會計學12鋼筋和混凝土材料的力學性能——2015鋼筋混凝土結構的優缺點？鋼筋和混凝土共同工作（worktogether）的原因？素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的受力特點？回顧

CH1.緒論（Introduction）CH1.緒論第1頁/共38頁PPPP素混凝土梁一裂即壞，破壞突然，承載力低，材料強度未能充分利用。鋼筋混凝土梁裂后不壞，破壞前有預兆，承載力高，材料強度充分利用。在混凝土結構中配置一定型式和數量的鋼筋，可以收到如下效果：①結構的承載能力有很大的提高；②結構的受力性能得到顯著的改善（破壞前帶有明顯的預兆，即：變形和裂縫都較明顯）。1.1混凝土結構的概念和特點總結CH1.緒論第2頁/共38頁PP鋼筋（加筋）+混凝土鋼筋混凝土結構（構件）拉壓性能均好抗壓性能好利用混凝土抗壓，鋼筋受拉（亦可受壓）----各盡其能，相得益彰1.1混凝土結構的概念和特點CH1.緒論第3頁/共38頁*兩者之間通過界面粘結力可靠地結合在一起，可共同受力，共同變形；粘結力是兩種材料共同工作的基礎。*兩者的溫度線膨脹系數接近，混凝土:(1.0~1.5)×10-5，鋼筋:1.2×10-5

；避免產生較大的溫度應力破壞兩者的粘結力。PP混凝土包裹在鋼筋的外部，對鋼筋起到保護作用。1.1混凝土結構的概念和特點鋼筋和混凝土共同工作的原因CH1.緒論第4頁/共38頁2023/1/16CH2

MECHANICALPROPERTIESOFMATERIALS第5頁/共38頁本章內容（content）CH2.MechanicalPropertiesofMaterials2.1鋼筋的基本性能(basicperformanceofsteelbar)。2.2混凝土的基本性能(basicperformanceofconcrete)。2.3鋼筋與混凝土的粘結（bondbetweensteelbarandconcrete）。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能第6頁/共38頁AbstractofthechapterThischapterdiscussedthemechanicalpropertiesofmaterials(steelbarandconcrete)ofRCstructure,youshouldmasterthemechanicalpropertiesofsteelreinforcementandconcreteandunderstandthebondbetweensteelreinforcementandconcrete.CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能第7頁/共38頁本章重點(Emphasis)熟悉土木工程用鋼筋的品種、級別、性能及其選用原則（thevariety，level，performanceandselectionprincipleofrebar）；

熟悉混凝土在各種受力狀態下的強度與變形性能（strengthanddeformationofconcreteundervariousloads)及其選用原則；

了解鋼筋與混凝土的粘結性能(bondbetweensteelbarandconcrete)。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能CH2.MechanicalPropertiesofMaterials第8頁/共38頁定義（definition）

在混凝土結構中采用的棒狀、絲狀鋼材。2.1PerformanceofSteelBarThesteelbarorwireusedinconcretestructure.CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能第9頁/共38頁按化學成分(Chemicalcomposition)碳素鋼CarbonSteel

（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25~0.6%）高碳鋼（含碳量0.6~1.4%）普通低合金鋼LowAlloyedSteel

（加入硅、錳、鈦、釩、鉻等）錳系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系1鋼筋的分類(classificationofsteelbar)含碳量越高，強度越高，但塑性和可焊性等變差合金元素含量<3%硫、磷是有害元素，應嚴格控制其含量。提高強度，改善塑性。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第10頁/共38頁按表面形狀光圓鋼筋

plainbar變形鋼筋（ribbedbar)deformedbar硬鋼(hardsteel):無明顯屈服點鋼筋按力學性能軟鋼(mildsteel):有明顯屈服點鋼筋按使用用途熱軋鋼筋(hotrolledsteelbar)預應力鋼筋(prestressedreinforcement)螺旋紋人字紋月牙紋1鋼筋的分類(classificationofsteelbar)CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第11頁/共38頁CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar光圓鋼筋月牙紋鋼筋熱軋鋼筋（普通鋼筋(hotrolledsteelbar)第12頁/共38頁強度等級代號d/mm符號fyk(ftk)/MPaHPB3006~22300(420)HRB335HRBF3356~50335(455)HRB400HRBF400RRB4006~50400(540)HRB500HRBF5006~50500(630)附表1熱軋鋼筋的種類、直徑范圍、符號、強度標準值注：第一個字母H（hotrolled）表示熱軋，R(Remainedheattreated)表示為余熱處理；第二個字母P(Plain)表示光圓，R(ribbed)表示帶肋；第三個字母B（Bar）代表鋼筋；第四個字母F（FineGrains）代表細晶粒；數字表示屈服強度標準值。

CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第13頁/共38頁

細晶粒熱軋帶肋鋼筋

細晶粒熱軋帶肋鋼筋是我國冶金行業研究開發的新型熱軋鋼筋，這種鋼筋生產過程中不需添加或只需添加很少的釩、鈦等合金元素，通過控軋和控冷工藝形成超細組織（金屬晶粒越細小，材料強度、硬度越高，塑性、韌性也越大），細晶粒熱軋帶肋鋼筋代替我國目前大量使用的低合金熱軋鋼筋可節約國家寶貴的釩、鈦等合金元素資源，降低鋼筋價格，社會效益和經濟效益均十分顯著。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第14頁/共38頁

鋼廠提供的鋼筋直徑為6mm，8mm，（8.2mm），10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm和50mm。其中，d=8.2mm的鋼筋僅適用于有縱肋的熱處理鋼筋。常用鋼筋直徑CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar設計時，應在附表1的直徑范圍和上述提供的直徑內選擇鋼筋。當采用直徑大于40mm的鋼筋時，應有可靠的工程經驗。第15頁/共38頁

鋼絲、鋼絞線Steelwireorstrandedwire

預應力鋼筋PrestressedReinforcement5mm、6mm、7mm、8mm、9mm2股、3股、7股抗拉強度最高可達1960MPa預應力鋼筋（prestressedreinforcement）光圓鋼絲CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能第16頁/共38頁螺旋肋鋼絲刻痕鋼絲鋼絞線CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能預應力鋼筋（prestressedreinforcement）第17頁/共38頁AB’BCDE上屈服點不穩定下屈服點出現頸縮拉斷BC段為屈服平臺flowstageCD段為強化段strain-hardeningstage標距有明顯流幅的鋼筋Mildsteel無明顯流幅的鋼筋Hardsteel鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同1）鋼筋的應力-應變曲線stress-straincurveofsteelbar2StrengthandDeformationofSteelBarO比例極限CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar拉斷鋼筋頸縮比例極限0.2abc第18頁/共38頁AB’BCDE2）強度指標Strengthindex

*有明顯流幅的鋼筋：在建立鋼筋混凝土構件截面承載力計算理論時，以下屈服點對應的強度作為設計時鋼筋強度的取值（fy）。應力-應變曲線兩點簡化：

A.鋼筋應力不大于屈服點時應力-應變關系一直服從胡克定律，即處于理想彈性階段；

B.不利用應力強化階段，假設鋼筋混凝土構件截面達到破壞時，鋼筋拉應力保持為屈服點應力。鋼筋的極限強度作為一種安全儲備。Ultimatestressfu

RebarwithyieldstepCH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBarYieldingstressfy

第19頁/共38頁*無明顯流幅的鋼筋：取殘余應變為0.2%時所對應的應力作為其強度限值，稱為條件屈服強度(Conditionalyieldingstrength)，混凝土規范取0.2＝0.85b，b為極限抗拉強度(ultimatetensilestrength)

。RebarwithoutyieldstepCH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar2）強度指標Strengthindex

0.20.2%ab第20頁/共38頁鋼筋加工鋼筋拉直鋼筋切割鋼筋彎折第21頁/共38頁3）變形指標Indexofdeformation*伸長率（延伸率）elongation

:鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值

為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還應具有一定的塑性變形能力(deformationcapacity)。

伸長率越大，塑性越好。伸長率用δ表示，用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側的殘留應變(用百分率表示)作伸長率，即伸長率測試CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第22頁/共38頁*伸長率（延伸率）elongation

:鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值伸長率僅能反映鋼筋拉斷時殘余變形的大小，其中還包含了斷口頸縮區域的局部變形。缺陷：1.不同量測標距長度所得結果不一致；2.忽略了鋼筋的彈性變形，不能反映鋼筋受力時的總體變形能力；3.易產生人為誤差。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar伸長率測試3）變形指標Indexofdeformation第23頁/共38頁*最大力下的總伸長率（均勻伸長率）至少100mm——表示鋼筋的變形能力AB’BCDE殘余變形最大力下總伸長率彈性變形CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能

反映鋼筋的殘余變形和彈性變形，量測結果受原始標距影響小，也不產生人為誤差。2.1PerformanceofSteelBar3）變形指標Indexofdeformationsb第24頁/共38頁*冷彎性能Cold-formedcapacity:將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的輥軸彎成一定的角度而無裂紋、斷裂及起層現象。

為防止在彎折加工時斷裂和使用過程中脆斷，鋼筋還應具有一定的塑性變形能力(deformationcapacity)。彎芯的直徑越小，彎轉角越大，塑性越好CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar3）變形指標Indexofdeformation第25頁/共38頁CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第26頁/共38頁鋼筋的力學性能指標Indexofmechanicalpropertiesfyfu--屈服強度---極限抗拉強度fy/fu---屈強比強度儲備塑性指標（延伸率elongation）冷彎性能強度指標strengthIndexPlasticityindexcold-formedcapacityultimatetensilestrengthyieldingstrength均勻伸長率CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar小結第27頁/共38頁熱軋鋼筋低合金鋼筋冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭冷加工鋼筋強度提高,塑性降低colddrawing,cold-rolled,cold-rolledandtwistedColdDrawnSteelBarsImprovingstrengthReducingdeformationcapacityHot-RolledSteelBar

LowAlloyedSteel3鋼筋的冷加工（coldworkingsteel）CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第28頁/共38頁冷拉ColdDrawnBKZZ’K’殘余變形冷拉伸長率無時效經時效K點的選擇：應力控制和應變控制特性：只提高抗拉屈服強度，抗壓強度降低，塑性下降。不宜作受壓鋼筋Thetensilestrengthismuchincreased,butthematerialbecomesverybrittle.3鋼筋的冷加工（coldworkingsteel）溫度影響：溫度達700oC時恢復到冷拉前的狀態，工程中應先焊后拉。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第29頁/共38頁冷拔（colddrawing）經過冷拔后鋼筋強度提高，塑性降低，沒有明顯的屈服點和流幅。特點：既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度。Itnotonlycanimprovethetensilestrengthandcanimprovethecompressivestrength.冷拔CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar硬質合金拔絲模第30頁/共38頁冷軋帶肋鋼筋ColdRolledRibbedBars

以低碳鋼筋或低合金鋼筋為原材料，在常溫下進行軋制而成的表面帶有縱肋和月牙紋橫肋的鋼筋。它的極限強度與冷拔低碳鋼絲相近，但伸長率比冷拔低碳鋼絲有明顯提高。冷軋扭鋼筋ColdRolled-TwistedSteel

以熱軋光面鋼筋為原材料，按規定的工藝參數，經鋼筋冷軋扭機一次加工軋扁扭曲呈連續螺旋狀。CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第31頁/共38頁冷軋扭鋼筋CH2.鋼筋和混凝土材料的基本性能2.1PerformanceofSteelBar第32頁/共38頁強度要求：保證經濟性。屈服強度和極限強度，還要求有適當的的屈強比。塑性要求：保證結構延性，給人以破壞的預兆。伸長率和冷彎要求。可焊性：鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。與混凝土的粘結性：