2混凝土结构材料地物理力学性能.doc

实用标准文案 PAGE 精彩文档 2混凝土结构材料的物理力学性能 本章提要 钢筋和混凝土的物理力学性能以及共同工作的性能直接影响混凝土结构和构件的性能，也是混凝土结构计算理论和设计方法的基础。本章介绍了钢筋和混凝土在不同受力条件下强度和变形的特点，以及这两种材料结合在一起共同工作的受力性能。 2.1钢筋 2.1.1钢筋的品种和级别 混凝土结构中使用的钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。碳素钢除含有铁元素外，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%~0.6%）和高碳钢（含碳量为0.6%~1.4%），含碳量越高，钢筋的强度越高，但塑性和可焊性越低。普通低合金钢除含有碳素钢已有的成分外，再加入一定量的硅、锰、钒、钛、铬等合金元素，这样既可以有效地提高钢筋的强度，又可以使钢筋保持较好的塑性。由于我国钢材的产量和用量巨大，为了节约低合金资源，冶金行业近年来研制开发出细晶粒钢筋，这种钢筋不需要添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，就可以达到与添加合金元素相同的效果，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。 按照钢筋的生产加工工艺和力学性能的不同，《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）规定用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中的钢筋或钢丝可分为热轧钢筋、中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋等，见附表4和附表5。 热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在温度状态下轧制而成，有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率较大。热轧钢筋根据其强度的高低可分为HPB300级（符号）、HRB335级（符号）、HRBF335级（符号）、HRB400级（符号）、HRBF400级（符号）、RRB400级（符号）、HRB500级（符号）、HRBF500级（符号）。其中HPB300级为光面钢筋，HRB335级、HRB400级和HRB500级为普通低合金热轧月牙纹变形钢筋，HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级为细晶粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400级为余热处理月牙纹变形钢筋，余热处理钢筋是由轧制的钢筋经高温淬水、余热回温处理后得到的，其强度提高，价格相对较低，但可焊性、机械连接性能及施工适应性稍差，可在对延性及加工性要求不高的构件中使用，如基础、大体积混凝土以及跨度及荷载不大的楼板、墙体。 中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋是用于预应力混凝土结构的预应力筋。其中。中强度预应力钢丝的抗拉强度为800~1270N，外形有光面（符号）和螺旋筋（符号）两种；消除应力钢丝的抗拉强度为1470~1860，外形也有光面（符号）和螺旋筋（符号）两种；钢绞线（符号）抗拉强度为1570~1960，是由多根高强钢丝扭结而陈，常用的有1×7（7股）和1×3（3股）等；预应力螺纹钢筋（符号）又称精轧螺纹粗钢筋，抗拉强度为980~1230，是用于预应力混凝结构的大直径高强度钢筋，这种钢筋在轧制时沿钢筋的纵向全部轧有规律性的螺纹肋条，可用螺丝套筒连接和螺帽锚固，不需要再加工螺丝，也不需要焊接。 常用钢筋、钢丝和钢绞线的外形如图2.1所示。 冷加工钢筋在混凝土结构中也有一定应用。冷加工钢筋是将某些热轧光面钢筋（称为母材）经冷拉、冷拔或冷轧、冷扭等工艺进行再加工而得到的直径较细的光面钢筋和冷轧扭钢筋等。热轧钢筋经冷加工后强度提高，但塑性（伸长率）明显降低，因此冷加工钢筋主要用于延性要求不高的板类构件，或作为非受力构造钢筋。由于冷加工钢筋的性能受母材和冷加工工艺影响较大，《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中未列入冷加工钢筋，工程应用时可按相关的冷加工钢筋技术标准执行。 2.1.2钢筋强度和变形 2.1.2.1钢筋的应力-应变关系 根据钢筋单调受拉时应力-应变关系特点的不同，可分为有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋两种，习惯上也分别称为软钢和硬钢。一般热轧钢筋属于有明显屈服点的钢筋，而高强钢丝等多属于无明显屈服点的钢筋。 (1)有明显屈服点钢筋 有明显屈服点钢筋拉伸时的典型应力-应变曲线（曲线）如图2.2所示。图中a点称为比例极限，a点称为弹性极限，通常a和a点很接近。B点称为屈服上限，当应力超过b点后，钢筋即进入塑性阶段，随之应力下降到c点（称为屈服下限），c点以后钢筋开始塑性流动，应力不变而应变增加很快，曲线为一水平段，称为屈服台阶。屈服上限不太稳定，受加载速度、钢筋截面形式和表面光洁度的影响而波动，屈服下限则比较稳定，通常以屈服下限c点的应力作为屈服强度。当钢筋的屈服流塑性流动达到f点以后，随着应变的增加，应力又继续增大，至d点时应力达到最大值。d点的应