鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能(已修改)
2025-05-12 12:37 本頁(yè)面
【正文】 第二章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能 混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼筋和混凝土材料制作而成 。為了合理地進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 需要深入地了解混凝土和鋼筋的受力性能 。 對(duì)混凝土和鋼筋力學(xué)性能 、相互作用和共同工作的了解 ， 是掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能并對(duì)其進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 。 概 述 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 本章重點(diǎn) ? 熟悉土木工程用鋼筋的品種、級(jí)別、性能及其選用原則； ? 熟悉 混凝土在各種受力狀態(tài)下的強(qiáng)度與變形性能及其選用原則； ? 了解 鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能。 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 按化學(xué)成分 碳素鋼 （鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素） 低碳鋼（含碳量 %） 中碳鋼（含碳量 ~%） 高碳鋼（含碳量 ~%） 普通低合金鋼 （另加硅、錳、鈦、釩、鉻等） 錳系 硅釩系 硅鈦系 硅錳系 硅鉻系 1. 鋼筋的成分、級(jí)別和品種 含碳量越高，強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性減低 20MnSi 40Si2MnV 45SiMnTi 40Si2Mn 45Si2Cr 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 按表面形狀 光圓鋼筋 變形鋼筋 無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋（“硬鋼”） 按力學(xué)性能 有明顯屈服點(diǎn)鋼筋（“軟鋼”） 按使用用途 普通鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋 鋼筋 熱軋鋼筋： 由低碳鋼和普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成 冷拉鋼筋： 由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成 熱處理鋼筋： 將 HRB400、 RRB400鋼筋通過(guò)加熱、淬火、回火而成 按加工方法 鋼絲 碳素鋼絲： 鋼筋通過(guò)多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成 刻痕鋼絲： 在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力 鋼絞線： 幾根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 強(qiáng)度等級(jí)代號(hào) 鋼 種 符 號(hào) d/mm HPB235 Q235（低碳鋼） 6~20 HRB335 20MnSi（低合金鋼） 6~50 HRB400 20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金鋼） 6~50 RRB400 K20MnSi（低合金鋼） 8~40 表 11 常用熱軋鋼筋的種類 、 代表符號(hào)和直徑范圍 注： 第一個(gè)字母 H（ hot rolled） 表示熱軋 ， R(Remained heat treated)表示為余熱處理； 第二個(gè)字母 P(Plain)表示光圓 ， R(ribbed)表示帶肋； 第三個(gè)字母 B（ Bar）代表鋼筋； 數(shù)字 表示標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 。 ?熱軋鋼筋 余熱處理鋼筋 常用熱軋鋼筋的直徑范圍 常用熱軋鋼筋的直徑范圍 ?熱處理鋼筋 ? 熱處理鋼筋是由普通熱軋中碳合金鋼經(jīng)淬火和回火調(diào)質(zhì)熱處理制成的。熱軋的螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火熱處理的鋼筋，其強(qiáng)度更高并且具有較好的抗松弛性能，用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。 ? 是在常溫條件下，以超過(guò)原來(lái)熱軋鋼筋 屈服點(diǎn) 強(qiáng)度的拉應(yīng)力，強(qiáng)行拉伸鋼筋，使鋼筋產(chǎn)生 塑性變形 以達(dá)到提高鋼筋屈服點(diǎn) 強(qiáng)度 和節(jié)約 鋼材 的目的。但冷拉鋼筋硬度大 ,韌性差 。 ?冷拉鋼筋 ? 鋼絲：鋼絲有冷拔鋼絲（高碳鎮(zhèn)靜鋼軋制成圓盤后，經(jīng)多道冷拔工序后制成），消除應(yīng)力鋼絲（高碳鎮(zhèn)靜鋼軋制成圓盤后，經(jīng)多道冷拔，并進(jìn)行應(yīng)力消除、矯直、回火處理后制成） ,刻痕鋼絲（在光面鋼絲表面進(jìn)行機(jī)械刻痕處理制成）、螺旋肋鋼絲和低松弛鋼絲（冷拔鋼絲在張力狀態(tài)下回火而成的鋼絲）。冷拔低碳鋼絲主要用于小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，如梁、空心樓板、小型電桿。光面鋼絲刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲預(yù)應(yīng)力多孔板 ?冷拔鋼絲 ?冷拔鋼絲 光面鋼絲 刻痕鋼絲 螺旋肋鋼絲 預(yù)應(yīng)力多孔板 ? 鋼絞線：鋼絞線由多根高強(qiáng)鋼絲在絞線機(jī)上絞合，再經(jīng)低溫回火制成。按期股數(shù)可分為三股和七股。 ?冷絞線 ?冷絞線 鋼絞線 HPB235為熱軋 光面 鋼筋 ， 普通鋼筋 ， “ 軟鋼 ” HRB335和 HRB400是熱軋 變形 鋼筋 ， 普通鋼筋 ， “ 軟鋼 ” RRB400是余熱處理鋼筋 ， 余熱處理鋼筋是將屈服強(qiáng)度相當(dāng)于HRB335的鋼筋在軋制后穿水冷卻 ， 然后利用芯部的余熱對(duì)鋼筋表面的淬水硬殼回火處理而成的變形鋼筋 。 其性能接近于 HRB400級(jí)鋼筋 ， 但不如 HRB400級(jí)鋼筋穩(wěn)定 ， 應(yīng)用范圍受到限制 。 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 鋼筋的直徑范圍并不表示在此范圍內(nèi)任何直徑的鋼筋鋼廠都生產(chǎn) 。 鋼廠提供的鋼筋直徑為 6 mm， mm， 8 mm， mm， 10 mm， 12 mm， 14 mm， 16 mm， 18 mm， 20 mm， 22 mm， 25 mm， 28 mm， 32 mm， 36 mm， 40 mm和 50 mm。 其中 ， d= mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋 。 設(shè)計(jì)時(shí) ， 應(yīng)在表 11的直徑范圍和上述提供的直徑內(nèi)選擇鋼筋 。 當(dāng)采用直徑大于 40 mm的鋼筋時(shí) ， 應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗(yàn) 。 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 鋼筋表面形狀的選擇取決于鋼筋的強(qiáng)度 。 為了使鋼筋的強(qiáng)度能夠充分地利用 ， 強(qiáng)度越高的鋼筋要求與混凝土粘結(jié)的強(qiáng)度越大 。 提高粘結(jié)強(qiáng)度的辦法是 將鋼筋表面軋成有規(guī)律的凸出花紋 ， 稱為 變形鋼筋 。 HPB235鋼筋的強(qiáng)度低 ， 表面做成光面即可 。 螺旋紋和人字紋 (右圖 b， c):橫肋較密 ， 消耗于肋紋的鋼材較多 ?？v肋和橫肋相交 ， 容易造成應(yīng)力集中 ,對(duì)鋼筋的動(dòng)力性能不利 . 月牙紋 (右圖 d)。 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 人字肋鋼筋 月牙肋鋼筋 螺紋鋼筋 光圓鋼筋 （ 線材 ） 光圓鋼筋 （ 盤條 ） 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 ? ? A B’ B C D E 上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定 下屈服點(diǎn) 出現(xiàn)頸縮 拉斷 BC段為屈服平臺(tái) CD段為強(qiáng)化段 % ? ? ? 標(biāo)距 有明顯流幅的鋼筋 無(wú)明顯流幅的鋼筋 鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線幾乎相同 2. 鋼筋的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? ? A B’ B C D E 強(qiáng)度指標(biāo) * 有明顯流幅的鋼筋： 在建立鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計(jì)算理論時(shí)，以 下屈服點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋強(qiáng)度的取值（ fy ）。 一、鋼筋的物理力學(xué)性能 兩點(diǎn)簡(jiǎn)化： A. 鋼筋應(yīng)力不大于屈服點(diǎn)時(shí)應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系直服從胡克定律，處于理想彈性階段； ，假設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)件截面達(dá)到破壞時(shí)，鋼筋拉應(yīng)力保持為屈服點(diǎn)應(yīng)
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