混凝土结构材料的物理力学性能

Changsha University of Science & Technology

水工钢筋混凝土结构学第1章 混凝土结构材料的 物理力学性能

2012

第1章

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1.1 钢筋的品种和力学性能一、钢筋的品种★ 按化学成分区分 低碳钢：(含碳量<0.25%)强度低、塑性好 中碳钢：(0.25%≤含碳量≤0.6%) 高碳钢：(含碳量>0.6%)强度高、塑性差 低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，度高、 塑性好2012 第1章 2

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★ 按外形区分 光圆钢筋 变形钢筋一般包括螺旋纹、人字纹和月牙肋 月牙肋 钢筋

三种，但目前常用月牙肋。

2012

第1章

3 1.1 钢筋的力学性能

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光面圆钢筋 螺旋纹钢筋

人字纹钢筋

月牙肋钢筋

2012

第1章

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★按加工方式

钢筋与混凝土材料的力学性能

提 要

本章的主要内容：

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钢筋的品种、力学性能及有关指标。 混凝土强度等级、强度指标及其换算关系。

混凝土的破坏机理、受压应力-应变曲线、弹性模量。 复杂应力下混凝土的强度。 混凝土的收缩和徐变性能。

材料强度标准值的概念及计算公式，材料分项系数和材料强度设计值。 1.1 钢筋 钢筋的品种

图2-1 常用钢筋品种

◆ 热轧钢筋

分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400三个等级

※ HPB235级钢筋为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋；

※ HRB335、HRB400和RRB400级钢筋为变形钢筋，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，HRB335亦可作为大尺寸构件的箍筋。 ◆ 钢丝和钢绞线

多用于预应力混凝土结构。钢丝的外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有三股和七股钢绞线。高强钢丝和钢绞线的抗拉强度可达1470～1860MPa。

1

◆ 热处理钢筋

多用于预应力混凝土结构。它是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。 ◆ 冷加工钢筋

冷加工钢筋是由热轧钢筋或盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭加工后而成。经冷加工后

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：（

第一篇 钢筋混凝土结构

第1章 钢筋混凝土结构的基本概念及

材料的物理力学性能

1.1 钢筋混凝土结构的基本概念

钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。

混凝土（砼）是一种人造石料，其抗压能力很高，而抗拉能力很弱。采用素混凝土制成的构件（指无筋或不配置受力钢筋的混凝土构件），例如素混凝土梁，当它承受竖向荷载作用时[图1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到弯矩作用，截面中和轴以上受压，以下受拉。当荷载达到某一数值Fc时，梁截面的受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，即出现竖向弯曲裂缝，这时，裂缝处截面的受拉区混凝土退出工作，该截面处受压高度减小，即使荷载不增加，竖向弯曲裂缝也会急速向上发展，导致梁骤然断裂[图1-1b）]。这种破坏是很突然的。也就是说，当荷载达到Fc的瞬间，梁立即发生破坏。Fc为素混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为素混凝土梁的抗裂荷载，也是素混凝土梁的破坏荷载。由此可见，素混凝土梁的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。在制造混凝土梁时，倘若在梁的受拉区配置适量的纵向受力钢筋，就构成钢筋混凝土梁。试验表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的钢

《混凝土结构设计原理》 基本概念自测复习题

第一部分 绪论及材料力学性能 一、选择题

1．图1所示为一素混凝土梁，这种简图是否现实。（ b ）

A．现实； B．不现实。

2-1 素混凝土梁图2-12．截面尺寸和混凝土强度等级相同的钢筋混凝土梁与纯混凝土梁相比，其承载能力：c

A．有所提高 B．有所降低 C．提高很多 D．相同

3．截面尺寸和混凝土强度等级相同的钢筋混凝土梁与纯混凝土梁相比，其抵抗开裂的能力：c A．有所提高 B．有所降低 C．提高很多 D．相同

4．混凝土组成成分中最薄弱的环节是：

A．水泥石的抗拉强度 B．砂浆的抗拉强度

C．水泥石与骨料间的粘结 D．砂浆与骨料间的粘结

5．混凝土力学指标的基本代表值是：a

A．立方体抗压标准强度 B．轴

心受压设计强度

C．轴心抗压标准强度 D．立方体抗压平均强度

7．钢筋混凝土最主要的缺点是：c

A．使用荷载下带

一、PE纤维

PE纤维是超高分子量聚乙烯纤维（ultra-high molecular weight polyethylene fiber DOYENTRONTEX Fiber）的简称，是世界上最坚韧的纤维。

①强度达2.2~3.5Gpa，具有很好的耐疲劳性和耐摩擦性，耐冲击性能强于芳纶、碳纤维、聚酯等，仅小于尼龙，在高强纤维中，是最高的；

②优良的耐化学腐蚀性和耐光性，熔点144℃；

③密度较小，一般为0.97g/cm3，断裂伸长为3%~6%，

国外超高分子量聚乙烯性能 密度抗拉强度弹性模量断裂伸长生产公司 牌号 3（g/cm） （Mpa） （Gpa） （%） Dyneema SK60 荷兰DSM SK65 SK75 SK76 Spectra 900 1000 2000 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 2700 3000 3400 3600 2400 2910 3000 89 98 107 116 79 101 116 3.5 3.6 3.8 3.8 3.6 3.3 2.9 美国Alliedgnal

二、碳纤维

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而

第一章 钢筋混凝土的材料力学性能

一、填空题：

1、《混凝土规范》规定以 强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是 。

3、混凝土的强度等级是按 划分的，共分为 级。

4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常称它们为 和 。

5、钢筋按其外形可分为 、 两大类。

6、HPB235、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。

7、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于于残余应变为 时的应力作为名义屈服点，称为 。

8、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 、 等四项。

9、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 等三项。

10、钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们之间能够很好地共同工作是因为 、 、

第一章 钢筋混凝土的材料力学性能

一、填空题：

1、《混凝土规范》规定以 强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是 。

3、混凝土的强度等级是按 划分的，共分为 级。

4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常称它们为 和 。

5、钢筋按其外形可分为 、 两大类。

6、HPB235、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。

7、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于于残余应变为 时的应力作为名义屈服点，称为 。

8、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 、 等四项。

9、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 等三项。

10、钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们之间能够很好地共同工作是因为 、 、

第一章 钢筋混凝土的材料力学性能

一、填空题：

1、《混凝土规范》规定以 强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是 。

3、混凝土的强度等级是按 划分的，共分为 级。

4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常称它们为 和 。

5、钢筋按其外形可分为 、 两大类。

6、HPB235、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。

7、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于于残余应变为 时的应力作为名义屈服点，称为 。

8、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 、 等四项。

9、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 等三项。

10、钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们之间能够很好地共同工作是因为 、 、

名词解释：

1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。 2弹性比功：表示金属材料吸收塑性变形功的能力。

3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。 4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少来塑性变形，卸载后再同向加载，规定参与伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

5塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。常见塑性变形方式：滑移和孪生 6应力状态软性系数： 最大切应力 最大正应力 应力状态软性系数

α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易产生塑性变形 α越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂

7缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生拜年话，产生所谓―缺口效应―

①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的 单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。

② 缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。

8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度ζbm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度ζb的比值. NSR=ζbn / ζs