钢筋材料的力学性能.pptx

1、第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能Mechanical Properties ofReinforcement and Concrete第二章钢筋和混凝土的材料性能Questions:1.Reinforcement Types?2.What about the usage for different rebarstypes?3.What mechanical properties should we know?4.How to determine the rebars strength forstructural design?2.2 钢 筋2.2 钢 筋 Reinforcement(or Re

2、bar,Steel reinforcement,)Steel reinforcement bar,Reinforcement bar,Rreinforced bar,Reinforcing bar,Bar)钢筋混凝土 Reinforced concrete,Steel reinforced concrete第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋2.2 钢 筋 Steel Reinforcement一、钢筋的品种热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋，由于强度高、性能好的钢筋可充分供应，故冷加工钢筋不再列入规范。提倡采用高强、高性能钢筋，满足四节-环保要求。所谓“四节一环保”是指“节能、节

3、地、节水、节材和环境保护”，是目前住宅小区建设中的最高标准之一。第二章钢筋和混凝土的材料性能热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB300级、HRB335级、HRBF400级、RRB400级屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）2.2 钢 筋HPBBarPlainHot rolled热轧光圆钢筋HPB300级：fyk=300N/mm2HRB335级：fyk=335 N/mm2HRBBarRolledHot rolled热轧带肋钢筋直径622mm直径650mm第二章钢筋和混凝土的材料性能热轧钢筋 Hot Rolled Steel Re

4、inforcing BarHPB300级、HRB335级、HRBF400级、RRB400级RRB400级：热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的钢筋，延性和强屈比较低，一般用于基础 、楼板等对变形和加工性能不高的构件。2.2 钢 筋RRBBarRibbedRolled余热处理钢筋直径650mmHRBFFineBarRolledHot rolled细粒径热轧带肋钢筋HRBF335级：fyk=335 N/mm2第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋表中的屈服强度为条件屈服强度。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋

5、第二章钢筋和混凝土的材料性能纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400级、HRBF500钢筋，也可采用HPB300、HRB335、HRBF335级、RRB400。梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400级、HRBF500钢筋。箍筋宜采用HRB40、HRBF400级、HRB500、HRBF500、HPB300钢筋，也可采用HRB335、HRBF335级钢筋。用于抗剪、抗扭及抗冲切设计时，不宜采用强度高于400MPa级的钢筋；当用于约束混凝土的配筋时，其高强度可以得到充分发挥，采用500MPa级的钢筋更经济。预应力钢筋宜采用钢丝、钢绞线和螺纹钢筋

6、。2.2 钢 筋第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋国际上200、300级的钢筋已基本淘汰，普遍应用400级，发达国家已达到599级甚至更高；我国上世纪50-60年度代，使用底碳钢（HPB2335）；70年代通过低合金（20MnSi)强度通过40%（HRB335)；1974版、1989版规范80 年 代 进 一 步 微 合 金 化（20MnSiV）强度有通过 20%（HRB400）；2002版规范HRB500级钢筋已基本生产能力，强度再提高25%，限制并逐步淘汰335级钢筋。2010版规范第二章钢筋和混凝土的材料性能二、钢筋的应力-应变关系 Stress-Strain Relation

7、P.23-24 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point（软钢P.21）a为比例极限proportional limit=Esa为弹性极限elastic limitaade为强化段strain hardeningstage2.2 钢 筋bcdb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateauefue为极限抗拉强度 fuultimate tensile strengthfyf第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋几个指标：屈服强度yield strength

8、：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延伸率elongation strain（P.9）：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好l l0l05 or 10L L0 b第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋均匀延伸率gt对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力。)L Es gt(%)(P.9第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋有较高抗震性能要求的热轧

9、带肋 钢筋HRB400E、HRBF400E、HRB500E、HRBF500E等，gt不小于9.0%。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋强屈比反映钢筋的强度储备，fu/fy=1.4-1.6。aabcdefufyf欧洲规范Eurocode（2004）版将钢筋分为三个类别：A类：fu/fy不小于1.05，gt不小于2.5%；B类：fu/fy不小于1.08，gt不小于5%；C类：fu/fy不小于1.15，也不大于1.35，gt不小于7.5；混凝土对钢筋的其他要求：质量稳定性、锚固性能、疲劳性能、可焊性、耐久性。第二章钢筋和混凝土的材料性能欧洲规范Eurocode（2004）版将钢筋分为三个类别

10、：A类：fu/fy不小于1.05，gt不小于2.5%；B类：fu/fy不小于1.08，gt不小于5%；C类：fu/fy不小于1.15，也不大于1.35，gt不小于7.5；避免钢筋超强过多而造成延性不足，使结构薄弱部位（例如塑性铰）转移或破坏形态变化。由钢筋屈服的延性弯曲破坏转为混凝土碎裂的脆性破坏。2.2 钢 筋我国规范：钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度的实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值（超强比）不应大于1.3；钢筋最大拉力下的总伸长率gt实测值不应小于9%。种类弹性模量HPB3002.10HRB335、HRB400、HRB500、HRBF335、HRBF40

11、0、HRBF500RRB400、预应力螺纹钢筋2.00消除应力钢丝、中强度预应力钢丝2.05钢绞线1.95第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系（软钢）（P.11）一般可采用双线性的理想弹塑性关系 y y Es fyfy1EsyBilinear elasto-plastic relation钢筋弹性模量（105MPa）第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋无明显屈服点的钢筋 Rebar without yield point（硬钢）P.11a0.2%fu0.2a点：比例极限，约为0.65fu；a点前：应力-应变关系为线弹性；a点后：应力-应变关系为非线性

12、，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点；条件屈服点：残余应变为0.2%所对应的应力，规范取0.2=0.85 fu min max第二章钢筋和混凝土的材料性能钢筋的疲劳强度主要与疲劳应力比值、最小应力的大小及钢筋本身的特性有关。钢筋的疲劳验算采用疲劳应力幅限值，而不直接采用钢筋的疲劳强度。2.2 钢 筋fff三、钢筋的疲劳(Fatigue Character of Rebar)P.26钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。钢筋的疲劳强度是指钢筋在某一规定应力幅度内，经受一定次数循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。疲劳应力比值指截面同一纤维上钢筋最小

13、应力与最大应力比值。Key notes:1.Usage of different rebars types and grades2.Two types of stress-strain relation3.Characteristic strength4.Deformation capacityYield strengthElongation strainModulus of elasticity2.2 钢 筋本节要点:1.常用钢筋种类及表达方法；2.钢筋标准强度的定义及确定方法；3.钢筋的几个重要指标（屈服强度、条件屈服强度、延伸率、强屈比）。2.2 钢 筋第二章钢筋和混凝土的材料性能第二章

14、钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋四、钢筋的强度标准值(Characteristic or Standard Strength)按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于fy,m-3，具有97.73%的保证率，满足建筑结构设计统一标准材料强度标准值保证率95%的要求。f yk f ym 3 f ym f ym：标准差样本中各数据与样本平均数差的平方的平均数叫做样本方差，样本方差的算术平方根叫做样本标准差，又称为均方差。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋四、钢筋的强度标准值(Characteristic or Standard Strength)按冶金

15、钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于fy,m-3，具有97.73%的保证率，满足建筑结构设计统一标准材料强度标准值保证率95%的要求。软钢（有明显屈服点的钢筋，如热轧钢筋）的强度标准值由屈服强度确定，用fyk表示；硬钢（无明显屈服点的钢筋，如预应力钢绞线）的强度标准值由极限抗拉强度确定，用fptk表示。P.11第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋2.1 钢 筋 Steel ReinforcementP.21钢筋种类很多，通常按化学成分、生产工艺、轧制外形、供应形式、直径大小，以及在结构中的用途进行分类：（一）按轧

16、制外形分（1）光面钢筋：I级钢筋（Q235钢钢筋）均轧制为光面圆形截面，供应形式有盘圆，直径不大于10mm，长度为6m12m。（2）带肋钢筋：有螺旋形、人字形和月牙形三种，一般、级钢筋轧制成人字形，级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。（3）钢线（分低碳钢丝和碳素钢丝两种）及钢绞线。（4）冷轧扭钢筋：经冷轧并冷扭成型。（二）按直径大小分钢丝（直径35mm）、细钢筋（直径610mm）、粗钢筋（直径大于22mm）。（三）按力学性能分级钢筋（235/370级）；级钢筋（335/510级）；级钢筋（370/570）和级钢筋（540/835）（四）按生产工艺分热轧、冷轧、冷拉的钢筋，还有以级钢筋经热处理而成的热处

17、理钢筋，强度比前者更高。（五）按在结构中的作用分：受压钢筋、受拉钢筋、架立钢筋、分布钢筋、箍筋等第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋2.1 钢 筋 Steel ReinforcementP.21圆钢标识为HPB235，一般采用的直径为6.5、8、10、12，再粗的就不常用了，而且以6.5和8最为常用，一般用做箍筋。螺纹钢常见标识是HRB335，一般采用的直径为12到22的偶数、25、28、32、40、50，再粗的一般出现在大体积混凝土工程中，不常用，一般在25以下的最为常用，第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋钢丝 Wire ：中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线

18、(Strand or Tendon)的为 1470 1860MPa；延伸率10=6%，100=3.54%；钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋 Cold working rebar：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。（1）冷拉在常温下将钢筋拉伸至超过其屈服强度的某一应力点 (P.8）后卸荷至零，使其内部结构发生变化，从而提高钢

19、筋强度。冷拉前后弹性模量几乎不变。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，不能提高钢筋的抗压强度。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋（2）冷拔把钢筋用力拔过比它本身直径小的硬质合金拔丝模，使钢筋的强度得到提高。冷拔可同时提高钢筋的抗拉、抗压强度（如CPB550级冷拔光面钢筋）（3）冷轧带肋钢筋由低碳钢、低合金钢的热轧盘条经专用钢筋冷轧扭机调直并冷轧而成，表面为变形钢筋，但直径比热轧级、级钢筋小，它有CRB550，CRB650，CRB800三种类。CRB550常用作板钢筋，后两种用作预应力筋。热轧钢筋经冷轧后，强度得到显著提高，延伸率却急剧下降。其主要材料指标均优于冷拉、冷拔钢筋。CRB550CRB650CRB800第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋（4）冷轧扭钢筋低碳钢热轧盘条经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成形，具有规定截面形状（型为矩形，型为菱形）和节距的连续螺旋状钢筋。常用作板钢筋，构件中的箍筋、弯起筋不宜采用冷轧扭钢筋。热处理钢筋 Heat treatment：是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢 筋