橋梁結構設計原理第1章

1、 第一章第一章鋼筋混凝土材料的基本概念及力學性能l定義：鋼筋混凝土是由兩種力學性能不同的材鋼筋混凝土是由兩種力學性能不同的材 料料鋼筋和混凝土結合成整體，共同發(fā)揮作用鋼筋和混凝土結合成整體，共同發(fā)揮作用 的一種建筑材料。的一種建筑材料?，F將素混凝土梁和配置鋼筋的梁進行荷載試驗：現將素混凝土梁和配置鋼筋的梁進行荷載試驗：a) 素砼梁 極限荷載 P=8kN 由砼抗拉強度控制 破壞形態(tài)：脆性b) 鋼筋砼梁 極限荷載 P=36kN 由鋼筋受拉、砼受壓而破壞 破壞形態(tài)：延性由此得出鋼筋和混凝土結合的有效性： 大大提高結構的承載力 結構的受力性能得到改善荷載試驗結果表明：荷載試驗結果表明：例：一跨度為4m

2、，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土為C20。如圖所示：4000AAFa)200300AAb)4000BBBB200300210316鋼筋與混凝土合理的組合原則鋼筋混凝土結構不是鋼筋和混凝土之間的鋼筋混凝土結構不是鋼筋和混凝土之間的任意組合。任意組合。其組合的原則：發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強度其組合的原則：發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強度高的特點；發(fā)揮混凝土抗壓強度高，而避免抗高的特點；發(fā)揮混凝土抗壓強度高，而避免抗拉強度低的弱點。拉強度低的弱點。鋼筋與混凝土長期共同工作的原因 1. 混凝土結硬后，能與鋼筋牢固地粘結在一起，傳混凝土結硬后，能與鋼筋牢固地粘結在一起，傳遞應力。遞應力。

3、2. 二者具有相近的線脹系數，不會由于溫度變化產二者具有相近的線脹系數，不會由于溫度變化產生較大的溫度應力和相對變形而破壞粘結力。生較大的溫度應力和相對變形而破壞粘結力。鋼筋鋼筋 st = 1.2 105混凝土混凝土 ct = 1.0 1.5 1053. 呈堿性的混凝土可以保護鋼筋，使鋼筋混凝土呈堿性的混凝土可以保護鋼筋，使鋼筋混凝土結構具有較好的耐久性。結構具有較好的耐久性。鋼筋混凝土結構的主要優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點： 1. 就地取材，節(jié)約鋼筋；2. 耐久性好，耐火性好；3. 可模性好，便于結構型式的實現；4. 現澆或裝配整體式結構的整體性好，剛大。缺點：缺點： 1. 自重大 g=25kN/m3

4、輕骨料砼。2. 抗裂性差施加預應力?；炷恋慕M份：水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級的砼。骨料水泥結晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎塑性變形的基礎砼的強度及變形隨時間、隨環(huán)境的變化而變化。一、一、 混凝土的強度混凝土的強度1. 立方體抗壓強度 fcu 影響立方體強度的因素：試件尺寸、溫度、濕度、試驗方法。 由于尺寸效應的影響：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)混凝土強度等級：用標準制作方式制成的用標準制作方式制成的150150mm的立方的立方體試塊，在體試塊，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28天天，用標準試用標準試驗方

5、法測得具有驗方法測得具有95保證率的抗壓強度。保證率的抗壓強度。常用等級：常用等級：C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C55, C60，C65，C70，C75，C802.軸心抗壓強度軸心抗壓強度 fck真實反映以受壓為主的混凝土結構構件真實反映以受壓為主的混凝土結構構件的抗壓強度。的抗壓強度。為消除端部約束的影響為消除端部約束的影響 43bhcucff76. 0用立方體強度反映：用立方體強度反映：考慮實際情況考慮實際情況(施工狀況、養(yǎng)護條件等施工狀況、養(yǎng)護條件等)cucucfff67. 076. 088. 0混凝土的抗拉強度比抗壓強度小得多，混凝土的抗拉強度

6、比抗壓強度小得多，為抗壓強度為抗壓強度 。181913. 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 ftk直接測試方法直接測試方法間接測試方法間接測試方法(彎折，劈裂彎折，劈裂)dlPf2t32ff)(26. 0cut32ff)(26. 088. 0cut考慮施工因素，取考慮施工因素，取32f)(23. 0cu二、混凝土的變形二、混凝土的變形 混凝土的變形體積變形（收縮、膨脹）受力變形（由荷載引起）（一）混凝土的受力變形1、混凝土在一次短期荷載作用下的的受力變形l曲線中最大應力值及其對應的應變值l應力-應變曲線形狀l破壞時的極限應變值A0cuafcdCccmax混凝土一次短期加荷時的應力-應變曲線l混凝土棱柱

7、體一次短期加荷軸心受壓應力-應變曲線c=0.00080.003（計算時取0.002）0 max：上升段max ：下降段cu=0.0020.006（有時可達0.008） 規(guī)范取cu=0.0033l幾點說明：l影響混凝土塑性變形大小的因素：加荷速度荷載持續(xù)的時間（少于0.001s時變形為直線）l混凝土短期受拉曲線特征：類似于受壓曲線，區(qū)別在于曲率變化小。c=0.00010.00015，僅為受壓極限應變的120 115混凝土受拉易開裂2、混凝土在多次重復荷載作用下的變形l如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應 力達到某個數值，然后卸荷至零，并把這 一循環(huán)多次重復下去，就稱為多次重復荷載。l我們通常把

8、能使試件循環(huán)200萬次或次數稍多 時發(fā)生破壞的壓應力稱為混凝土的疲勞強度, 用符號fp表示。（=0.5fcd）BB：彈性后效OB：殘余應變3、混凝土在長期荷載作用下的變形徐變：混凝土在長期荷載作用下，在荷載(應力) 不變的情況下，變形(應變)隨時間不斷增長的現象。l徐變規(guī)律：（1）徐變與混凝土應力大小有關，應力越大， 徐變越大。線性徐變 初應力 c0.5fcd 非線性徐變 c 0.5fcd當c 0.8fc ，徐變發(fā)展最終導致破壞0.8fc作為混凝土的長期抗壓強度。 （2）混凝土的徐變與時間參數有關（3）加荷齡期對混凝土徐變有重要影響?；?凝土加載齡期越短，即混凝土越年輕， 徐變越大； （4）水

9、泥用量越多，水灰比越大，徐變越大。（5）混凝土集料愈堅硬、養(yǎng)護時相對濕度越 高，徐變越小。 受荷后3-4個月徐變發(fā)展最（45%- 50%）。全部徐變完成需要4-5年的 時間。徐變對結構的影響： 使構件的變形增加； 在截面中引起應力重分布； 在預應力混凝土結構中引起預應力損失。l4、混凝土的彈性模量kcc0cecp0h原點彈性模量：cee0ctgE)N/nm(7 .342 . 2102cu5cfE1716割線模量：ccpcecececcpceccccEtgE19切線模量： 彈性系數01.0cccddtgE 110剪切模量：c = ce + cp18G = 0.4Ec（二）混凝土的體積變形混凝土在

10、空氣中結硬體積減小的現象。蒸汽養(yǎng)護常溫養(yǎng)護051015200.10.20.30.4收縮(103)時間 (月)收縮：收縮的原因凝縮干縮砼凝結硬化時化學反應產生砼自由水蒸發(fā)產生收縮的影響因素水泥用量、集料質量水泥強度等級水灰比混凝土振搗養(yǎng)護濕度收縮的危害裂縫光面鋼筋螺紋鋼筋月牙紋鋼筋人字紋鋼筋一、鋼筋的種類： 按外形分：光圓鋼筋、帶肋鋼筋、鋼絲、鋼絞線 按鋼料品種分碳素鋼合金鋼低碳鋼（軟鋼）中碳鋼高碳鋼硬鋼鋼筋按照鋼料品種分類按生產工藝和加工條件分類熱軋光圓鋼筋熱軋帶肋鋼筋余熱處理鋼筋冷軋帶肋鋼筋鋼絲Q235HRB335、HRB400、HRB500KL400CRB550、CBB650、CRB800

11、、CRB970、CRB1170按外形：光圓P 螺旋肋H刻痕I按加工狀態(tài)冷拉鋼絲消除應力鋼絲低松弛鋼絲普通松弛鋼絲二、鋼筋的主要力學性能： 鋼筋的 曲線lPPAAPll比例極限屈服強度極限強度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa彈性階段a比例極限b屈服強度cd強化階段0.2% 0.2(N/mm2)od極限強度de 頸縮階段 0.2條件屈服強度 鋼筋力學性能指標：對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度 fy 作為強度設計依據。對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強度 0.2作為強度設計依據。屈服強度、極限強度、伸長率、冷彎性能。 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。 冷加工的目的：改變鋼材內部結構，提

12、高 鋼材強度，節(jié)約鋼筋。 冷加工對鋼材性能的影響。熱處理是對某些特定型號的熱軋鋼進行 淬火和回火處理。 鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工和熱處理 o冷拉控制應力(N/mm2)冷拉率殘余變形oabccdd冷拉無時效冷拉經時效(a)(b)d1d2Pd2d1(a) 為冷拉，可采用冷拉控制應力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強度，但其屈服臺階變短。(b) 為冷拔，可同時提高鋼材的抗拉和抗壓強度。塑性降低很多。 冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，強度與冷拔低碳 絲接近，塑性要好一些。三、鋼筋混凝土結構對鋼筋性能的要求：l1、強度：（屈服強度、極限強度） 屈強比是衡量結構可靠性潛力的重要指標，屈 強比小則可靠性高，但過小的屈強比使鋼筋的有 效利用率過低，故要適宜。l2、塑性： 防止結構脆性破壞。l3、可焊性： 保證焊接口處不出現裂紋。與碳、錳含量有關。l4、鋼筋與混凝土之間的握裹力： 鋼筋和混凝土之間粘結力的組成： 水泥漿凝結與鋼筋表面的化學膠結力； 混凝土收縮將鋼筋裹緊而產生的摩阻力； 鋼筋表