钢筋和混凝土材料的力学性能.
钢筋和混凝土的力学性能
规范规定轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k 的关系为：
ftk 0.880.395 fcu,k0.55(11.645 )0.45 c2
c2
高强混凝土的脆性折减系数，C40以下取1.00，C80取0.87，中
间线性插值。
0.88 考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。
中高强钢丝和钢绞线强度较高，均无明显的屈服点和屈服台阶，主要用于预应 力混凝土结构。
热处理钢筋，将强度大致相当于Ⅳ级热轧钢筋的某些特定品种热轧钢筋通过加热 、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，但无明显的屈服点和 屈服台阶。主要用于预应力混凝土结构。
硬钢的应力应变曲线
N/mm2
1600σ σ0.2
150×150×150
C
200×200×200
A、B、C三个试块，材料、养护条件等均相同，三者强度的大小关系？
A>B> C，为什么？
试验方法方面 试件形状、尺寸、加载速度等 （3）润滑剂
涂润滑剂
涂润滑剂
A
B
150×150×150
150×150×150
A、B两个试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？（A>B）
储备，fy/σb=0.6~0.7。
不同级别热轧钢 筋的应力应变曲线
热轧钢筋级别越高，强度越 高，屈服平台越 ，塑短性越 。差
塑性性能
伸长率
l
l’
l'l 100%
l
伸长率越高，塑性性能越好。
冷弯性能
把钢筋在常温下围绕直径为D的辊轴弯转α角而要求不发生裂纹。
冷弯直径越小，角度 越大，塑性越好。
（3）钢筋的冷拉和冷拔
钢筋和混凝土的力学性能
Remained heat
treatment
屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率95%）
HPB235级： fyk = 235 N/mm2
HRB335级： fyk = 335 N/mm2
HRB400级、RRB400级： .fyk = 400 N/mm2
2.1 钢 筋
第二章 钢筋和混凝土的力学性能
HPB235级(Ⅰ级) 为热轧光面钢筋（Plain Bar），符号 ，多 作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。
HRB335级(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)为热轧带肋钢筋 (Ribbed Bar)，符号 。钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构 件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的。 为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋 的变形钢筋（Deformed Bar）。
消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝
钢绞线
.
Es 2.1×105
2.0×105
2.05×105 1.95×105
2.1 钢筋
第二章 钢筋和混凝土的力学性能
◆无明显屈服点的钢筋（Steel bar without yield point）
fu
s0.2
a
0.2%
a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， 有一定塑性变形，且没有明显的屈 服点 强度设计指标——条件屈服点 残余应变为0.2%所对应的应力
有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋、冷拉钢筋；
无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。
. 2.1 钢筋
第二章 钢筋和混凝土的力学性能
二、钢筋的形式
▪ 普通钢筋（柔性钢筋）
第二章-钢筋混凝土材料的力学性能
第2章钢筋混凝土材料的力学性能知识点1. 钢筋的强度和变形, 钢筋的级别和品种, 混凝土结构对钢筋性能的要求；2. 单轴和复合受力状态下混凝土的强度；3. 混凝土在一次短期加荷以及重复荷载和长期荷载作用下的变形性能；4. 混凝土的弹性模量、混凝土的强度和强度等级；5. 钢筋和混凝土的粘结性能。
要点1. 混凝土材料的强度标准值与强度设计值二者的大小关系。
混凝土材料的强度标准值与强度设计值二者的大小关系为标准值大。
2. 有明显流幅的热轧钢筋屈服强度的依据。
有明显流幅的热轧钢筋屈服强度的依据是屈服下限。
3. 混凝土的徐变混凝土承受荷载不变, 而变形随时间增长的现象称为混凝土的徐变4. 混凝土的立方体抗压强度混凝土的立方强度是指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件, 在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。
5. 混凝土的轴心抗压强度混凝土的轴心强度是指按标准方法制作养护的边长为150 150 300mm的棱柱体作为标准试件, 试验所测得的具有95%保证率的抗压强度为轴心抗压强度。
6. 光圆钢筋与混凝土的粘结作用的组成光圆钢筋与混凝土的粘结作用由胶结力, 摩阻力, 咬合力三部分组成。
7. 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求有哪些。
钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求有强度、塑性或变形能力、可焊性、温度要求及与混凝土的粘结力或称握裹力。
8. 混凝土在荷载作用下的应变包括哪些。
混凝土在荷载作用下的应变包括加载瞬间产生的瞬时应变, 和在长期荷载作用下的徐变。
9. 钢筋与混凝土这两种材料能结合在一起共同工作的原因。
钢筋与混凝土这两种材料能结合在一起共同工作, 其原因是二者之间具有相近的温度线膨胀系数和良好的粘结力。
10. 结构的极限状态分为哪两种。
结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。
钢筋混凝土随堂练习
第 1 篇 钢筋混凝土结构构件·第01章 钢筋和混凝土材料的力学性能·1.1 钢 筋1. 在钢筋混凝土结构设计计算中，对有屈服点的热轧钢筋取（ ）作为钢筋强度的设计依据。
A ．抗拉强度B ．屈服强度C ．抗压强度D ．延伸率 参考答案：B2. ( )反映了钢筋拉断前的变形能力，它是衡量钢筋塑性性能的一个指标A ．延伸率B ．弹性模量C ．抗拉强度D ．抗压强度 参考答案：A3. 为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的（ ），也是反映钢筋塑性性能的指标，它与延伸率对钢筋塑性的标志是一致的。
A ．冷拉性能B ．弹性模量C ．冷弯性能D ．屈服应变 参考答案：C4. 属于有明显屈服点的钢筋有（ ）。
A ．冷拉钢筋 ；B ．钢丝；C ．热处理钢筋；D ．钢绞线。
参考答案：A5. 下列钢筋中一般用于板的受力筋、箍筋以及构造钢筋的是( )A ．HPB235B ．HRB335C ．HRB400D ．RRB400 参考答案：A6. 钢筋的屈服强度是指（ ）。
A.比例极限；B.弹性极限；C.屈服上限；D.屈服下限。
参考答案：D7. 下列钢筋中一般用于钢筋混凝土结构中的主要受力钢筋，而且是低合金钢的是( ) A ．HPB235 B ．HRB335 C ．HRB400 D ．RRB400 参考答案：BC1.2 混凝土的强度当前页有10题，你已做10题，已提交10题，其中答对8题。
1. 边长为100mm 的非标准立方体试块的强度换算成标准试块的强度，则需乘以换算系数（ ）。
A ．1.05 ；B ．1.0 ；C ．0.95 ；D ．0.90 。
参考答案：C2. 混凝土的立方体强度与轴心抗压强度的对比说明混凝土的抗压强度是有条件性的，既取决于（ ）。
A.截面形式；B.弹性模量；C.加荷速度；D.横向变形的约束条件。
参考答案：D3. 《规范》确定k cu f ,所用的试块的边长是（ ）A 150mm B 200mm C100mm D 250mm参考答案：A4. 加荷速度对混凝土的抗压强度的影响是（ ）。
钢筋混凝土材料的力学性能
第2章钢筋混凝土材料的力学性能2.1 钢筋2.1.2 钢筋的力学性能钢筋的主要力学性能包括强度和变形性能，可通过拉伸试验得到的应力-应变曲线来说明。
由此分为有屈服点的钢筋和无屈服点钢筋，即钢筋的应力-应变曲线有的有明显的流幅，如图2-5。
如热轧低碳钢和普通的热轧合金钢制成的钢筋。
有的则没有明显的流幅（图2-6），如光面钢丝等。
从图2-5的典型应力-应变曲线来看，应力值在A点以前，应力和应变按线性比例关系增长，A点对应的应力称为比例极限。
过了A点以后，应变比应力增长地快，到达Bˊ点以后，钢筋开始出现塑流，Bˊ称为屈服上限，它与加载速度、断面形式、试件表面光洁度等不确定因素有关，故Bˊ是不稳定的。
待从Bˊ降至B点（屈服下限）后，应力水平基本不变而应变急剧增加，图形接近水平线，直到C点。
B点到C点的水平部分称为为依据的。
过C点以后，应力又继续增长，钢筋的抗拉能力又开始发挥，随屈服台阶，BC大小称为流幅。
有明显流幅的热轧钢筋屈服强度是以屈服下限着曲线上升，到达最高点D，D对应的应力称为钢筋的极限强度，CD段称为钢筋的强化阶段。
过了D点以后，应变迅速增加，应力随之下降，在测试试件上体现为试件薄弱处的截面突然显著减小，发生局部径缩现象，变形迅速增加达到E点试件被拉断。
而图2-6中没有明显流幅的钢筋应力-应变关系曲线则没有前者的屈服台阶，而是直接到达强度极限，乃至破坏，具有脆性破坏的特点。
钢筋的一个强度代表值是标准值，标准值应具有不小于95%的保证率。
对构件计算配筋时，对于热轧钢筋的强度标准值是根据屈服强度确定，用fyk表示。
因为构件中的钢筋应力达到屈服点后，将产生很大的塑性变形，使钢筋混凝土构件出现很大变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用。
对预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋等没有明显屈服点的钢筋强度标准值是根据国家标准极限抗拉强度ζb 确定的，采用钢筋应力为0.85ζb的点作为条件屈服点。
普通钢筋的强度标准值见后面的附表6。
钢筋混凝土材料力学性能
砼结构对钢筋质量要求 适当强度：屈服和极限强度，屈服强度是计算主要依据； 可焊性好：要求钢筋焊接后不产生裂纹及过大变形；
足够塑性：以伸长率和冷弯性能为主要指标，即要求钢筋断裂前有足够变形，在钢筋混凝土结构 中，能给出构件将要破坏的预告信号，同时保证钢筋冷弯要求。一般而言强度高的钢筋塑性和可 焊性就差些；
1 混凝土立方体抗压强度的定义和强度等级 砼立方体强度的定义：立方体试件的强度比较稳定，我国把立方体强度值作为混 凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国《规 范》规定：，用ƒ表示，单位2。
换句话：混凝土强度等级应按立方体强度标准值确定。
立方体抗压强度标准值（ƒ） 两重含义： 1、采用边长为150㎜的立方体试块，在标准条件（温度为17～23℃，湿度在90％以上） 下养护28d，按照标准的试验方法加压到破坏测得的立方体抗压强度。
1 钢筋强度指标 （1）软钢：屈服强度、极限强度
当某截面钢筋应力达到屈服强度后，试件将在荷载基本不增加情况下产生持续塑性变形，构件 可能在钢筋尚未进入强化阶段之前就已破坏或产生过大的变形与裂缝。因此，钢筋的屈服强度是钢 筋关键性强度指标；此外，钢筋的屈强比（屈服强度与极限强度之比）表示结构可靠性潜力。在抗 震结构中，考虑受拉钢筋可能进入强化阶段，要求其屈强比≤0.8，因而钢筋极限强度是检验钢筋质 量的另一强度指标。
近年来，我国强度高，性能好的预应力钢筋已可充分供应，冷加工钢筋不再列入规范。
1.1.2 钢筋品种、级别和分类
推广具有较好延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性的系列普通热轧带肋钢筋。列入采 用控温轧制工艺生产的系列细晶粒带肋钢筋。
系列余热处理钢筋由轧制钢筋经高温淬水，余热处理后提高强度。而其它性能则相应降低， 一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体及 次要的中小结构构件中。
钢筋和混凝土两种物理力学性能不同的材料能够共同工作的原因[资料]
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1 钢筋和混凝土两种物理力学性能不同的材料能够共同工作的原因P1 ：a 混凝土石化后,钢筋和混凝土之间存在粘结力,使两者之间能传递力和变形.粘结力是使这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。
b 钢筋和混凝土两种材料的线膨胀系数接近,钢筋为1.2X10-5K-1，混凝土为（1.0~1.5）X10-5K-1,所以当温度变化时,钢筋和混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形而破坏.2 预应力混凝土结构采用的钢筋种类P163：目前国内常用的预应力钢材有:高强光面钢丝,刻痕钢丝,高强钢绞线和热处理钢筋,以及强度等级较高的冷拉钢筋等.对于中小构件中的预应力钢筋,也可采用冷拔中强钢丝和冷拔低碳钢丝3 热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋;钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋.4 钢筋的蠕变、松驰和疲劳的概念钢筋在高应力作用下，随时间的增长，其应变继续增加的现象为蠕变。
钢筋受力后，若保持长度不变，则其应力随时间的增长而降低的现象称为松驰。
钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。
5 荷载作用下，混凝土的应力-应变曲线特征（分成3个阶段和各阶段特点）P15 OA段：σ≤0.3f0c混凝土表现出理想的弹性性质，应力应变关系呈直线变化，混凝土内部的初始微裂缝没混凝土开始表现出越来越明显的非弹性性质，应力应变关有发展 AB段：σ=(0.3-0.8) f0c系偏离直线，应变增长速度比应力增长速度快。
混凝土内部的微裂纹已有所发展，但处于稳定状态。
BC段：σ=(0.8-1.0) f0，应变增长速度进一步加快，应力-应变曲线的斜率急剧减小，混凝土c内部微裂缝进入非稳定发展的阶段。
6 混凝土的徐变概念，影响徐变的因素、如何影响混凝土在荷载长期作用下产生随时间增长的变形称为徐变。
混凝土的组成成分和配合比直接影响徐变的大小。
骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝土中所占的比重愈高，则由凝胶体流变后转给骨料压力所引起的变形愈小，徐变亦愈小。
钢筋和混凝土的材料力学性能
影响混凝土收缩的因素：
(1) 水泥强度等级：强度等级越高，混凝土收缩越大；
(2) 水泥的用量：水泥越多，收缩越大； (3) 水灰比：水灰比越大，收缩也越大； (3) 骨料：级配越好、弹性模量越大，收缩越小； (4) 养护条件：养护温度、湿度越高，收缩越小；
罕遇地震下“裂而不倒”, 钢筋应力可考虑进入强化段, 要
求极限抗拉强度 fu ≥1.25 fy 。
（3）塑性指标
1）伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率。伸长 率越大，塑性越好。伸长率最小值可参照国家标准。 2) 冷弯性能: 将直径为d 的钢筋绕直径为D的弯芯，弯 曲到规定的角度后无裂纹、断裂及起层现象，则表示合格。 弯芯直径D越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。 相应的弯芯直径及弯转角可参照相应的国家标准。
的依据；
BC段 (σ＝0.8fc～fc )：裂缝快速发展的不稳定状态直至 峰点C，峰值应力σmax通常作为混凝土棱柱体的抗压强度fc， 相应的应变称为峰值应变ε0，通常取ε0=0.002。
2）下降段（CE）：
在峰值应力以后，裂缝迅速发展，试件应力下降， 应力一应变曲线向下弯曲，直到凹向发生改变，曲线出
图3.7 混凝土变形模量的表示方法
（1) 混凝土的弹性模量（即原点模量）
在原点（图中的O点）作一切线，其斜率为混凝土的原 点模量，称为弹性模量Ec。 Ec＝tg α0 混凝土的弹性模量Ec取值见表３.２
(2) 混凝土的变形模量
连接O点至曲线任一点割线的斜率，称为割线模量或变 形模量。包含弹性变形和塑性变形两部分，也称为弹塑性
《规范》规定: 钢筋混凝土不应低于C15；当采用HRB335级钢 筋时，混凝土不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以 及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20。 预应力混凝土不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理 钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
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1 钢筋和混凝土材料的力学性能
一、选择题
1.《规范》所列混凝土材料的的各种力学指标中最接近于混凝土实际构件受压特性的指标是（）
A.立方体抗压强度标准值
B.立方体抗压强度设计值
C.轴心抗压强度标准值
D.轴心抗压强度设计值
2.混凝土在持续不变的压力长期作用下，随时间延续而增长的变形称为（）
A.应力松弛
B.收缩变形
C.干缩
D.徐变
3.混凝土的弹性模量Ec常用反复加载的方法确定，反复加载的最大荷载常取混凝土试件极限荷载的（）
A.30%
B.50%
C.75%
D.95%
4.钢筋混凝土常用的钢筋属于（）
A.明显屈服点和流幅的热轧钢筋
B.无明显屈服点和流幅的热轧钢筋
C.消除残余应力的钢筋
D.提高了屈服点的冷加工钢筋
5.混凝土处于三向应力作用下，当（）
A.横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度
B.横向受拉，纵向受拉，可提高抗压强度
C.三向受压会降低抗压强度
D.三向受压会提高抗压强度
6.高碳钢筋采用条件屈服强度，以0.2表示，即：（）
A.取极限强度的20%
B.取应变的0.002时的应力
C.取应变为0.2时的应力
D.取残余应变为0.002时的应力
7.如图，在P为给定值荷载长期作用下，（）
A.由于混凝土的徐变，1-1截面钢筋产生压应力的增量
B.当配筋率一定时，徐变系数越大，经徐变后2-2截面混凝土的压力应力就越大
C.当徐变系数一定时，配筋率越小，经徐变后1-1截面的钢筋拉应力就越小
D.经徐变后，突然撒去P，2-2截面混凝土中将产生拉应力
8.钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求不包括（）
A.强度
B.塑性
C.与混凝土的粘结力
D.耐久性
9.当截面上同时作用有剪应力和正应力时（）
A.剪应力降低了混凝土的抗拉的强度，但提高了其抗压强度
B.剪应力提高了混凝土的抗拉强度和抗压强度
C.不太高的压应力可提高混凝土的抗剪强度
D.不太高的拉应力可提高混凝土的抗剪强度
10.如下图所示，对称配筋混凝土构件，其支座问距1固定不变，由于混凝土的收缩（）
A.因为1不变，混凝土与钢筋均不产生应力
B.构件中混凝土产生拉应力，钢筋产生压应力
C.混凝土中应力等于零，钢筋产生拉应力
D.混凝土中产生拉应力，钢筋无应力
二、判断题
1.高强度钢筋的极限拉伸应变比低强度钢筋大
2.钢筋经冷拉时效后可以提高其屈服强度，塑性隆低
3.水灰比越大，混凝土的徐变和收缩也越大
4.一般情况下，梁上部钢筋的粘结强度高于其下部钢筋
5.混凝土双向受压时强度低于单向受压时强度
6.混凝土受拉时的弹性模量与受压时相同
7.用直接拉伸试验和劈裂试验所得到的混凝土抗拉强度相同
8.混凝土收缩、徐变与时间有关，且互相影响
三、填空题
1.混凝土在长期不变荷载作用下将产生变形，混凝土随水蒸发将产生变形。
2.当钢筋混凝土构件收缩内部钢筋约束时，会在钢筋中产生应力，混凝土中产生
应力。
3.混凝土的强度指标通过试验测出的有：；；。
4.工地上检验有明显流幅钢筋力学性能是否合格的的指标是：；；；。
5.预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于。
6.钢筋与混凝土的粘结力主要由；；。
7.钢筋冷加工的方法有；。
8.常用的测定混凝土抗拉度的方法有两种，是和。
9.混凝土一次加载下的应力变曲线最高点以内卸去荷载，其应变值分成三部分：；
；。
10.由混凝土应力应变的下降段可知：混凝土强度越高，残余应力相对的。
这说明高强度混凝土耐受变形的能力。
11.砂浆的弹性模量随其强度等级的变化而有明显变化，砂浆强度等级扩散，变形，弹性模量越大。
四、问答题
1.钢筋的锚固长度是如何确定的？
2.混凝土的收缩、徐变对结构有些什么影响？
3.混凝土处于三向受压状态下。
其强度和变形性能有哪些特点？
4.试说明混凝土弹性系数的定义及其与弹性模量和变形模量的关系。
5.影响钢筋与混凝土粘结强度的因素有哪些？
五、演算题
1.要使静定结构中混凝土构件不致因混凝土收缩而开裂，求构件的最大配筋率须满足的条件。
已知混凝土自由收缩应变、弹性模量弹性系数、开裂时的应力、钢筋弹性模量Es。