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文档之家› 第02章 材料的物理力学性能
第02章 材料的物理力学性能
硅锰系
硅铬系
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2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按表面形状
第2章 材料的物理力学性能
光面钢筋
变形钢筋
螺纹、人字纹
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月牙纹
2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按加工(钢筋)
第2章 材料的物理力学性能
HPB235 (Hot Rolled Plain Steel Bar)热轧光面钢筋 热轧钢筋 HRB335 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar ) 热轧带肋钢筋 HRB400 (Hot Rolled Ribbed Steel Bar )热轧带肋钢筋
极值点 临界点,σ=0.8fck 比例极限,σ=0.3fck~0.4fck
峰值应力后, 吸收试验机 的变形能, 测出下降段
10 a 5
O
0
2 4 6 8 10
d
破坏点
(10-3)
峰值应变0 :一般0=0.0015~0.0025,取平均0 =0.002
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2.2 混凝土
不同强度等级的受压砼棱柱体 σ-ε关系
s=Ess y s,h
s,u s
s=Ess y s,h s,u s
有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
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2.1 钢筋
2.1.3 钢筋的冷加工和热处理 冷拉
台阶;
第2章 材料的物理力学性能
未经时效前,一般没有明显的屈服 经时效后,提高了屈服强度并恢复
K’ K
Z’
钢丝
钢绞线:2、3或7根钢丝捻制而成 冷拔低碳钢丝:由低碳钢冷拔而成
按钢筋的应用范围
非预应力钢筋:HRB235,HRB335,HRB400,RRB400,及强度较低的 冷加工钢筋 预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,热处理钢筋,及强度较高 的冷加工钢筋
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线
E
一次加卸载
多次重复加载
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2.2 混凝土
2.2.2 变形——弹性模量和变形模量
fcu,k f 1.645 f
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2.2 混凝土
2.2.1 强度——立方体抗压强度 立方体抗压强度的主要影响因素
实验方法
第2章 材料的物理力学性能
试件
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
试件尺寸:立方体尺寸愈小,试验测得的强度愈高(尺寸效应) 加载速度:加载速度越快,试验测得的强度越高 龄期:
承压板
第2章 材料的物理力学性能
《普通混凝土力学性能试验方法》:
边长150 mm的立方体标准试件,在标准条件下
试件
(20±3℃,≥90%湿度)养护28天,用标准试验
方法(加载速度0.15~0.3 N/mm2/sec,两端不涂
润滑剂)加压至破坏
立方体抗压强度与砼等级
以具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级,并以fcu,k表示。 如:C30表示该标号混凝土的 fcu,k=30 MPa (1 MPa=1 N/mm2 )
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 强度指标的确定 强度
强 度 标 准 值
第2章 材料的物理力学性能
随机变量
根据统计资料,运用数理 统计方法确定的具有一定 保证率(钢筋为97.73%) 的统计特征值: 强度标准值=强度平均值2×均方差
概率 密度
强度 平均 值
强度 标准 值
材料强度
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 不同钢筋应力-应变关系的比较
第2章 材料的物理力学性能
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 应力-应变曲线的简化模型
s
fs,u fy fy
第2章 材料的物理力学性能
s
fs,u fy
s
s=Ess
y s,h s
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2.2 混凝土
立方体抗压强度 轴心抗压强度
第2章 材料的物理力学性能
强度
轴心抗拉强度 复合应力作用下的强度 一次短期加载时的应力-应变关系 受力变形 重复加载时的应力-应变关系 弹性模量和变形模量
变形
非受力变形
徐变
收缩 温度变形
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2.2 混凝土
2.2.1 强度——立方体抗压强度 立方体抗压强度试验
钢筋
RRB400 (Remained Heat Treatment Ribbed Steel Bar ) 余热处理带肋钢筋
冷加工钢筋:在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工 热处理钢筋:将HRB400、RRB400等钢筋通过加热、淬火、回火而成
HPB235 HRB335 HRB400 RRB400 低碳钢 I级 光面 8-20mm 6-50mm 6-50mm 8-40mm
BC段为屈服平台 下屈服点 CD段为强化段
比例极限
试件 强度指标:
拉
压
屈服强度fy——下屈服点对应的应力,作为设计强度的依据
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 无明显物理流限的钢筋
第2章 材料的物理力学性能
强度指标:
条件屈服强度σ0.2——取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度 限值
2.1.6 钢筋的变形性能 延伸率
第2章 材料的物理力学性能
l1 l1 100% l1
延伸率越大,钢筋的塑性和变形能力越好
目前多采用均匀延伸率来反映钢筋的变形能力
L L0 b gt ( ) Lo Es
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2.1 钢筋
2.1.6 钢筋的变形性能 冷弯性能
第2章 材料的物理力学性能
热轧钢筋
有明显屈服点的钢筋 冷拉钢筋 热处理钢筋 无明显屈服点的钢筋 碳素钢丝
刻痕钢丝
冷拔低碳钢丝
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 有明显物理流限的钢筋
上屈服点 极值点
第2章 材料的物理力学性能
D 弹性极限 标距 B’ A’ A B C E
拉断
150 mm×150 mm×450 mm
fck fcu,k
fck 0.88c1c2 fcu,k
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2.2 混凝土
2.2.1 强度——轴心抗拉强度 直接测试(单位:mm)
第2章 材料的物理力学性能
100
150 500 150 100
间接测试——劈裂试验
F F
d
d
F
F
fts
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c
o
c
o
0=0.002
u=0.0038
0=0.002
u=0.0035
美国Hognestad模型
德国Rüsch模型
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2.2 混凝土
第2章 材料的物理力学性能
2.2.2 变形——一次短期加载时的应力-应变关系 砼单轴受压时的 σ-ε数学模型——中国规范
1 ( f cu,k 50) 60 当n 2时,取n 2 n 2
重复荷载作用下,钢筋的强度 < 静载作用下的强度
规定的应力幅度内,经一定次数的重复荷载后,
发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度 我国:对不同的应力比值ρ=σmin/ σmax,满足荷载
循环次数200万次的钢筋最大应力值
单根钢筋的轴拉疲劳
试验方法
钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯
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2.1 钢筋
第2章 材料的物理力学性能
弯心直径越小,弯过的角度越大,冷弯 性能越好,钢筋的塑性性能越好。
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2.1 钢筋
2.1.7 混凝土结构对钢筋性能的要求
第2章 材料的物理力学性能
强度 塑性 焊接性能
可靠的屈服强度和极限强度,抗震设 计时还要求有一定的屈强比 延伸率和冷弯性能 可焊性好
与砼的粘结 与砼具有良好的粘结
第2章 材料的物理力学性能
2.2.2 变形——一次短期加载时的应力-应变关系
强度等级越高,线弹性段越长,峰值应
变也有所增大
强度等级越高,破坏时脆性越显著,下
降段越陡
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2.2 混凝土
侧向变形受约束时的砼 σ-ε特点
c
第2章 材料的物理力学性能
2.2.2 变形——一次短期加载时的应力-应变关系
6 6.5 8 8.2 10 12低合金钢16 18 II级 22 25 28 32 36 40 50 (mm) 14 20 变形
低合金钢 低合金钢 III级 变形 变形
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2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按加工(钢丝)
第2章 材料的物理力学性能
碳素钢丝:高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成 刻痕钢丝:在钢丝表面刻痕,以增强其与混凝土间的粘结力
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2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按化学成分
第2章 材料的物理力学性能
低碳钢(含碳量<0.25%)
碳素钢(铁、碳、硅、 锰、硫、磷等元素) 中碳钢(含碳量0.25~0.6%) 高碳钢(含碳量0.6~1.4%) 硅系 普通低合金钢(另加 硅、锰、钛、钒、铬 等) 硅钒系 硅钛系
约束失效
约束混凝土
非约束混凝土
c
o
当应力较小时,横向变形很小,约束作用不明显 当应力超过临界点应力时,约束效应使混凝土的强度和变形都得到很
大提高
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2.2 混凝土
砼单轴受压时的 σ-ε数学模型