鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材.ppt

第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能 第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能 第三節(jié) 鋼筋與混凝土的粘結(jié),一、鋼筋的化學(xué)成分,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,鋼筋的力學(xué)性能主要取決于它的化學(xué)成分。其主要成分是鐵元素,此外還含有少量的碳、錳、硅、硫等元素。 增加含碳量可提高鋼材的強(qiáng)度,但塑性和可焊性降低。錳、硅元素可提高鋼材強(qiáng)度,并保持一定塑性;磷、硫是有害元素,其含量超過(guò)一定限度時(shí),鋼材塑性明顯降低,磷使鋼材冷脆,硫使鋼材熱脆,且焊接質(zhì)量也不易保證。除上述元素外,再加入少量合金元素,如錳、硅、釩、鈦等即制成低合金鋼。,二、鋼筋的分類(lèi),1、按其化學(xué)成份：,可分為碳素鋼和普通低合金鋼。,根據(jù)含碳量，碳素鋼分為低碳鋼（含碳量小于0.25%）、中碳鋼和高碳鋼（含碳量大于0.6%） 。,隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性降低，可焊性變差。,在碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入了少量的合金元素如錳、釩等，就成為普通低合金鋼。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,一、鋼筋的分類(lèi),1、按其化學(xué)成份：,可分為碳素鋼和普通低合金鋼。,普通低合金鋼表示方法 1)名稱(chēng)前面的數(shù)字代表平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)；如16Mnq； 2)合金元素后的尾標(biāo)數(shù)字表明該元素含量取整的百分?jǐn)?shù)； 3)當(dāng)其含量小于1.5%時(shí)，不加尾標(biāo),一般來(lái)說(shuō)認(rèn)為是1%。,普通低合金鋼的特點(diǎn)：強(qiáng)度高、塑性及可焊性好。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,一、鋼筋的分類(lèi),2、按其外形：,可分為光面鋼筋和變形鋼筋。,表面有兩條縱向凸緣（縱肋），形成螺旋紋、人字紋和月牙紋。HRB335級(jí)、HRB400級(jí)鋼筋為變形鋼筋。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,光面鋼筋表面是光圓的。 如HPB235級(jí)鋼筋為光面鋼筋。,一、鋼筋的分類(lèi),第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,變形鋼筋的表面形狀，我國(guó)以往長(zhǎng)期采用螺旋紋和人字紋兩種(圖b，c)，表面花紋由兩條縱助和螺旋形橫肋或人字形橫肋組成。鑒于這種形式的橫肋較密，消耗于肋紋的鋼材較多，縱肋和橫肋相交，容易造成應(yīng)力集中，對(duì)鋼筋的動(dòng)力性能不利，故近幾年來(lái)我國(guó)已將變形鋼筋的肋紋改為月牙紋(圖d)。,一、鋼筋的分類(lèi),3、按生產(chǎn)加工工藝和力學(xué)性能：,可分為熱軋鋼筋 冷拉鋼筋 冷軋帶肋鋼筋 熱處理鋼筋 高強(qiáng)鋼絲及鋼絞線,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,熱軋鋼筋的符號(hào)說(shuō)明,HPB235,生產(chǎn)工藝： hot rolled,表面形狀：plain,鋼筋：bar,屈服強(qiáng)度,Hot Rolled Plain Steel Bar熱軋光面鋼筋,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,Hot Rolled Ribbed Steel Bar 熱軋帶肋鋼筋,熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度,HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強(qiáng)度較低，不 宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋； HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和 塑性均較好，是目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一； HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和 塑性均較好，是今后主要應(yīng)用的鋼筋品種之一； RRB400：將屈服強(qiáng)度相當(dāng)于HRB335的鋼筋在軋制后穿水冷卻，然后利用芯部的余熱對(duì)鋼筋表面的淬水硬殼回火處理而成的變形鋼筋。其性能接近于 HRB400級(jí)鋼筋，但不如 HRB400級(jí)鋼筋穩(wěn)定，焊接時(shí)鋼筋回火強(qiáng)度有所降低，因此應(yīng)用范圍受到限制。,熱軋鋼筋的性能特點(diǎn),一、鋼筋的分類(lèi),3、按生產(chǎn)加工工藝和力學(xué)性能：,可分為熱軋鋼筋 冷拉鋼筋 冷軋帶肋鋼筋 熱處理鋼筋 高強(qiáng)鋼絲及鋼絞線,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,一、鋼筋的分類(lèi),3、按生產(chǎn)加工工藝和力學(xué)性能：,可分為熱軋鋼筋 冷拉鋼筋 冷軋帶肋鋼筋 熱處理鋼筋 高強(qiáng)鋼絲及鋼絞線,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,一、鋼筋的分類(lèi),3、按生產(chǎn)加工工藝和力學(xué)性能,可分為熱軋鋼筋 冷拉鋼筋 冷軋帶肋鋼筋 熱處理鋼筋 高強(qiáng)鋼絲及鋼絞線,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,3、按生產(chǎn)加工工藝和力學(xué)性能,可分為熱軋鋼筋;冷拉鋼筋;冷軋帶肋鋼筋;熱處理鋼筋;高強(qiáng)鋼絲及鋼絞線,細(xì)鋼筋,鋼 絲,預(yù)應(yīng)力鋼筋的符號(hào)說(shuō)明,鋼絞線 S Strand,光面鋼絲 P Plain,刻痕鋼絲 I Indented,螺旋肋鋼絲 H Helix,熱處理鋼筋 HT Heat-treated,預(yù)應(yīng)力鋼筋的屈服強(qiáng)度,螺紋鋼筋和鋼棒,4、熱軋鋼筋的使用條件,1） HPB235級(jí)( I級(jí)、 )鋼筋是熱軋光圓鋼筋, 直徑8 20mm。 2） 是一種低碳鋼，質(zhì)量穩(wěn)定，塑性及焊 接性能很好; 3） 強(qiáng)度稍低，且與混凝土的粘結(jié)稍差。 HPB235級(jí)鋼筋多作為厚度不大現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和梁柱中箍筋。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,4、熱軋鋼筋的使用條件,鋼筋強(qiáng)度較高，多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用級(jí)鋼筋作箍筋的。為增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（Deformed Bar）。直徑8 50mm。 在工程中HRB335、HRB400級(jí)鋼筋應(yīng)用十分廣泛，主要用于大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,4、熱軋鋼筋的使用條件,1）級(jí)鋼筋是熱軋等高肋（螺紋形）鋼 筋， 直徑為1032 mm。 2）級(jí)鋼筋由于含碳量較高，因此強(qiáng)度高， 但塑性及可焊性較差。不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，一般均經(jīng)冷拉后用于預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,5、冷拉鋼筋的使用條件,1）冷拉I級(jí)鋼筋可用于普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)，但一般 不用于水工鋼筋砼軸心受拉及小偏心受拉構(gòu)件。,2）冷拉、級(jí)鋼筋常用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。鋼筋經(jīng)冷拉后性質(zhì)變脆，承受沖擊荷載或重復(fù)荷載的構(gòu)件及處于負(fù)溫下的結(jié)構(gòu)，一般不宜采用冷拉鋼筋。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,6、冷軋帶肋鋼筋的使用條件,1）按強(qiáng)度分為L(zhǎng)L550、LL650、LL800；第一個(gè)L為“冷”，第二個(gè)L為“肋”，數(shù)字為鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 2）LL550用于普通鋼筋砼構(gòu)件； 3） LL650和LL800冷軋帶肋鋼筋用作中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，宜優(yōu)先采用HRB335級(jí)、HRB400級(jí)鋼筋；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用高強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲。這樣不僅可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全度水平，降低工程造價(jià)，而且還可以降低配筋率，緩解鋼筋密集帶來(lái)的施工困難。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,考慮到我國(guó)近年來(lái)強(qiáng)度高、性能好的預(yù)應(yīng)力鋼筋（鋼絲、鋼絞線）已可充分供應(yīng)。SL1912008不再列入冷拔低碳鋼絲、冷拉鋼筋、冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋等延性較差的冷加工鋼筋。未列入標(biāo)準(zhǔn)不是不允許使用這些鋼筋，而是使用這些冷加工鋼筋時(shí)，應(yīng)符合JGJ92、JGJ952003、JGJ11597等專(zhuān)門(mén)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,根據(jù)鋼筋在單調(diào)受拉時(shí)所反應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)的不同,可以把鋼筋分為有明顯屈服點(diǎn)的和沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的兩大類(lèi),有時(shí)也分別稱(chēng)為有明顯物理流限和無(wú)明顯物理流限的鋼筋. 熱軋鋼筋和冷拉鋼筋屬于有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋;鋼絲和熱處理鋼筋屬于無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋.,二、鋼筋的力學(xué)性能,1、軟鋼的力學(xué)性能,1） 應(yīng)力應(yīng)變分四個(gè)階段 A.彈性工作階段； B.屈服階段或流幅； C.強(qiáng)化階段； D.破壞階段,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,1、軟鋼的力學(xué)性能,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,根據(jù)熱軋鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線的基本特征，在建立鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計(jì)算理論時(shí)作了如下兩點(diǎn)簡(jiǎn)化： A.忽略從比例極限到屈服點(diǎn)之間鋼筋微小的塑性應(yīng)變，即假設(shè)鋼筋應(yīng)力不大于屈服點(diǎn)時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系一直服從胡克定律，處于理想彈性階段；,二、鋼筋的力學(xué)性能,1、軟鋼的力學(xué)性能,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,B.不利用應(yīng)力強(qiáng)化階段，假設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)件截面達(dá)到破壞時(shí)，鋼筋拉應(yīng)力保持為屈服點(diǎn)，應(yīng)力、應(yīng)變則處于流幅以內(nèi)。 經(jīng)上述簡(jiǎn)化后，熱軋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可簡(jiǎn)化為圖所示的曲線(圖中fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)。,二、鋼筋的力學(xué)性能,1、軟鋼的力學(xué)性能,2) 四個(gè)主要機(jī)械性能指標(biāo) A.屈服強(qiáng)度（fy）； B.極限抗拉強(qiáng)度（fu） C.伸長(zhǎng)率（5 、10）：表示塑性好壞。 D.冷彎角（性能）：表示塑性和冷彎性能。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,1、軟鋼的力學(xué)性能,鋼材中含碳量越高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度就越高，延伸率就越小，流幅也相應(yīng)縮短。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,1、軟鋼的力學(xué)性能,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,按冶金鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是取其出廠時(shí)的廢品限值，其數(shù)值相當(dāng)于fy,m-3，具有97.73%的保證率，滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率95%的要求。,二、鋼筋的力學(xué)性能,2、硬鋼的力學(xué)性能,從加載到拉斷無(wú)明顯的屈服點(diǎn)，沒(méi)有屈服階段，抗拉強(qiáng)度較高，變形很小。 通常取相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的應(yīng)力0.2作為假定屈服點(diǎn)，稱(chēng)為條件屈服強(qiáng)度，約為0.8倍的抗拉極限強(qiáng)度。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,2、硬鋼的力學(xué)性能,無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋的性質(zhì) 1） 鋼筋塑性差，伸長(zhǎng)率?。?2） 采用其配筋的鋼筋砼構(gòu)件，受拉破壞時(shí)，往往突然斷裂，不如軟鋼配筋構(gòu)件在破壞前有明顯預(yù)兆。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,3、鋼筋的彈性模量,（1）鋼筋彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱(chēng)為鋼筋的彈性模量，用符號(hào)Es表示。 （2）由于鋼筋在彈性階段的受壓性能與受拉性能類(lèi)同，所以同一種鋼筋的受拉和受壓彈性模量相同，各類(lèi)鋼筋的彈性模量見(jiàn)附錄二表5。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,3、鋼筋的彈性模量,各類(lèi)鋼筋的彈性模量見(jiàn)附錄二表5。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,4、鋼筋的塑性性能,（1）伸長(zhǎng)率和冷彎性能是反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)。 （2）伸長(zhǎng)率是鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率， 即,式中 伸長(zhǎng)率（ %）； l1試件拉伸前的標(biāo)距長(zhǎng)度， 短試件 l1=5d， 長(zhǎng)試件l1=10d，d為試件的直徑； l2試件拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,鋼筋標(biāo)距通常取為5d或10d，標(biāo)距范圍包括了鋼筋的頸縮區(qū)域，而該區(qū)域的變形占試件變形的絕大部分且與試件標(biāo)距的大小關(guān)系不大，所以導(dǎo)致不同標(biāo)距的試件測(cè)得的延伸率不同。 （3）伸長(zhǎng)率越大，鋼筋塑性越好，拉斷前有足夠的伸長(zhǎng)，使構(gòu)件的破壞有明顯預(yù)兆；反之伸長(zhǎng)率越小，鋼筋塑性差，破壞具突發(fā)性，呈脆性特征。,二、鋼筋的力學(xué)性能,4、鋼筋的塑性性能,（4）冷彎是在常溫下將鋼筋繞某一規(guī)定直徑的輥軸進(jìn)行彎曲 ,在達(dá)到規(guī)定的冷彎角度時(shí)，鋼筋不發(fā)生裂紋、分層或斷裂，鋼筋的冷彎性能符合要求。常用冷彎角度和彎心直徑D反映冷彎性能。 彎心直徑越小，冷彎角度越大，鋼筋的冷彎性能越好。,二、鋼筋的力學(xué)性能,5、冷拉鋼筋的力學(xué)性能,（1）概念：冷拉是指在常溫下，用張拉設(shè)備將鋼筋拉伸超過(guò)它的屈服強(qiáng)度，然后卸載為零，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后再拉伸，鋼筋就會(huì)獲得比原來(lái)屈服強(qiáng)度更高的新的屈服強(qiáng)度值。 （2）冷拉結(jié)果：只提高了鋼筋的抗拉強(qiáng)度，不能提高其抗壓強(qiáng)度。 （3）應(yīng)用：不能用于軸心受拉構(gòu)件。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,二、鋼筋的力學(xué)性能,6、鋼筋砼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求,（1）鋼筋應(yīng)具有一定的強(qiáng)度； （2）鋼筋應(yīng)具有足夠的塑性（伸長(zhǎng)率和冷彎性能）。 （3）鋼筋與砼應(yīng)具有良好的粘結(jié)力。粘結(jié)力是保證 鋼筋和砼能夠共同工作的基礎(chǔ)。鋼筋表面形狀 及表面積對(duì)粘結(jié)力很重要。 （4）鋼筋應(yīng)具有良好的焊接性能。,第一節(jié) 鋼筋的品種和力學(xué)性能,第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能,一、混凝土的概念,混凝土是由水泥、水和骨料（細(xì)骨料砂子、粗骨料石子）按一定配合比經(jīng)攪拌后入模振搗，養(yǎng)護(hù)硬化形成的人造石材。 水泥和水在凝結(jié)硬化過(guò)程中形成水泥膠塊把骨料粘結(jié)在一起。水泥結(jié)晶體和砂石骨料組成砼的彈性骨架起著承受外力的主要作用，并使砼具有彈性變形的特點(diǎn)。水泥凝膠體則起著調(diào)整和擴(kuò)散砼應(yīng)力的作用，并使砼具有塑性變形的性質(zhì)。,第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能,二、混凝土的強(qiáng)度,1、概念 用邊長(zhǎng)為150mm砼立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，由標(biāo)準(zhǔn)立方體試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度，用fcu表示。用邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法加壓至試件破壞，測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度稱(chēng)為砼立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)fcu,k表示。（Characteristic Value 標(biāo)準(zhǔn)值）,（一）砼的立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能,二、混凝土的強(qiáng)度,2、尺寸修正系數(shù) 對(duì)100mm100mm100mm的試塊所測(cè)強(qiáng)度乘以0.95的換算系數(shù)； 對(duì)200200mm200mm的試塊所測(cè)強(qiáng)度乘以1.05的換算系數(shù)。,（一）砼的立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,3、混凝土強(qiáng)度等級(jí) 水工上分為C15C60共 10 級(jí)。工業(yè)與民用建筑分為C15C80。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15； 采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20； 當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋或承受重復(fù)荷載時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30； 當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。,第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能,二、混凝土的強(qiáng)度,1、概念 采用 150mm150mm300mm的棱柱體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，測(cè)得的砼棱柱體抗壓強(qiáng)度即為砼的軸心抗壓強(qiáng)度。用符號(hào)fc表示，隨著試件高寬比h/b增大，端部摩擦力對(duì)中間截面約束減弱，砼抗壓強(qiáng)度降低。,（二）砼的棱柱體抗壓強(qiáng)度f(wàn)c,第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能,二、混凝土的強(qiáng)度,2、取值 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果知，砼棱柱體試件的軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c與立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu之間大致成線性關(guān)系，平均比值為0.76， 考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件與試件各方面因素的差異、影響，偏安全地取用關(guān)系式： fc=0.67 fcu,（二）砼的棱柱體抗壓強(qiáng)度f(wàn)c,1、試驗(yàn)方法 常用軸心抗拉試驗(yàn)或劈裂試驗(yàn)來(lái)測(cè)得砼的軸心抗拉強(qiáng)度，其值遠(yuǎn)小于砼的抗壓強(qiáng)度。一般為其抗壓強(qiáng)度的1/91/18，且不與抗壓強(qiáng)度成正比。,（三）砼的軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t,2、取值 混凝土試件的軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t 與立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu之間存在如下關(guān)系： ft=0.26（ fcu）2/3 考慮實(shí)際構(gòu)件與試件差異，對(duì)試件強(qiáng)度進(jìn)行修正，偏安全地取用關(guān)系式： ft =0.23（fcu）2/3,（三）砼的軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t,混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值(N/mm2),第二節(jié) 混凝土的物理力學(xué)性能,二、混凝土的強(qiáng)度,1、雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，即一向強(qiáng)度隨另一向壓應(yīng)力的增加而增加。 2、在一軸受壓一軸受拉狀態(tài)下，抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。 3、在雙向受拉區(qū)，其強(qiáng)度與單向受拉時(shí)差別不大，即一向抗拉強(qiáng)度基本上與另一向拉應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)。,（四）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度,4、構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到剪應(yīng)力t 和正應(yīng)力s 共同作用下的復(fù)合受力情況,（四）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度,砼的抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小， 隨壓應(yīng)力增大而增大； 當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。,5、三向受壓應(yīng)力狀態(tài),（四）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度,砼一向抗壓強(qiáng)度隨另兩向壓 應(yīng)力的增加而增加。,試件側(cè)向變形受到限制，其內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展受到阻礙，當(dāng)側(cè)壓力增大時(shí)，軸向抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)增大。,三、混凝土的變形,（一）混凝土在一次短期加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,1、上升段 A. c0.3fc，應(yīng)力較小時(shí)，砼處于彈性工作階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線接近于直線； B.0.3fcc0.8fc，當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增大，其應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)加快，砼塑性變形增大，應(yīng)力應(yīng)變曲線越來(lái)越偏離直線； C.0.8fccfc，隨著應(yīng)力的進(jìn)一步增大，且接近fc時(shí)，砼塑性變形急劇增大，c點(diǎn)的應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力fc ，試件開(kāi)始破壞。,三、混凝土的變形,（一）混凝土在一次短期加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,2、下降段 當(dāng)應(yīng)力超過(guò)fc后，試件承載能力下降，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線在d點(diǎn)出現(xiàn)反彎。,三、混凝土的變形,（一）混凝土在一次短期加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,3、影響應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀因素 砼強(qiáng)度低，曲線平坦；強(qiáng)度越高，下降段斜率越大，cu?。环从沉藦?qiáng)度高的砼變形能力小； 加載速度快，最大應(yīng)力提高，曲線陡；加載速度慢，曲線平緩，cu增大。砼強(qiáng)度隨加載速度的加快而稍有增加。,三、混凝土的變形,（一）混凝土在一次短期加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,4、混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的有關(guān)說(shuō)明 砼的極限壓應(yīng)變cu越大，砼的塑性變形能力越大，即延性越好； 砼受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線與受壓時(shí)相似，但其峰值時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變都比受壓時(shí)小得多。計(jì)算時(shí)，一般混凝土的最大拉應(yīng)變可取（11.5）10-4。,5、規(guī)范推薦的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線表達(dá)式,三、混凝土的變形,（二）混凝土在重復(fù)荷載下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,1、特點(diǎn)：隨著加載卸載重復(fù)次數(shù)的增加，殘余應(yīng)變會(huì)逐漸減小，一般重復(fù)510次后，加載和卸載的應(yīng)力應(yīng)變曲線越來(lái)越閉合接近直線，此時(shí)砼就像彈性體一樣工作。 2、疲勞破壞：當(dāng)應(yīng)力超過(guò)某一限值時(shí)，則經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，應(yīng)力應(yīng)變曲線成直線后，又能很快重新變彎且應(yīng)變?cè)絹?lái)越大，試件很快就會(huì)破壞。這種破壞就稱(chēng)為砼的“疲勞破壞”。,三、混凝土的變形,（三）混凝土的彈性模量和變形模量,1.彈性模量 材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是通過(guò)彈性模量反映的，彈性材料的彈性模量為常數(shù)。 砼的應(yīng)力與應(yīng)變的比值隨著應(yīng)力的變化而變化，即應(yīng)力與應(yīng)變的比值不是常數(shù)，所以它的彈性模量取值要復(fù)雜一些。 砼的彈性模量與立方體抗壓強(qiáng)度有關(guān)。 規(guī)范采用的彈性模量Ec的經(jīng)驗(yàn)公式為 ：,三、混凝土的變形,（三）混凝土的彈性模量和變形模量,混凝土的彈性模量Ec,三、混凝土的變形,（三）混凝土的彈性模量和變形模量,2.變形模量 （1）概念：當(dāng)應(yīng)力較大時(shí)，砼的塑性變形比較顯著，不能用Ec 表達(dá)砼的應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系，可用變形模量表示。 變形模量與彈性模量Ec關(guān)系可用彈性系數(shù)表示 。 （2）彈性系數(shù)：彈性系數(shù)是不超過(guò)1.0的變數(shù)，與應(yīng)力值有關(guān)，隨應(yīng)力增大而減小。 當(dāng)0.3fc時(shí)，砼基本處于彈性階段,=1.0； 當(dāng)=0.5fc時(shí)，=0.80.9； 當(dāng)=0.8fc時(shí)，=0.40.7。,三、混凝土的變形,（四）混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形徐變,1、概念：混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下，應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng)的現(xiàn)象，稱(chēng)為砼的徐變。 2、徐變的特點(diǎn)： 徐變?cè)谇捌谠鲩L(zhǎng)較快，隨后逐漸減慢。 一般6個(gè)月的徐變可達(dá)最終徐變的70%80%，2年以后，徐變基本完成。,三、混凝土的變形,（四）混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形徐變,3、徐變與塑性變形區(qū)別：,塑性變形是砼中結(jié)合面裂縫擴(kuò)展引起的。 應(yīng)力超過(guò)材料彈性極限后發(fā)生。 不可恢復(fù)。,徐變是砼受力后，水泥石中的凝膠體產(chǎn)生的粘性流動(dòng)。 徐變部分可恢復(fù)。 徐變?cè)谳^小的應(yīng)力時(shí)就發(fā)生。,三、混凝土的變形,（四）混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形徐變,4、產(chǎn)生徐變?cè)颍?水泥膠凝體粘性流動(dòng)，使骨料應(yīng)力增大； 砼內(nèi)部的微裂縫的擴(kuò)展和延伸。,5、影響徐變的因素：, 應(yīng)力條件：應(yīng)力越大，徐變也越大。 加荷齡期：混凝土的齡期越早，徐變?cè)酱蟆?周?chē)h(huán)境：養(yǎng)護(hù)溫度越高，濕度越大，水泥水化作用越充分，徐變就越?。?試件受荷后，環(huán)境溫度低，濕度大，徐變就越小。,5、影響徐變的因素：, 砼中水泥用量越多，徐變?cè)酱?；水灰比越大，徐變?cè)酱螅?材料質(zhì)量和級(jí)配好，彈性模量大，徐變?。?構(gòu)件的體表比越大，徐變?cè)叫　?（四）混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形徐變,6、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的受力性能的影響,不利影響： 徐變會(huì)使受彎構(gòu)件和偏壓構(gòu)件的變形加大； 導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失； 有利影響： 支座沉陷引起的應(yīng)力及溫度濕度應(yīng)力可因徐變得到松弛； 局部應(yīng)力集中可因徐變得到緩和。,三、混凝土的變形,（五）混凝土的溫度變形和干濕變形,1、溫度變形,溫度應(yīng)力可能形成貫穿性裂縫而影響正常使用，使結(jié)構(gòu)承載力和砼的耐久性大大降低。,2、干縮變形,砼在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的現(xiàn)象，稱(chēng)為干縮變形或稱(chēng)收縮。,三、混凝土的變形,（五）混凝土的溫度變形和干濕變形,2、干縮變形,引起砼干縮的主要原因：一是干燥失水；二是因砼結(jié)硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥結(jié)晶體，而水泥結(jié)晶體比原材料的體積?。s）。 影響干縮主要因素：相對(duì)濕度；水泥用量；水灰比。砼骨料彈性模量越小，干縮越大。,四、混凝土的其他性能,（一）混凝土的重力密度,（二）混凝土的耐久性,砼的耐久性與其抗?jié)B、抗凍、抗沖刷、抗碳化和抗腐蝕等性能有密切關(guān)系。 結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)所處環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)使用條件、結(jié)構(gòu)形式和細(xì)部構(gòu)造、結(jié)構(gòu)表層保護(hù)措施以及施工質(zhì)量等均有關(guān)系。砼強(qiáng)度等級(jí)： 受彎構(gòu)件： C20C30 受壓構(gòu)件： C30C40 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)： C30C60,結(jié)構(gòu)環(huán)境條件類(lèi)別,第三節(jié) 鋼筋與混凝土的粘結(jié),一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力,(一)粘結(jié)應(yīng)力的定義,鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力 。,粘結(jié)強(qiáng)度：粘結(jié)失效時(shí)的最大（平均）粘結(jié)應(yīng)力。,粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試,一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力,（二）粘結(jié)力的測(cè)定,鋼筋與砼之間的粘結(jié)力，是通過(guò)鋼筋的拔出試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。沿鋼筋長(zhǎng)度上的粘結(jié)應(yīng)力是曲線分布，最大粘結(jié)應(yīng)力產(chǎn)生在離端頭某一距離處。平均粘結(jié)應(yīng)力用表示。則在鋼筋拉拔力達(dá)到極限時(shí)的平均粘結(jié)應(yīng)力可由下式確定：,N 極限拉拔力； d 鋼筋直徑； l 鋼筋埋入砼的長(zhǎng)度；,一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力,（二）粘結(jié)力的測(cè)定,光面鋼筋b峰值隨P增加，由加荷端移至自由端，b圖形長(zhǎng)度（有效埋長(zhǎng)）達(dá)到自由端。 變形鋼筋b峰值始終在加荷端附近，有效埋長(zhǎng)增加緩慢，粘結(jié)力大于光面鋼筋。,一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力,（三）粘結(jié)力的組成,鋼筋與砼之間的粘結(jié)力主要由以下三部分組成： 1）化學(xué)膠著力。砼中水泥漿凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生化學(xué)作用，水泥膠體與鋼筋之間產(chǎn)生膠著力。 2）摩阻力。砼收縮將鋼筋緊緊握固，當(dāng)二者出現(xiàn)相對(duì)滑移時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生摩擦阻力。 3）機(jī)械咬合力。是鋼筋表面凸凹不平與砼之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用。機(jī)械咬合力約占總粘結(jié)力的一半以上，變形鋼筋比光面鋼筋的機(jī)械咬合作用更大。,(四)粘結(jié)破壞機(jī)理,1）光圓鋼筋的粘結(jié)破壞： 粘結(jié)作用在鋼筋與混凝土間出現(xiàn)相對(duì)滑移前主要取決于化學(xué)膠著力，發(fā)生滑移后則由摩擦力和機(jī)械咬合力提供。 2）變形鋼筋的粘結(jié)破壞 粘結(jié)強(qiáng)度仍由膠著力、摩擦力和機(jī)械咬合力組成。但主要為機(jī)械咬合力。 鋼筋開(kāi)始滑移后，粘結(jié)力主要由鋼筋凸肋對(duì)混凝土的斜向擠壓力和界面上的摩擦力組成。 若鋼筋外圍混凝土很薄且沒(méi)有環(huán)向箍筋約束，形成縱向劈裂裂縫，沿鋼筋縱向產(chǎn)生劈裂破壞。 若有環(huán)向箍筋約束混凝土的變形，縱向劈裂裂縫的發(fā)展受到限制，最后鋼筋沿肋外徑的圓柱面出現(xiàn)整體滑移，發(fā)生刮犁式破壞（剪切破壞）。,一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力,（五）影響粘結(jié)力的因素, 砼強(qiáng)度：粘結(jié)強(qiáng)度隨砼強(qiáng)度的提高而增加，但并不與立方體強(qiáng)度f(wàn)cu成正比，而與抗拉強(qiáng)度 ft 成正比。 保護(hù)層厚度：變形鋼筋，粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于劈裂破壞。相對(duì)保護(hù)層厚度c/d 越大，砼抵抗劈裂破壞的能力也越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。 受力情況：受壓鋼筋由于直徑增大會(huì)增加對(duì)砼的擠壓，從而使摩擦作用增加。 鋼筋表面和外形特征： 光面鋼筋表面凹凸較小，機(jī)械咬合作用小，粘結(jié)強(qiáng)度低。 月牙肋和螺紋肋變形鋼筋，機(jī)械咬合作用大，粘結(jié)強(qiáng)度高。,（六）保證可靠粘結(jié)的措施,1.混凝土的保護(hù)層不宜過(guò)小 2.鋼筋之間的凈距不宜過(guò)小 3.一般情況下，宜優(yōu)先選用小直徑的變形鋼筋（增加局部粘結(jié)作用，減小裂縫寬度） 4.光面鋼筋應(yīng)在末端采用彎鉤。 5.在鋼筋的搭接區(qū)和錨固區(qū)設(shè)置附加的橫向箍筋 6.鋼筋在支座處的錨固：錨固長(zhǎng)度la見(jiàn)規(guī)范，當(dāng)錨固長(zhǎng)度不能滿足時(shí)，則需采用機(jī)械錨固，如彎折、焊短鋼筋、焊短角鋼等。,二、鋼筋的錨固與接頭,受拉鋼筋最小錨固長(zhǎng)度la,錨固： 通過(guò)鋼筋埋置段或機(jī)械措施將鋼筋所受的力傳給砼。,二、鋼筋的錨固與接頭,（一）鋼筋的錨固長(zhǎng)度,2.綁扎骨架中的受力光面鋼筋末端必須做成半圓彎鉤。 彎鉤的形式與尺寸如下：,3.變形鋼筋及焊接骨架中的光面鋼筋因其粘結(jié)力較好，可不做彎鉤。,機(jī)械錨固的形式,依靠鋼筋自身的性能無(wú)法滿足錨固要求，采用機(jī)械錨固措施。,（二）鋼筋的接長(zhǎng),連接 ：通過(guò)綁扎搭接、焊接或機(jī)械連接，將一根鋼筋所受的力傳給另一根