2020年专升本(建筑学专业)第1章第1节学习课程:钢筋

院校:辽宁师范大学继续教育 发布时间:2019-11-07 13:09:28

    第1章  钢筋和混凝土的物理力学性能

    学习目标

    1.掌握钢筋的强度等级,理解钢筋应力一应变曲线的特性,掌握弹性模量、屈服应力、板限应力及其相应的应变值。会依据规范选择钢筋强度等级。

    2.掌握混凝土强度与强度等级的概念,了解混凝土的弹性模量和变形模量,了解混凝土的收缩、徐变性质及其对混凝土结构构件性能的影响。会依据规范选择混凝土强度等级。

    3.了解钢筋与混凝土之间的黏结作用的组成、黏结强度及其影响因素。

    学习重点

    1.混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度,混凝土强度等级的确定,混凝土的受压性能。

    2.钢筋的强度等级、受拉性能。

    3.钢筋和混凝土的黏结强度的组成及其影响因素。

    学习建议

    结合建筑材料的知识,以掌握钢筋和混凝土的力学性能为基础,了解钢筋和混凝土两种不同材料共同工作的原理。

    1.1  钢筋

    1.1.1钢筋的品种、等级和形式

    我国用于混凝土结构的钢筋主要有热轧钢筋、热处理钢筋、预应力钢丝及钢绞线四种。在钢筋混凝土结构中主要采用热轧钢筋。热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温下轧制而成的,其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅,断裂时有“颈缩”现象,伸长率较大。根据力学指标的高低,热轧钢筋可分为HPB300(符号为0),HRB335(符号为④),HRB400、HRBF400(符号分别为象、)、RRB400(余热处理钢筋,符号为④1)以及HRB500、HRBF500(符号分别为至、”)四个种类。普通纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB500和HRBF500钢筋,也可采用HPB300和HRB335钢筋。

    钢筋混凝土结构中所采用的钢筋,按外形,可分为带肋钢筋和光圆钢筋(见图1-1),其中带肋钢筋主要为月牙纹形;按供货形式,可分为圆盘状钢筋和条状钢筋。对于表面光圆的钢筋,其牌号为HPB300。对于表面为月牙纹的带肋钢筋,其牌号可通过刻在钢筋表面的第一个数字来识别,如3代表钢筋牌号为HRB335,4代表钢筋牌号为HRB400,5代表钢筋牌号为HRB500;刻在钢筋表面的最后一串数字代表钢筋的直径。中间的字母代表产地、厂家等信息。如图1-2所示的钢筋牌号为HRB335,直径为12mm。

    1.1.2  钢筋的强度与变形

    钢筋的力学性能有强度、变形(包括弹性变形和塑性变形)等。

    1.钢筋的应力应变曲线

    图1-3表示一条有明显流幅的典型的应力应变曲线。在图1-3中,0m为一段斜意线,其应力与应变之比为常数,应变在卸荷后能完全消失,称为弹性阶段,与Ox相应的度力称为比例极限(或弹性极限)。应力超过a点之后,应变较应力增长得稍铁,除弹性皮变外,还有卸荷后不能消失的塑性变形。到达b点后,钢筋开始屈服,即荷载不增加,应变却继续发展,增加很多,出现水平段be,be称为流幅或屈服台阶;b点则称为屈服点,与b点相应的应力称为屈服应力或届服强度(q.)。经过屈服阶段之后,偶筋内部晶粒经调整重新排列,抵抗外荷载的能力又有所提高,cd段称为强化阶段,d点叫作钢筋的抗拉强度或极限强度(q1)。过d点之后,在试件的最薄弱截面出现横向收缩,截面逐渐缩小,塑性变形迅速增大,出现所谓的颈缩现象,此时,应力随之降低,直至。点试件断裂。图1-4表示无明显流幅的钢筋的应力一应变曲线。此类钢筋没有明显的屈服点,极限强度高,但达到极限强度时的变形很大,在混凝土结构中较少使用。

    2.钢筋的强度指标

    对于有明显流幅的钢筋(俗称软钢),一般取屈服强度o.作为钢筋设计强度的依据。因为屈服之后,钢筋的塑性变形将急剧增加,钢筋混凝土构件将出现很大的变形和过宽的裂缝,以致不能正常使用。对于无明显流幅的钢筋(俗称硬钢),一般取为0.85。普通钢筋的种类、强度设计值、强度标准值和弹性模量见表1-1。钢材的极限强度是材料能承受的最大应力。通常以届强比(届服强度/极限强度)。映钢筋的强度储备,届强比越小,强度储备就越大,钢筋的利用程度越低。

    3.钢筋的塑性指标

    反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。

   (1)伸长率

    伸长率是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比值,即式中:8—伸长率;

    1一试件受力前的标距长度;

    1——试件拉断后的标距长度。

    伸长率越大,表示钢筋的塑性指标越好。钢筋断裂前有相当大的变形,有明显的预求不致突然发生危险的脆性破坏。

   (2)冷弯性能

    冷弯性能是检验钢筋塑性性能的另一项指标。为像钢筋在加工、使用时不开裂、弯断或脆断,可对钢筋试件进行冷弯试验,如图1-5所示,要求钢筋绕一规定直径辊进行弯曲,在达到规定的冷弯角度时,钢筋不出现裂缝或断裂。弯转角度越大、弯心直径D越小,钢筋的塑性就越好。冷弯试验较受力均匀的拉伸试验能更有效地揭示材质的缺陷,冷弯性能是衡量钢筋力学性能的一项综合指标。对于有明显流幅的钢筋,其主要指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能四项;对于无明显流幅的钢筋,其主要指标为抗拉强度、伸长率和冷弯性能三项。

    1.1.3  混凝土结构对钢筋性能的要求

    用于混凝土结构的钢筋,一般应能满足下列要求。

    1.具有较高的强度和适宜的届强比

    在钢筋的应力一应变曲线中,强度有两个:一个是钢筋的屈服强度(或条件屈服强度),这是设计计算的主要依据,屈服强度高则材料用量省,所以要选用高强度钢筋;另一个是铜筋的抗拉强度,屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比,它可以代表结构的强度储备,屈强比小则结构的强度后备大,但当届强比太小时,钢筋强度的有效利用率太低,所以要选择适当的屈强比。

    2.具有较好的塑性

    较好的塑性可以保证构件在破坏前有较明显的预兆(如明显的变形和裂缝),通过冷弯试验合格和钢筋拉伸率不小于规定值这两项措施保证钢筋具有较好的塑性。届服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是与钢筋的强度和变形相关的四项主要指标。

    3.具有可焊性

    要求钢筋具备良好的焊接性能,保证焊接强度,焊接后钢筋不产生裂纹及过大的变形。

    4.具有低温性能

    在寒冷地区,要求钢筋具备抗低温性能,以防钢筋低温冷脆而致破坏。

    5.与混凝土要有良好的黏结力黏结力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础。对钢筋的各项要求,应满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》(CB50204-2015)中的规定。

    1.1.4  钢筋的选用

   《混凝土结构设计规范(2015年版)》(GB50010-2010)(以下简称《混凝土规范》)规定:纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋,也可采用HPB300、HRB335、RRB400钢筋。梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋。箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋,也可采用HRB335钢筋。预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。

                                                                             (本文原创:转载未经许可将追责)