混凝土结构基本原理_第2章_混凝土结构材料的物理力学性能.ppt

§2.2 钢筋的物理力学性能 2.2.1 钢筋的品种与级别 常用钢筋的品种及分类 按化学成分 碳素钢 根据含碳量的多少，又可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢 含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性降低 普通低合金钢 合金元素使得钢材的强度提高、性能改善 应严格控制有害成分硫（S，使钢具有热脆性）、磷（P使钢具有冷脆性） 按钢筋加工的方法可分为 热轧钢筋（hot-rolled steel bar） 根据其力学指标（屈服强度标准值 fyk ）的高低，又可分为 HPB300级（Ⅰ级，符号1）（Hot-rolled Plain Bar） HRB335级（Ⅱ级，符号2）（Hot-rolled Ribbed Bar） HRB400级（Ⅲ 级，符号3），RRB400级（余热处理Ⅲ 级，符号3R）， HRBF500级HRBF HRB500级（IV级），HRBF500级 热轧钢筋可再加工（如冷轧、热处理）成其它品种的钢筋 钢丝（steel wire） c. 钢铰线（strand） 热处理钢筋（heat-treated steel bar） 预应力螺纹钢筋（Screw-thread steel bars for prestressing of concrete） 冷轧带肋钢筋采用普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧盘圆为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成具有三面或两面月牙形横肋的钢筋 二面肋 三面肋 冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 冷轧扭钢筋以热轧Ⅰ级盘圆为原料，经专用生产线，先冷轧扁，再冷扭转，从而形成系列螺旋状直条钢筋 返回 按钢筋的外形 柔性钢筋（普通钢筋） 据其外形又可分为： 光圆钢筋（plain bar） 如Ⅰ级钢筋 带肋钢筋（ribbed bar， ribbed reinforced bar ） 如Ⅱ、Ⅲ级钢筋（常又称为变形钢筋，deformed bar） 肋纹可以是：人字纹、螺纹、月牙纹、竹节纹 劲性钢筋（各种型钢、钢轨、或型钢与钢筋焊成的骨架） 采用Ⅰ级钢筋的剪力墙 Ⅰ级钢筋盘圆 盘圆放开 钢筋调直机 钢筋切断 钢筋切断 返回 钢筋切断机 变形钢筋（直条） 返回 月牙纹钢筋 返回 屈服台阶BC 应力基本不变，应变急速增长。 强化段CD 应变增长较快，应力有一定幅度的增长。极限应力点D是确定极限强度的依据。 上升段OA 应力和应变成比例变化，A点为比例极限。 通过钢筋的应力－应变曲线描述 有明显屈服点（流幅）的钢筋，即软钢 主要是指：热轧钢筋（低碳钢、低合金钢） 应力－应变曲线的主要特征 2.2.2 钢筋的强度与变形 颈缩段DE 应力下降，应变仍然增长，出现颈缩现象。 上升段AB A点以后 ，应变较应力增长快。B点为屈服上限，其值通常不稳定；B点为屈服下限，它是确定屈服强度的依据。 屈服强度 fy 钢筋屈服后，会产生过大的塑性变形，构件产生不适于继续承载的过大变形或过宽的裂缝，故在钢筋屈服强度的确定时不能利用钢筋强化段的能力。 伸长率和冷弯性能 伸长率（延伸率） 钢筋拉断后的伸长值与原长的比率： 冷弯性能 将直径为d的钢筋按一定弯心直径D弯曲到规定的角度 ——设计取用的应力上限值，强度指标 ——钢筋的塑性变形能力 强度等级的划分 HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级 强度等级提高→屈服强度、极限抗拉强度增长，延伸率和流幅降低，弹性模量变化不大 高碳钢制成的钢丝、钢铰线；热处理钢筋 典型的应力－应变曲线 主要特征： 无明显屈服点、塑性性能相对差。 以极限应力点σb为界，分成上升段 和下降段。 条件屈服点σ0.2 极限抗拉强度σb 的 85％（设计取用的应力上限值）， 对应的残余应变为 0.2％ 无明显屈服点的钢筋，即硬钢 冷拉 冷拉工艺 冷拉效果 只提高抗拉强度，不提高抗压强度 温度超过700℃时，冷拉钢筋恢复到冷拉前的性能 冷拉硬化：冷拉后，钢筋屈服强度提高，塑性下降的现象 时效强化：经过一段时间后，钢筋屈服应力超过张拉控制应力的现象 钢筋的冷加工 冷拔工艺 以Ⅰ级光园钢筋为母材，将其多次强力拉拔通过小于钢筋 直径的硬质合金拔丝模而成。 冷拔效果 钢筋同时受到纵向拉力和轴向压力的作用 不仅提高抗拉强度，还同时提高抗压强度 强度大大提高，塑性大大降低 冷拔丝呈硬钢性质 冷拔 双直线模型 适用于流幅较长的低强度钢筋 理想的弹－塑性模型 2.2.3 钢筋应力－应变曲线的数学模型 适用于流幅较短的软钢 理想的弹－塑性模型加硬化 三折线模型 适用于没有明显流幅的高强钢筋或钢丝 双折线模型 疲劳破坏的现象及原因 现象：在重复、周期的动