mmb.b.强度等级：强度等级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50C80C15,C20,C2

7、5,C30,C35,C40,C45,C50C80共共1414级级C C 混凝土混凝土1515立方体抗压强度的标准值为立方体抗压强度的标准值为15N/mm15N/mm2 2每一批混凝土都要留试块，用于检查质量每一批混凝土都要留试块，用于检查质量 2.2. 轴心抗压强度轴心抗压强度 fck设计强度指标设计强度指标a.a.定义：定义： 轴心抗压强度是指按照标准方法制作轴心抗压强度是指按照标准方法制作养护的截面为养护的截面为150mm150mm高高300mm的棱柱体，在的棱柱体，在28天龄期用标准天龄期用标准试验方法测得的抗压强度。试验方法测得的抗压强度。150mm150mm300mm300mmb.b

8、.折算公式：折算公式：kcuckff,.21880 1 轴心抗压强度与立方体抗压强度比值轴心抗压强度与立方体抗压强度比值2 高强混凝土脆性折减系数高强混凝土脆性折减系数0.880.88经验折减系数经验折减系数3. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的的5%10%5%10%二、混凝土的变形二、混凝土的变形OA弹性阶段弹性阶段AB微裂缝开展微裂缝开展BC弹塑性，竖向裂缝形成弹塑性，竖向裂缝形成CD下降段下降段混凝土是弹塑性材料混凝土是弹塑性材料规范规范提出的混凝土应力提出的混凝土应力- -应变曲线表达式应变曲

9、线表达式原点弹性模量定义：过原点作切线的斜率取值：变形模量割线模量：原点和任意点作割线的斜率。切线模量：过任一点作切线的斜率为时的切线模量剪切模量：根据弹性模量和泊松比确定： kcucfE,57 .342 . 210cccecccecccEEccccEEG4 . 0) 1(2混凝土的变形模量混凝土的变形模量a. 原原 因因 ：水分蒸发；凝胶体收缩：水分蒸发；凝胶体收缩c.影响因素：配合比、养护、体表比影响因素：配合比、养护、体表比b. 影影 响：响：a) 构件产生裂缝；构件产生裂缝；b) 引起预应力损失引起预应力损失1. 收缩收缩 砼在空气中硬化体积减小的现象砼在空气中硬化体积减小的现象收缩收

10、缩 徐变徐变c.影响因素：配合比、养护、应力条件影响因素：配合比、养护、应力条件b. 对构件影响：对构件影响：a) 增大变形；增大变形；b) 引起内力重分布；引起内力重分布；c) 引起预应力损失引起预应力损失2. 徐变徐变砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形a. 原因原因 ：水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展水泥胶凝体的流动性及内部微裂缝开展建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于低于C15;C15;当采用当采用HRB335HRB335级钢筋时，不宜低于级钢筋时，不宜低于C20;C20;当采用当采用HR

11、B400HRB400和和RRB400RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于件，不得低于C20;C20;预应力混凝土结构不应低于预应力混凝土结构不应低于C30;C30;采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于宜低于C40.C40.三、混凝土的选用三、混凝土的选用第第3节节 钢筋与混凝土的相互作用粘结力钢筋与混凝土的相互作用粘结力一、粘结力的概念一、粘结力的概念若钢筋与混凝土有相对变形（滑移），应会在钢筋和混凝土若钢筋与混凝土有相对变形（滑移），应会在钢筋和混凝土交界面上，产生沿钢筋轴线方向的相互作用力

12、。交界面上，产生沿钢筋轴线方向的相互作用力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。（1） 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力摩擦力；（2） 混凝土颗粒与钢筋表面产生的混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力化学粘合力；（3）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的）由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力机械咬合力。二、粘结力的组成二、粘结力的组成 （1 1）粘结应力按曲线分布，）粘结应力按曲线分布，最大粘结应力在离开端部的某最大粘结应力在离开端部的某 一位置出现一位置出现，且随拔出力的大小

13、而变；，且随拔出力的大小而变； （2 2）钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但）钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但埋入过长则尾部埋入过长则尾部 的粘结力很小，甚至为零的粘结力很小，甚至为零； （3 3）粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大；）粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大； （4 4）变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大；）变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大； 但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。 三、影响粘结力因素三、影响粘结力因素拔出试验拔出试验:测定粘结力测定粘结力 粘结强度粘结强度: 钢筋与砼的粘结面上所能承受钢筋与砼的粘结面上所能承受 平

14、均剪应力的最大值平均剪应力的最大值。dlFb四、保证钢筋和混凝土间的粘结措施四、保证钢筋和混凝土间的粘结措施（一）保证锚固粘结应力的可靠传递（一）保证锚固粘结应力的可靠传递yatfldf锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数(P22) 0.170.160.130.190.140.16钢筋外形钢筋外形系数系数 七股钢七股钢绞线绞线三股钢三股钢绞线绞线螺旋肋螺旋肋钢丝钢丝三面刻三面刻痕钢丝痕钢丝带肋钢带肋钢筋筋光面钢光面钢筋筋钢筋类型钢筋类型基本锚固长度的修正基本锚固长度的修正:见见P221、纵向受拉钢筋的、纵向受拉钢筋的基本锚固长度基本锚固长度2、框架梁纵向钢筋在边支座处的锚固、框架梁纵向钢筋在边

15、支座处的锚固为什么要求水平段为什么要求水平段0.4La0.4La？M 图图( (二二) )钢筋锚固长度不够时的措施钢筋锚固长度不够时的措施末端与短钢筋双面贴焊末端与短钢筋双面贴焊末端带末端带135135 弯钩弯钩末端与钢板穿孔塞焊末端与钢板穿孔塞焊2 2、一定的搭接长度、一定的搭接长度钢筋搭接钢筋搭接fy fy1.3lll ll l搭接区搭接区钢筋净间距钢筋净间距的减小的减小使得粘结强度降低。因此使得粘结强度降低。因此规范规范取取为为乘与一个乘与一个的的系数。系数。ll =z la 搭接接头面搭接接头面 积百分率（积百分率（% %） 2550100z z1.21.41.6v规范规定，两搭接接头

16、的中心距应不小于1.3l1，否则，则认为两搭接接头属于同一搭接范围。v对于纵向受压钢筋，其搭接长度不应少于0.7l1，且不小于200mm。 v在纵向受力钢筋搭接长度范围内应加密配置箍筋，见图，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。 v在锚固区或受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋以改善钢筋与混凝土的粘结性能。v在锚固长度范围内，箍筋直径不宜小于锚固钢筋直径的1/4，间距不应大于单根锚固钢筋直径的10倍(采用机械锚固措施时不应大于5倍)，在整个锚固长度范围内箍筋不应少于3个。v 在受力钢筋搭接长度范围内，箍筋直径不宜小于搭接钢筋直径的1/4；箍筋间距在钢筋受拉时不大于100mm且不大于搭接钢筋

17、较小直径的5倍，在钢筋受压时不大于200mm且不大于搭接钢筋较小直径的10倍。锥螺纹钢筋连接锥螺纹钢筋连接2.4一般构造规定第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定挤压钢筋连接挤压钢筋连接第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定 钢筋机械连接的方法之一为螺纹套筒连接。早期多为车销锥螺纹套筒钢筋机械连接的方法之一为螺纹套筒连接。早期多为车销锥螺纹套筒连接，后改进为与母材等强的滚轧（或镦粗）直螺纹套筒连接。连接，后改进为与母材等强的滚轧（或镦粗）直螺纹套筒连接。 锥螺纹加工锥螺纹加工钢筋机械连接钢筋机械连接螺纹套筒连接螺纹套筒连接 钢筋机械接头的加工及现场安装多采用专业分包的形式，图为滚轧钢钢筋机

18、械接头的加工及现场安装多采用专业分包的形式，图为滚轧钢筋直螺纹的机械加工。筋直螺纹的机械加工。 已加工的滚轧直螺纹已加工的滚轧直螺纹 柱子钢筋连接时，顶部的柱子钢筋连接时，顶部的工人将钢筋插入柱箍内侧，底工人将钢筋插入柱箍内侧，底部工人将加工的钢筋端部螺牙部工人将加工的钢筋端部螺牙对准套筒，中部的工人用专用对准套筒，中部的工人用专用扳手旋紧螺纹，形成三人基本扳手旋紧螺纹，形成三人基本组合作业组。组合作业组。 钢筋机械连接钢筋机械连接冷压套筒连接冷压套筒连接 冷压套筒钢筋连接是利用钢套筒的变形，与变形钢筋咬合冷压套筒钢筋连接是利用钢套筒的变形，与变形钢筋咬合在一起形成良好的连接。由于钢套筒的长度

19、相对长，其经济指在一起形成良好的连接。由于钢套筒的长度相对长，其经济指标比滚轧直螺纹套筒连接差，现逐渐被直螺纹套筒连接取代。标比滚轧直螺纹套筒连接差，现逐渐被直螺纹套筒连接取代。 冷压套筒连接主要为径向冷压技术。图为当年南京冷压套筒连接主要为径向冷压技术。图为当年南京古南都饭店的地下室底板古南都饭店的地下室底板40钢筋的钢筋的8000个接头应用个接头应用了该技术。了该技术。电渣压力焊是粗钢筋焊接连接的一种方法。其接头费用低，经济电渣压力焊是粗钢筋焊接连接的一种方法。其接头费用低，经济实用，适用于实用，适用于1828的竖向钢筋连接。的竖向钢筋连接。钢筋焊接连接钢筋焊接连接电渣压力焊电渣压力焊将被

20、连接钢筋插入夹钳将被连接钢筋插入夹钳向焊剂盒内倒入焊剂向焊剂盒内倒入焊剂将电极钳夹住被连钢筋将电极钳夹住被连钢筋摇动手柄轻提上钢筋引弧摇动手柄轻提上钢筋引弧 引弧后连续通电，钢筋端面在渣池中熔化，熔化到引弧后连续通电，钢筋端面在渣池中熔化，熔化到一定量时加压挤压。一定量时加压挤压。打开焊接盒，回收焊剂打开焊接盒，回收焊剂渣壳包裹着钢筋接头，并保温渣壳包裹着钢筋接头，并保温 敲除渣壳，露出具有金属光泽的电渣压力焊接头。敲除渣壳，露出具有金属光泽的电渣压力焊接头。钢筋气压焊是一种经济不用电的钢筋连接方法，图为日本钢筋气压焊是一种经济不用电的钢筋连接方法，图为日本在多层住宅楼的梁中将气压焊应用于水平

21、钢筋的连接。在多层住宅楼的梁中将气压焊应用于水平钢筋的连接。钢筋焊接连接钢筋焊接连接气压焊气压焊 图为在南京古南都饭店工程地下室施工工地上，进行钢筋气图为在南京古南都饭店工程地下室施工工地上，进行钢筋气压焊应用的表演。操作工人将夹钳夹住上、下钢筋端部，点燃压焊应用的表演。操作工人将夹钳夹住上、下钢筋端部，点燃气压焊的焊炬。气压焊的焊炬。 焊炬点燃后，套入钢筋连接部位，先用强焊炬点燃后，套入钢筋连接部位，先用强焰焰对连对连接部位上下轻微移动加热。接部位上下轻微移动加热。 用强用强焰焰对钢筋端面加热后，集中用中焰。加热，使对钢筋端面加热后，集中用中焰。加热，使钢筋连接的两端面加热至热塑状态。钢筋连接的两端面加热至热塑状态。待钢筋两连接端面加热至热塑状态后，连接手待钢筋两连接端面加热至热塑状态后，连接手动液压加压器，逐渐对上、下两钢筋加压。动液压加压器，逐渐对上、下两钢筋加压。 边加压边加热，两钢筋连接端面紧密接触在一起，金边加压边加热，两钢筋连接端面紧密接触在一起，金属原子互相扩散，形成有效的连接。属原子互相扩散，形成有效的连接。加热加压的钢筋连接头呈红热竹节状，夹钳的刚度很重要。加热加压的钢筋连接头呈红热竹节状，夹钳的刚度很重要。