钢筋混凝土材料的力学性能

Strength)。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本 的指标。
混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的
混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下 [20±3℃，≥90%湿度(Degree of humidity)]养护(curing)28天， 用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑 剂(lubricant)）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(Cube
（2）冷拔
*冷拔可同时提高钢筋的抗拉屈服强度和抗压屈服强度。 (3) 冷轧：冷轧带肋钢筋 (4) 冷轧扭：冷轧扭钢筋 2.钢筋的热处理
对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢 筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑 性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。
hb
h
轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prism sample)测定，用符号fc 表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件
高宽比一般为h/b=3~4，国家标准《普通混凝土力学性能试验 方法》规定采用100×100×300试件。
对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：
其中， 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。
❖ 钢筋的选用
普通钢筋：宜用HRB400和HRB335钢筋 可用HPB235、RRB400和冷加工钢筋
预应力筋：宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋
公路桥涵应按下列规定采用：
1.钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热轧 R235、HRB335、HRB400及KL400钢筋，预应力混凝土构件 中的箍筋应选用其中的带肋钢筋；按构造要求配置的钢筋网可 采用冷轧带肋钢筋。
弹性变形ee
e
⑥ 强化阶段，d点的应力称为极限抗
残余变形er
拉强度，
⑦ 颈缩阶段。
几个指标：
屈服强度：是钢筋强度的设计依据。？
因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，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。
延 伸 率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，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。
fc0
c1
f0
c2 cu
棱柱体强度 与立方体强 度之比值
脆性影响 系数
c1 和 c2 值
混凝土 强度
≤
C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80
等级 C40
c1 0.76 0.76 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82
c2 1.00 0.984 0.968 0.951 0.935 0.919 0.903 0.887 0.87
轴心抗压强度 fck
轴心抗拉强度
ftk
10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20
混凝土强度等级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10
4、复杂应力下混凝土的受力性能
实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双 向或三向受力状态。如剪力和扭矩作用下的构件、弯剪扭和压 弯剪扭构件、混凝土拱坝、核电站安全壳等。 ◆双轴应力状态 Biaxial Stress State
在双轴受拉状态下（第一象 限），则不论应力比多大， 抗拉强度均与单轴抗拉强度 接近。
fc(0.7~ 90.8)1 fcu
立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的 受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平 和品质的标准（制作、测试方便）。
2、轴心抗压强度Axial Compressive Strength
b
b
f f ck cu,k
1.0 0.5
0 1 2 3 45
2.预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中 小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精轧螺纹钢筋。
注意： 上述“钢筋”系指普通钢筋和预应力钢筋的统称， “普通钢筋”指钢筋混凝土构件中钢筋和预应力混凝土构件中 的非预应力钢筋。
2.6 混凝土的强度等级
《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级， 级差为5N/mm2。 与原《规范GBJ10-89》相比，混凝土强度等级范围由C60提 高到C80，C50以上为高强混凝土。
s
5
or
10
l1/
l1 l1
屈 强 比：反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。 在抗震结构中： fy/fu不小于0.8
弹性变形ee
e
残余变形er
有明显屈服点钢筋的应力-应变关系 一般可采用双线性的理想弹塑性关系
fy
s Ese e ey
Es
1
s fy
e ey
ey
钢筋的弹性模量(N/mm2)
➢ 冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。
*对有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长 率、冷弯性能四项指标，
*对没有明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、 冷弯性能三项指标。
3 可焊性
2.5钢筋的蠕变、松弛和疲劳
蠕变：钢筋在高应力作用下，随时间的增长其应变 继续增长的现象为蠕变。
(Equivalent yield point) 残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取s0.2 =0.85 fu
2.3 钢筋的冷加工和热处理
1 钢筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭） 2 （1）冷拉
冷拉（所有冷加工钢筋）一般情况下不能焊接，如必须焊接， 应先焊后拉。 冷拉只能提高钢材的抗拉强度
Strength)，用符号C表示。 C30：fcu,k=30N/mm2
Why do vertical cracks occur under vertical compressive force?
美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm， 高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符 号记为 fc'。 圆柱体强度( Cylinder strength )与我国标准立方体抗压强度 ( Unfactored cube strength )的换算关系为，
2.8荷载作用下混凝土的变形性能 混凝土的破坏机理
>
≈
不涂润滑剂
涂润滑剂
s (MPa)
C
30
D
B
20
E A
10
混凝土在结硬过程中， 由于水泥石的收缩、骨 料下沉以及温度变化等 原因，在骨料和水泥石 的界面上形成很多微裂 缝 Micro-fissure，成为 混凝土中的薄弱部位。 混凝土的最终破坏就是 由于这些微裂缝的发展 造成的。
1
fcu
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系
由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉 试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength )
P
压
a
拉
压
P
劈拉试验
考虑到结构中混凝土的工作条件与试件的工作条件的差异，规 范乘以修正系数0.88，则结构中混凝土轴心抗拉强度值ft0为：
松弛：钢筋受力后，若保持长度不变，其应力随时间 增长而降低的现象。
钢筋的疲劳：指钢筋在重复、周期荷载作用下，经 过一定次数后，从塑性破坏的性质转变为脆性突然 断裂的现象。
❖ 钢筋的直径 d=6~50mm
常用： 6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm， 14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm， 28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。
RRB400 （KL400）级(Ⅳ级) （《钢筋混凝土用余热处 理钢筋》GB1499-2019）钢筋强度太高，不适宜作为钢 筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。
（2）冷拉钢筋：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：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。
2.4 对钢筋质量的要求
1 强度 钢筋的屈服强度是设计依据，极限强度表示钢筋拉断时的实 际强度。
2 塑性 （1）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好） 钢筋的断后伸长率：
（2）冷弯性能
l1 l1
l1
➢ 冷弯
α
d
D
=90°,180 °,反复弯曲要 求：冷弯过程中无裂缝、鳞 落或断裂。 D 愈小，要求愈高。 反复次数愈高，要求愈高。
规范对混凝土试件强度取修正系数0.88，则结构中混凝土轴 心抗压强度平均值fc0为：
fc00.88c1
f0
c2 cu
在钢筋混凝土结构中，计算轴心受压构件时，要采用混凝土的 轴心抗压强度。
Why Axial Compressive Strength is smaller than cube strength?
柔性钢筋和劲性钢筋 (1)劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工 时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。 (2)柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架， 便于固定在模板中浇注混凝土。
2.2 钢筋的力学性能
1 钢筋的应力-应变关系 Stress-Strain Relation (1) 有明显屈服点的钢筋（软钢） (2)
非标准试块强度换算系数： 200mm×200mm×200mm:1.05； 100mm×1ength of concrete)