鋼筋混凝土材料的主要力學(xué)性能.ppt

第1章 鋼筋混凝土材料的主要力學(xué)性能,混凝土結(jié)構(gòu)材料,（主要力學(xué)性能）,混凝土,鋼筋,強(qiáng)度和變形,第一節(jié) 混凝土的主要力學(xué)性能,一混凝土的強(qiáng)度 荷載的性質(zhì)和受力條件不同，使混凝土具有不同的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度 單向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度 雙向受力強(qiáng)度 三向受壓強(qiáng)度,1混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí),標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件 標(biāo)準(zhǔn)方法制作邊長(zhǎng)150mm立方體, (203) 濕度90%以上 28天齡期 用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè) 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值： 95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度值。 用途：力學(xué)性能的基本代表值，混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分依據(jù)。 強(qiáng)度等級(jí)：按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分為14級(jí)，“C+標(biāo)準(zhǔn)值”,常用等級(jí)：C15，C20，C25，C30，C35， C40，C45，C50，C55， C60，C65，C70，C75， C80,混凝土強(qiáng)度等級(jí)：,例如 C20, 表示,當(dāng)邊長(zhǎng)不是150mm時(shí)，可通過尺寸效應(yīng)換算系數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度。規(guī)范規(guī)定其換算關(guān)系為：,混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)破壞照片,影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素： （1）試驗(yàn)方法： 分為涂潤(rùn)滑劑和不涂潤(rùn)滑劑。 通常試塊與試驗(yàn)機(jī)墊板之間存在摩擦，這種摩擦對(duì)試塊有“套箍”作用引起抗壓強(qiáng)度提高。 如果涂潤(rùn)滑劑，摩擦力大大減小，橫向不受約束，強(qiáng)度不提高。 注意：我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是不涂潤(rùn)滑劑的。 （2）試件尺寸：尺寸越小，強(qiáng)度越高。 （3）加載速度：速度越快，強(qiáng)度越高。 （4）混凝土齡期：隨齡期的增長(zhǎng)而提高。,2混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度,用標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件（150mm 150mm 300 mm）采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（與立方體相同）測(cè)定的混凝土抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度。 一般認(rèn)為當(dāng) h / b = 24 時(shí)，可以消除摩擦力的影響，中間為純壓狀態(tài)，接近實(shí)際情況。,通過試驗(yàn)分析， 規(guī)范給出軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系按下式確定： 棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度的比值，C50以下取 0.76， C80取0.82。 高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)，C40及以 下，取1.0，C80取0.87。 0.88考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土之間的差異而取的折減系數(shù)。,小貼示：在以后計(jì)算受彎構(gòu)件，軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力時(shí)，都是以 作為強(qiáng)度計(jì)算指標(biāo)的。,3混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度,一般只為抗壓強(qiáng)度的 1/18 1/9。 軸心抗拉強(qiáng)度可由試驗(yàn)直接測(cè)得 軸心受拉試驗(yàn)（直接） 劈裂試驗(yàn) （間接）,通過試驗(yàn)分析，規(guī)范給出軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系 注意：混凝土強(qiáng)度越高， 與 的比值越小。,小貼示：在以后實(shí)際計(jì)算時(shí)， ， 不用上式計(jì)算，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)一定時(shí)，直接查表，見附錄。,4、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土的強(qiáng)度,實(shí)際上混凝土構(gòu)件都處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)， 梁既受M又受V，柱同時(shí)受M、N、V，所以 需研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度。,（1）混凝土的雙向受力強(qiáng)度（正應(yīng)力） 雙向受拉： 、 相互影響不大，雙向受拉 強(qiáng)度接近于單向受拉強(qiáng)度。 雙向受壓： 一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的增加 而增加，雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓 強(qiáng)度最多可提高27% 。 一向受壓、一向受拉： 雙向異號(hào)應(yīng)力使單向 （受壓或受拉）強(qiáng)度降低。,（2）在法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合下的混凝土強(qiáng)度,“拉剪狀態(tài)” 壓應(yīng)力低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大，當(dāng)壓應(yīng)力超過 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。 也就是說：由于剪應(yīng)力存在，混凝土的抗壓強(qiáng)度低于單向抗壓強(qiáng)度。 “壓剪狀態(tài)” 抗剪強(qiáng)度隨拉應(yīng)力增大而減小。 也就是說：由于剪應(yīng)力存在，混凝土的抗拉強(qiáng)度降低。,（3）混凝土的三向受壓強(qiáng)度,混凝土在三向受壓時(shí)，由于側(cè)向壓應(yīng)力的約束作用，最大的主壓應(yīng)力軸的抗壓強(qiáng)度大大增大。 試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式： （實(shí)際工程中，配有螺旋鋼箍柱、鋼管混凝土柱等都是利用此性質(zhì)，強(qiáng)度、延性大大提高） “套箍作用”,二. 混凝土的變形,混凝土的變形分為: 一次短期加載下的變形 1. 混凝土的受力變形 荷載長(zhǎng)期作用下的變形 重復(fù)荷載作用下的變形 2. 混凝土的體積變形 收縮、膨脹、溫度變化,1. 一次短期加載下混凝土的變形性能,（1）混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 （通過應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以了解混凝土各階段的強(qiáng)度和變形） 采用棱柱體試件測(cè)定混凝土受壓時(shí)應(yīng)力應(yīng)變 全曲線，包括：上升段和下降段,上升段（OC）: （a）加載到 ，接近直線，混凝土處于彈性階段； A點(diǎn)比例極限。 （b）加載 ，圖形逐漸彎曲，混凝土呈現(xiàn)出彈塑性性質(zhì)，E不是常數(shù)； B點(diǎn)混凝土長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度的取值依據(jù)。 （c）加載至峰點(diǎn)C，應(yīng)變?cè)龃?，圖形更彎曲。 C點(diǎn)混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度 ， 對(duì)應(yīng)的應(yīng)變 。 下降段（CE）: 緩慢卸荷，裂縫繼續(xù)擴(kuò)展、貫 通，變形增大。 收斂點(diǎn)E應(yīng)變,特點(diǎn)： 1）混凝土的應(yīng)力應(yīng)變圖形是一曲線，說明混凝土是一種彈塑性材料，只有壓應(yīng)力很小時(shí)，才可視為彈性材料。 2）混凝土強(qiáng)度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線下降段有較大影響，混凝土強(qiáng)度高，應(yīng)力下降快，延性越差；強(qiáng)度低，下降段越平緩，延性好。,（通過上述受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，獲得混凝土的變形性能指標(biāo)） （2）混凝土的彈性模量、變形模量 是一曲線，非線性，E是變量不是常數(shù)。 （a）彈性模量：過 曲線上的原點(diǎn)作曲線的切線，該切線的斜率為彈性模量原點(diǎn)彈性模量 規(guī)范規(guī)定采用反復(fù)加荷的方法確定 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件 ，取 反復(fù)加荷、卸載5至10次，隨加載次數(shù)增加， 接近直線，該直線斜率即為彈性模量 。,據(jù)實(shí)驗(yàn)值的統(tǒng)計(jì)分析，得出 與 的關(guān)系式： （kN/mm2） 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)， 可以根據(jù)混凝土等級(jí)查表。 小貼士：只有在應(yīng)力很小時(shí)，才能用 ，混凝土進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，要用變形模量或切線模量來表示應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。,（b）變形模量（割線模量）（彈塑性模量） 連接原點(diǎn)至曲線上任一點(diǎn)處割線的斜率為該點(diǎn)的變形模量 變量，各點(diǎn)不同 （c）切線模量 過某一應(yīng)力 作曲線切線，其斜率為 規(guī)律： 隨荷載增大， 和 不斷減小。 （3）混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 與受壓時(shí)相似上升段、下降段 但其應(yīng)力、應(yīng)變峰值小的多，,彈性模量,變形模量,切線模量,混凝土在長(zhǎng)期荷載下，壓應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時(shí) 間而增長(zhǎng)的現(xiàn)象 徐變 徐變現(xiàn)象：在荷載長(zhǎng)期作用下，變形將隨時(shí)間而增加； 徐變?cè)颍耗z體的粘性流動(dòng)，內(nèi)部微裂縫不斷產(chǎn)生和發(fā)展等 徐變影響：導(dǎo)致變形增大，應(yīng)力重分布和內(nèi)力分布等。,2. 荷載長(zhǎng)期作用下混凝土的變形性能,徐變的特點(diǎn)： a）與時(shí)間有關(guān)：開始增加快，以后慢，六個(gè)月完成大部分，12年后穩(wěn)定.（徐變應(yīng)變約為瞬時(shí)應(yīng)變的14倍） b）與應(yīng)力大小有關(guān)： 當(dāng)應(yīng)力較小 時(shí)，徐變大致與應(yīng)力成正比線性徐變。 當(dāng)應(yīng)力較大時(shí) ，徐變?cè)鲩L(zhǎng)大于應(yīng)力增長(zhǎng)非線性徐變。 當(dāng)應(yīng)力過高 時(shí)，徐變急劇增大，不收斂，試件破壞 所以一般取 為混凝土的長(zhǎng)期極限強(qiáng)度。,c）與混凝土的齡期有關(guān)： 加載時(shí)混凝土的齡期越早，徐變?cè)酱?d）與混凝土的組成成分有關(guān)： 水泥用量越多或水灰比越大，徐變?cè)酱?。骨料質(zhì)量好，徐變?cè)叫　?e）與混凝土養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)： 養(yǎng)護(hù)溫度高，濕度大，徐變?cè)叫。?受力后環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。 f）與構(gòu)件形狀、尺寸有關(guān)： 體表比大，徐變小。 影響徐變的因素歸納為三個(gè)方面： 內(nèi)在因素、環(huán)境因素、應(yīng)力因素。,卸載時(shí)變形恢復(fù): 瞬時(shí)彈性恢復(fù)、彈性后效，永久應(yīng)變 減小徐變的措施： 1）選用優(yōu)質(zhì)骨料、優(yōu)質(zhì)水泥，減小水泥用量和水灰比。 2）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，盡量搗實(shí)，保持溫度、濕度。 3）適當(dāng)控制混凝土齡期。,3. 重復(fù)荷載作用下混凝土的變形,在荷載重復(fù)作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形有很大 變化，混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱為 疲勞破壞。 容易出現(xiàn)疲勞破壞的構(gòu)件： 吊車梁、鋼筋混凝土道橋、港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)等。 疲勞抗壓強(qiáng)度：混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞試驗(yàn)測(cè)定。疲勞試驗(yàn)采用100mm100mm300mm或150mm150mm450mm的棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。,一次重復(fù)加載下 加載：隨應(yīng)力增加應(yīng)變?cè)黾?卸載：不重復(fù)加載軌跡，有彈性后效和殘余變形 多次重復(fù)加載下 峰值小于疲勞強(qiáng)度：每循環(huán)成環(huán)，面積逐漸減少，至直線； 峰值大于疲勞強(qiáng)度：開始與小應(yīng)力的相似； 成直線后，凸凹方向改變，斜率降低，裂縫和變形嚴(yán)重 混凝土疲勞破壞：因荷載重復(fù)作用而引起的破壞 混凝土疲勞強(qiáng)度：疲勞破壞需要重復(fù)荷載的最小應(yīng)力峰值,疲勞抗壓強(qiáng)度與應(yīng)力變化幅度有關(guān)： 式中： ， 表示截面同一纖維上的混 凝土最小應(yīng)力和最大應(yīng)力。,4.混凝土的收縮和膨脹體積變形,混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的現(xiàn)象 收縮 混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積增大的現(xiàn)象 膨脹 膨脹值遠(yuǎn)小于收縮值，一般不考慮。 收縮與時(shí)間有關(guān)，半年完成 8090。 當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部（支座）或內(nèi)部（鋼筋）的約束時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 混凝土收縮在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生不利影響 開裂, 影響因素 混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸、配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等許多因素有關(guān)。- 歸納為：內(nèi)在因素、環(huán)境因素 減小混凝土收縮的措施：同徐變 4）設(shè)置適當(dāng)抗收縮鋼筋（構(gòu)造鋼筋見相關(guān)構(gòu)造要求） （ 溫度變化，也會(huì)引起混凝土開裂，一般影響不大，在重要結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)中考慮設(shè)置伸縮縫）,第二節(jié) 鋼筋的主要力學(xué)性能,一、鋼筋的品種和級(jí)別 （一）鋼筋的品種（分類） 按化學(xué)成分分類： 低碳鋼 碳素鋼 中碳鋼 隨含碳量增加，鋼筋強(qiáng)度提高， 高碳鋼 塑性性能降低。 普通低合金鋼：除碳素鋼已有的成分外，再加入少量的 硅、錳、鈦、釩等合金元素。 強(qiáng)度顯著提高，塑性性能也好。,按外形分類 光面鋼筋表面光滑，與混凝土粘結(jié)力差。 變形鋼筋表面帶肋，螺旋紋、人字紋、 月牙紋， 與混凝土粘結(jié)力高。 熱軋鋼筋 （用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)） 按生產(chǎn)工藝分類 預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋 （用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)） 冷加工鋼筋 （用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)） 三種鋼筋的生產(chǎn)工藝不同，見P22,（二）鋼筋的級(jí)別 1、熱軋鋼筋：由普通（低碳）碳素鋼、低合金鋼軋制而成軟鋼 性能：隨著鋼筋級(jí)別的增加，強(qiáng)度提高，塑性降低。,（ 三）鋼筋的冷加工（對(duì)鋼筋進(jìn)行冷加工，可以提高強(qiáng)度） 1.冷拉 對(duì)熱軋鋼筋進(jìn)行張拉，張拉應(yīng)力超過原屈服點(diǎn)，然后放松，再?gòu)埨?，屈服?qiáng)度提高了，但塑性降低。（伸長(zhǎng)率降低） 2.冷拔 將 光面鋼筋通過強(qiáng)力拔過直徑小的鎢合金拔絲?？?，塑性變形后3，4mm鋼絲。 冷拉：提高抗拉強(qiáng)度（不宜作受壓鋼筋） 冷拔：同時(shí)提高抗拉、抗壓強(qiáng)度, 冷拉有屈服明顯的屈服臺(tái)階，冷拔則沒有。,（四）影響鋼材性能的一般因素 (1)化學(xué)成分 碳：提高強(qiáng)度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。 錳：提高強(qiáng)度，改善脆性,但對(duì)可焊性和耐銹力不利。 硅：提高強(qiáng)度，但含量過高，對(duì)塑性可焊性耐銹力不利。 硫：高溫時(shí)變脆，降低塑性韌性抗疲勞能力和耐銹能力。 磷：提高強(qiáng)度和耐銹力，低溫變脆，降低塑性可焊性等。 (2)鋼材缺陷 偏析:鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性 裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的 分層：在厚度方向分成多層，各層相互連接，并不脫離 夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等,(3)鋼材的硬化 時(shí)效硬化：現(xiàn)象：時(shí)間增加，強(qiáng)度提高，塑性下降。 特點(diǎn)：過程很長(zhǎng)，反復(fù)荷載和高溫下易產(chǎn)生。 冷作硬化：常溫下產(chǎn)生塑性變形后屈服點(diǎn)提高，塑性降低。 應(yīng)變時(shí)效：產(chǎn)生塑性變形后，特別是在高溫下，使已經(jīng)產(chǎn)生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化。,(4)溫度 在正常溫度下：基本不隨溫度變化 在高溫度下：溫度升高，強(qiáng)度、彈性模量均有下降趨勢(shì) 藍(lán)脆現(xiàn)象：250左右，抗拉強(qiáng)度反而提高， 塑性和韌性下降。 在低溫時(shí)：溫度降低，強(qiáng)度略提高， 塑性等下降，有脆性傾向。 冷脆現(xiàn)象：當(dāng)溫度降低至某一溫度以下時(shí)， 材料變脆。,（五）結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求 (1)結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求 具有較高的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度； 具有良好的塑性和韌性 具有良好的工藝加工性能； 良好的耐銹蝕能力 與混凝土良好的粘結(jié)力 (2)鋼材的選擇： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的類型及重要性； 作用的性質(zhì)（靜力和動(dòng)力作用）； 連接方式（焊接、鉚接或螺栓連接）； 工作環(huán)境（溫度和腐蝕等）。,二、鋼筋的強(qiáng)度和變形（通過拉伸試驗(yàn)獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線來說明）,1、應(yīng)力應(yīng)變曲線分兩類： 有明顯的流幅：熱軋鋼筋（軟鋼） 無明顯的流幅：高碳鋼（硬鋼）（預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋） 設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值依據(jù)： 有明顯流幅鋼筋，取其屈服點(diǎn)強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)取值依據(jù)。 無明顯流幅鋼筋，取 （極限抗拉強(qiáng)度）作為條件屈服點(diǎn)。,屈服階段,彈性階段,強(qiáng)化階段,頸縮,簡(jiǎn)單應(yīng)力下鋼材的性能 (1)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 曲線形式： 有明顯流幅的： 彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮階段 沒有明顯流幅的： 沒有明顯的屈服階段 曲線簡(jiǎn)化： 屈服前：完全彈性的； 屈服后：完全塑性的。,(2)鋼材的強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度：設(shè)計(jì)時(shí)鋼材允許達(dá)到的最大應(yīng)力 有明顯流幅的鋼材：取屈服點(diǎn)的應(yīng)力； 無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強(qiáng)度。 條件屈服強(qiáng)度：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對(duì)應(yīng)的應(yīng)力；或取 （極限抗拉強(qiáng)度）作為條件屈服點(diǎn)。 極限強(qiáng)度：材料能承受的最大應(yīng)力反映安全儲(chǔ)備 屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度/極限強(qiáng)度 (3)鋼材的塑性指標(biāo) 伸長(zhǎng)率：拉斷后構(gòu)件伸長(zhǎng)率 截面收縮率：拉斷后面積縮小率 冷彎性能：以冷彎的角度來衡量,2、復(fù)雜應(yīng)力下鋼材的性能 (1)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件 判別方法：用能量理論建立屈服條件，用折算應(yīng)力判別 當(dāng) 時(shí)，鋼材沒有屈服 當(dāng) 時(shí)，鋼材屈服。 折算應(yīng)力 以主應(yīng)力表示： 以應(yīng)力分量表示,分析結(jié)果： 主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。 (2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 疲勞破壞特點(diǎn)： 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個(gè)過程 沒有明顯的變形，脆性破壞,影響因素： 荷載的的性質(zhì)：拉、壓、剪等 應(yīng)力循環(huán)特征：(應(yīng)力比 ) 靜載（=1） 同號(hào)循環(huán)（0） 脈沖循環(huán)(=0) 異號(hào)循環(huán)(0) 完全對(duì)稱循環(huán)（-1） 循環(huán)次數(shù): 應(yīng)力比一定時(shí)， 疲勞強(qiáng)度與荷載的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。,疲勞極限：當(dāng)最大應(yīng)力小于某一數(shù)值， 反復(fù)荷載循環(huán)無窮次，材料也不會(huì)破壞。 疲勞曲線(試驗(yàn)結(jié)果) 循環(huán)N次 包絡(luò)線ABCD 簡(jiǎn)化疲勞曲線 ABCD的方程 BCD(拉為主) AB(壓為主),第三節(jié) 鋼筋和混凝土的粘結(jié)與錨固,一、粘結(jié)的作用和分類 鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，是保證兩者共同工作 的前提。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力后，若鋼筋和混凝土有相對(duì)變形（滑移）就會(huì)在其交界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力 ,這種剪應(yīng)力 稱為鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力。 局部粘結(jié)應(yīng)力 粘結(jié)應(yīng)力分為： 錨固粘結(jié)應(yīng)力,鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖 （a）錨固粘結(jié)應(yīng)力 （b）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力,沒有應(yīng)力差的位置沒有粘結(jié)力,局部粘結(jié)應(yīng)力： 發(fā)生在裂縫間。 作用：鋼筋應(yīng)力發(fā)生變化，使相鄰兩個(gè)裂縫之間的 混凝土參與受拉。 其喪失，會(huì)開裂。 錨固粘結(jié)應(yīng)力： 發(fā)生在鋼筋端部（支座內(nèi)）。 作用：鋼筋需有一定錨固長(zhǎng)度，以積累足夠的粘 結(jié)力，達(dá)到需要的拉力。否則，發(fā)生錨固 破壞。,鋼筋與混凝土的粘結(jié) 鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用 作用：保證力的相互傳遞，是共同工作的基本條件 單元分析： 假設(shè)：一端力T，另端為T+dT 根據(jù)平衡條件： 分析結(jié)果 應(yīng)力變化大，粘結(jié)力大，變化小，粘結(jié)小 當(dāng)鋼筋應(yīng)力沒有變化時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力等于零,有關(guān)的設(shè)計(jì)問題 鋼筋端部的錨固 裂縫間應(yīng)力的傳遞 裂縫截面：拉力為零 離開一段距離：混凝土有拉力 兩條裂縫中間：混凝土拉力最大 鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度 鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度取決于鋼筋的強(qiáng)度及混凝土抗拉強(qiáng)度，并與鋼筋的外形有關(guān)。規(guī)范規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度作為鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度，其計(jì)算公式為：,二、粘結(jié)力的組成 （1）鋼筋和混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力化學(xué)膠結(jié)力 （2）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力摩阻力 （3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用力機(jī)械咬合力 光圓鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力。 變形鋼筋粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合力。,三、影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素 平均粘結(jié)應(yīng)力 式中：N為鋼筋的拉力，d為鋼筋的直徑，l為粘結(jié)長(zhǎng)度。 影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素： （1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)：粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土的抗拉強(qiáng)度 大致成比例。 （2）保護(hù)層厚度及鋼筋凈間距：越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。 （3）橫向鋼筋（箍筋）及側(cè)向壓應(yīng)力：可以限制裂縫的發(fā)展、提高粘結(jié)強(qiáng)度。 （4）澆注位置。,四、保證鋼筋和混凝土粘結(jié)力的措施 （用構(gòu)造措施保證） （1）對(duì)不同等級(jí)的混凝土和鋼筋，要保證基 本的錨固長(zhǎng)度和最小搭接長(zhǎng)度。 （2）滿足鋼筋最小間距和混凝土保護(hù)層最小 厚度。 （3）加密箍筋（接頭范圍內(nèi)）。 （4）鋼筋端部設(shè)彎鉤（光面鋼筋）。,第四節(jié) 鋼筋和混凝土的選用,混凝土的選用原則： 建筑工程中 鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15; 當(dāng)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)鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20; 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30; 當(dāng)采用鋼絞線，鋼絲，熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。,鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20; 當(dāng)采用HRB400級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C25。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40.,公路橋涵中,鋼筋的選用原則： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB335和HRB400級(jí)鋼筋，以節(jié)省鋼筋用量，改善我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。除此以外，也可以采用HPB235 級(jí)和RRB400級(jí)熱軋鋼筋及強(qiáng)度級(jí)別較低的冷拔，冷軋鋼筋。 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，中高強(qiáng)鋼絲，也可以采用熱處理鋼筋。除此以外，還可以采用冷拉鋼筋和強(qiáng)度級(jí)別較高的冷拔低碳鋼絲和冷軋鋼筋。公路橋涵工程中還可以采用精制螺紋鋼筋。,思考題,1-1 混凝土的基本強(qiáng)度指標(biāo)有哪些？它們之間的換算關(guān)系如何？ 1-4 混凝土的軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線有何特點(diǎn)？影響該曲線形狀的主要因素有哪些？ 1-6 何謂混凝土的徐變？影響混凝土徐變的主要因素有哪些？徐變對(duì)混凝土構(gòu)件有何影響？采取什么措施可以減少混凝土的徐變？ 1-9 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能有何要求？ 1-13 在實(shí)際工程中，選用鋼筋和混凝土?xí)r一般應(yīng)考慮哪些因素？,按混凝土試件的“尺寸效應(yīng)”，相同的混凝土試塊 當(dāng)邊長(zhǎng)為200mm、150mm、100mm時(shí)，其實(shí)測(cè)立方 體強(qiáng)度相對(duì)比值為： 。 由混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段可知：混凝土強(qiáng) 度越高，殘余應(yīng)力相對(duì)的 , 高強(qiáng)度混凝土變形能 力 。 混凝土的極限壓應(yīng)變值包括 和 兩部 分，其中 變形越大，表明混凝土的延性越好。 采用約束混凝土不僅可以提高混凝土的 強(qiáng) 度，而且可以提高構(gòu)件的耐受 的能力。,混凝土在荷載的 作用下， 隨 而增長(zhǎng) 的變形稱為徐變。 在保持應(yīng)力不變的情況下，混凝土加載時(shí)的齡期 越大，則徐變?cè)鲩L(zhǎng) ；水泥含量越少，則徐變 越 ；混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，周圍的相對(duì)濕度越高，則 徐變?cè)?。 1. 我國(guó)規(guī)范采用（ ）作為混凝土各種力學(xué)指標(biāo)