第三章 结构材料力学性能

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1、第三章结构材料的力学性能本章主要内容建筑钢材√混凝土钢筋与混凝土的粘结作用大纲及要求1．教学目的和要求：（1）掌握钢筋和混凝土的强度指标及规范取值；（2）掌握混凝土的变形指标、钢筋和混凝土粘结原理。2．教学内容：（1）钢筋混凝土材料的一般概念；（2）钢筋的力学性能；（3）混凝土材料的组成及力学性能；（4）钢筋与混凝土的粘结性能。3．教学重点与难点：（1）重点：钢筋的形式、品种和级别，钢筋的强度、变形和弹性模量，钢筋的冷加工、弯钩和接头及钢筋混凝土的粘结。混凝土的强度—立方强度、等级，轴心抗压、抗拉、弯曲抗压和疲劳强度；混凝

2、土的变形—混凝土在短期和长期荷载下的变形，混凝土的弹性模量、徐变、收缩和膨胀；（2）难点：混凝土的强度、混凝土的疲劳强度、钢筋的强度。大纲及要求3.1建筑钢材含碳量低于2％的铁碳合金称为钢；含碳量高于2％的铁碳合金称为生铁。钢经轧制或加工的钢筋、钢丝、钢绞线、钢板及各种型钢，统称为钢材。一、钢材的力学性能钢筋的力学性能：强度、变形（弹性和塑性变形）单向拉伸试验是确定钢筋性能的主要手段应力应变（－）曲线可将钢材分为有明显屈服点钢材与无明显屈服点钢材两类一、钢材的力学性能钢材拉伸试验的标准试件lPPAse有明显屈服点的钢筋

3、a’abcdefua´为比例极限oa为弹性阶段de为强化阶段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度fufyfef为颈缩阶段o低碳钢和低合金钢（含碳量和低碳钢相同）一次拉伸时的应力-应变曲线见图。把ƒy取为计算构件的强度标准，以ƒu作为材料的强度储备。e0.2%0.2(N/mm2)o0.2－条件屈服强度2）无明显屈服点的钢材没有明显的屈服点和屈服台阶钢材的应力-应变曲线见图对于没有明显屈服点的钢材，以残余变形为0.2%时的应力作为名义屈服点，其值约等于极限强度85%。注意：钢材在一次压

4、缩或剪切所表现出来的应力-应变变化规律基本上与一次拉伸试验时相似，压缩时的各强度指标也取用拉伸时的数据，只是剪切时的强度指标数值比拉伸时的小。由力学性能不同分成：软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋)钢筋力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能。对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度fy作为强度设计依据。同时，要求屈服强度与抗拉强度的比值不大于0.8。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据。取相应于残余应变=0.2%时的应力0.2作为

5、名义屈服点。常取0.2=0.85fsu。条件屈服极限1、钢材的强度：包括屈服强度与抗拉强度两项指标。2、钢筋的塑性：指钢材破坏前产生变形的能力。伸长率：冷弯性能：弯心直径冷弯角度冷弯性能钢筋冷弯试验冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能，还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-98对混凝土结构用钢筋的机械性能作出规定：对于有明显流幅的钢

6、筋，其主要指标为：屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能对于没有明显流幅的钢筋，其主要指标为：抗拉强度、伸长率、冷弯性能冷加工的方法：冷拉、冷拔冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高钢材强度，节约钢筋。但冷加工后会使钢筋的塑性降低。冷加工对钢材性能的影响：冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，而不能提高钢筋的抗压强度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。二、钢材的冷加工和热处理二、钢材的冷加工和热处理热处理是对某些特定型号的热轧钢进行淬火和回火处理。钢筋热处理后强度有很大提高而塑性降低不多。o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余

7、变形o'abcc'd'd冷拉无时效冷拉时效(a)(b)d1d2Pd2d1钢筋冷拉钢筋冷拔冷拉时，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。即冷拉可提高钢材的抗拉强度，但不能提高钢筋的抗压强度。冷拔时，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。目前我国强度高、性能好的钢筋及钢丝、钢绞线已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔低碳钢丝已不再列入规范。1、混凝土结构对钢筋的要求①应具有较高的强度和良好的塑性；②便于加工和焊接；③并应与混凝土之间具有足够的粘接力。三、钢材的种类及选用热轧钢筋冷拉钢筋热

8、处理钢筋冷轧钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋）冷拔低碳消除应力钢丝钢绞线钢筋按加工方法不同分类钢筋钢筋按在结构中是否施加预应力分类普通钢筋钢丝（热处理钢筋）三、钢材的种类及选用钢筋按外形分类光面钢筋带肋钢筋1）普通钢筋普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。用于钢筋混凝土结