第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學性能

1、2022-3-28目錄1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念2. 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展狀況3. 混凝土的強度指標及變形性能4. 鋼筋的強度指標及變形性能5. 鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2022-3-28 以以混凝土混凝土材料為主，并根據(jù)需要配置鋼筋、預應力筋、材料為主，并根據(jù)需要配置鋼筋、預應力筋、鋼骨、鋼管或纖維等形成的主要承重結(jié)構(gòu)，均可稱為鋼骨、鋼管或纖維等形成的主要承重結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（Concrete Structures）。）。1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念素混凝土素混凝土Plain Concrete纖維增強混凝土纖維增強混凝土Fiber Reinforced Concrete鋼骨混

2、凝土鋼骨混凝土Steel Reinforced Concrete鋼筋混凝土鋼筋混凝土Reinforced Concrete鋼管混凝土鋼管混凝土Concrete Filled Steel Tube預應力混凝土預應力混凝土Prestressed Concrete鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)Composite Structure1基本概念2022-3-28 抗壓強度高，而抗拉強度卻很低抗壓強度高，而抗拉強度卻很低 通?？估瓘姸戎挥锌箟簭姸鹊耐ǔ？估瓘姸戎挥锌箟簭姸鹊?/81/20 破壞時具有明顯的破壞時具有明顯的脆性特征脆性特征混凝土混凝土的材料特性的材料特性1基本概念2022-3-28 抗拉和

3、抗壓強度都很高抗拉和抗壓強度都很高 具有具有屈服屈服現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出較好的延性較好的延性 細長的鋼筋受壓時極易細長的鋼筋受壓時極易壓曲壓曲鋼筋鋼筋的材料特性的材料特性1基本概念2022-3-28混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)的特點特點素混凝土梁L=1500mm120200C20P鋼筋混凝土梁L=1500mm1202002f f14C20PP=4.4 kNP=62.5 kN 由上述對比試驗可知：由上述對比試驗可知： 鋼筋混凝土梁的鋼筋混凝土梁的承載力承載力比素混凝土梁比素混凝土梁大大提高（大大提高（14倍倍）；）； 素混凝土梁素混凝土梁破壞突然，沒有明顯預兆；破壞突然，沒有明顯預兆；

4、而鋼筋混凝土梁則而鋼筋混凝土梁則 表現(xiàn)出較好的表現(xiàn)出較好的延性延性，破壞前，破壞前有明顯預兆；有明顯預兆； 鋼筋混凝土梁最終由于混凝土被壓碎而破壞，此時鋼筋已鋼筋混凝土梁最終由于混凝土被壓碎而破壞，此時鋼筋已 經(jīng)屈服，鋼筋和混凝土的經(jīng)屈服，鋼筋和混凝土的材料強度均得到充分利用。材料強度均得到充分利用。1基本概念2022-3-28將將混凝土混凝土和和鋼筋鋼筋這兩種材料有機地結(jié)合在一起，這兩種材料有機地結(jié)合在一起，可以取長補短，充分發(fā)揮各自的材料性能?？梢匀￠L補短，充分發(fā)揮各自的材料性能。共同工作的主要原因：共同工作的主要原因：*混凝土和鋼筋之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在一起，可共同受力，

5、共混凝土和鋼筋之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在一起，可共同受力，共同變形同變形 * 兩者的溫度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應力破壞兩者的粘結(jié)力，混兩者的溫度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應力破壞兩者的粘結(jié)力，混凝土：凝土：1.010-51.5 10-5/C，鋼筋：，鋼筋： 1.2 10-5 /C* 混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化 1基本概念2022-3-28目錄1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念2. 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展狀況3. 混凝土的強度指標及變形性能4. 鋼筋的強度指標及變形性能5. 鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能

6、2022-3-282.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展狀況混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展取決于發(fā)展取決于混凝土混凝土材料的發(fā)展材料的發(fā)展2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生* 1824年，英國人年，英國人J. Aspdin 發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土；發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土； * 1849年，法國人年，法國人Joseph Louis Lambot 用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船小船-最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； * 1861年，法國花匠年，法國花匠J. Monier 用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請了專利，用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請了專利，后由申請年了鋼筋混凝

7、土板、管道、拱橋等專利后由申請年了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利-盡管他不懂鋼筋混凝土盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者；結(jié)構(gòu)的發(fā)明者； * 1884年，德國人年，德國人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了鋼筋應配置在構(gòu)等提出了鋼筋應配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應用。漸得到了推廣應用。2022-3-28強度不斷提高，性能不斷改

8、善強度不斷提高，性能不斷改善 美國美國60年代混凝土抗壓強度平均值：年代混凝土抗壓強度平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，有特殊需要時：有特殊需要時： 40N/mm2100 N/mm2，試驗室中：，試驗室中： 300 N/mm2輕質(zhì)混凝土的應用輕質(zhì)混凝土的應用 容重一般為：容重一般為：14kN/m318kN/m3(普通混凝土為普通混凝土為24kN/m3)，加氣混凝，加氣混凝土、陶粒混凝土、火山巖混凝土、碎磚混凝土等土、陶?；炷?、火山巖混凝土、碎磚混凝土等無砂混凝土無砂混凝土(Non-fines concrete):只有粗骨料，無細骨料只有粗骨料，無細骨料 容重小，水的毛細

9、現(xiàn)象不顯著，透水性大，水泥用量少，施工簡單容重小，水的毛細現(xiàn)象不顯著，透水性大，水泥用量少，施工簡單 FRP筋的應用筋的應用(強度高，質(zhì)量輕，抗腐蝕強度高，質(zhì)量輕，抗腐蝕) 用用FRP筋代替鋼筋筋代替鋼筋2.2 材料方面的發(fā)展2 發(fā)展狀況2022-3-28綠色混凝土：環(huán)保節(jié)能綠色混凝土：環(huán)保節(jié)能 透明混凝土透明混凝土 透水混凝土透水混凝土 清水混凝土清水混凝土 粉煤灰加氣混凝土粉煤灰加氣混凝土世博寧波館獨特的豎條毛竹模板清水混凝土剪力墻 2022-3-28 智能混凝土智能混凝土 智能智能能感知環(huán)境條件，做出相應行動能感知環(huán)境條件，做出相應行動 自診斷：碳纖維，光纖傳感自診斷：碳纖維，光纖傳感

10、自調(diào)節(jié)：形狀記憶合金自調(diào)節(jié)：形狀記憶合金 SMA 自修復自修復: 自行愈合和再生自行愈合和再生2022-3-282.3 結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展2 發(fā)展狀況預應力混凝土結(jié)構(gòu)的應用預應力混凝土結(jié)構(gòu)的應用 在混凝土的受拉區(qū)施加預應力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，在混凝土的受拉區(qū)施加預應力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重減輕構(gòu)件的自重結(jié)構(gòu)體系的豐富結(jié)構(gòu)體系的豐富 不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、FRP混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)等混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)等2022-3-282.4 理論研

11、究方面的發(fā)展2 發(fā)展狀況設計方法允許應力設計法破壞階段設計法極限狀態(tài)設計法半經(jīng)驗半概率法近似概率法全概率法KSR=f/KS(kqiqik)R(fck/kc, fsk/ks, As, b)2022-3-28結(jié)構(gòu)基本理論-如何設計一個新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學分析：線性和非線性結(jié)構(gòu)的力學分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計算、設計方法和構(gòu)造措施構(gòu)件的承載力計算、設計方法和構(gòu)造措施計算機的應用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應用計算機的應用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應用2.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展狀況2022-3-282.4 理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論-

12、舊結(jié)構(gòu)的維護、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來）承載力計算承載力計算耐久性評估耐久性評估壽命預測壽命預測損傷分析損傷分析加固理論加固理論修復理論修復理論災害評估等災害評估等2 發(fā)展狀況2022-3-282.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展狀況結(jié)構(gòu)基本理論-計算機仿真技術的應用Ansys, Abaqus, Femap，PKPM, ADINA2022-3-282.5 混凝土結(jié)構(gòu)的應用2 發(fā)展狀況房屋工程：我國超過100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)http:/ ：位于中國臺北，2004年建成，共101層，樓高1671英尺(509米)，八根巨型的鋼管混凝土2022-3-2

13、8上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心：目前為中國大陸第一高樓、世界最高的平頂式大樓，樓高492米（1,614英尺），地上101層。 2022-3-28馬來西亞首都吉隆坡的雙子塔：馬來西亞首都吉隆坡的雙子塔：(Petronas Towers)，高1483英尺(452米)，88層。這兩座高樓于1998年完工，也是目前世界上最高的雙子樓。鋼骨混凝土，C80 http:/ 發(fā)展狀況2022-3-282022-3-28交通工程：隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵大都采用混凝土結(jié)構(gòu)。2 發(fā)展狀況蘇通大橋蘇通大橋 2022-3-28水利工程大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)2 發(fā)展狀況三峽大壩全

14、景圖 2022-3-28特種工程：核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、海洋石油平臺、電視塔等多倫多電視塔（549米）預應力混凝土結(jié)構(gòu)2 發(fā)展狀況2022-3-28http:/ 450噸800噸50噸;最引人矚目的是長118米、重450噸的鋼天線桅桿 2022-3-28鋼鋼 筋筋混混 凝凝 土土兩者間的粘結(jié)兩者間的粘結(jié)強強 度度變變 形形粘結(jié)破壞的粘結(jié)破壞的過程和機理過程和機理2022-3-28目錄1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念2. 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展狀況3. 混凝土的強度指標及變形性能4. 鋼筋的強度指標及變形性能5. 鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2022-3-283.混凝土的強度指標及變

15、形性能 PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形成的復合材料。成的復合材料。2022-3-283 砼3.1 混凝土強度(Strength of Concrete)混凝土立方體抗壓強度混凝土立方體抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度混凝土抗拉強度混凝土復合強度混凝土復合強度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-

16、Strength 抵抗外力產(chǎn)生的某種應力的能力抵抗外力產(chǎn)生的某種應力的能力2022-3-283 砼混凝土立方體抗壓強度混凝土立方體抗壓強度fcu承壓板試塊混凝土強度等級應按邊長為150mm立方體試件的抗壓強度標準值確定。抗壓強度標準值系指用標準方法制作、養(yǎng)護至28d齡期，以標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度(以MPa計).C15, C20, C25, C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strength concretehigh-strength concretefm-1.645 fmkmm1.645(1 1.645)f

17、ff正態(tài)分布2022-3-28立方體抗壓強度影響因素 端部約束：潤滑劑 試件尺寸： 加載速度：C30, 0.3-0.5MPa/s；C30, 0.5-0.8MPa 齡期：隨齡期逐漸增長3 砼標準試塊：150mm150mm 150mm非標準試塊：100mm100mm 100mm 換算系數(shù) 0.95 200mm200mm 200mm 換算系數(shù) 1.05混凝土立方體抗壓強度混凝土立方體抗壓強度fcu摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑2022-3-28混凝土軸心抗壓強度混凝土軸心抗壓強度fc：按照與立方體試件相同條件制作和試驗方法 測得的棱柱體試件的極限抗壓強度值3 砼承壓板試塊標準試塊:150150 300mm

18、 ccu,kcu,kcu,kcu,k0.79C600.833C600.857C700.875C80fffffc1棱柱體強度與立方體強度之比值，對C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,對C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；c1C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，對C40取1.0，對C80取0.87，中間按線性規(guī)律變化。0.88-考慮實際構(gòu)件與試件混凝土強度之間的差異，對混凝土強度的修正系數(shù)。國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件612in (152305mm)ckc1c2cu,k0.88ff 2022-3-28混凝土

19、抗拉強度混凝土抗拉強度ft 500 150 15010016軸心受拉試驗3 砼劈裂強度劈裂強度fts Splitting Strength實驗表明：ftfts2022-3-28混凝土強度標準值（N/mm2） 混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級 強度種類強度種類 符號符號 C15 C20 C25 C30 C35 軸心抗壓強度軸心抗壓強度 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 ftk 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80

20、26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 2.40 2.51 2.65 2.74 2.85 2.93 3.00 3.05 3.10 0.550.45tkcu,kf150c20.88 0.395(1 1.645)fff150150mm立方體抗壓強度的變異系數(shù)。2022-3-28復合應力狀態(tài)下的混凝土強度復合應力狀態(tài)下的混凝土強度雙軸應力下的強度(Biaxial Stress State)3 砼 雙向受拉，接近單軸雙向受拉，接近單軸抗拉強度；抗拉強度； 雙向受壓，混凝土的雙向受壓，混凝土的側(cè)向變形受到約束，側(cè)向變形受到約束，強度強度提高提高 ； 一拉

21、一壓，一拉一壓，加速了混加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展展 ，抗拉、抗壓強度，抗拉、抗壓強度均均降低降低。 2022-3-28復合應力狀態(tài)下的混凝土強度復合應力狀態(tài)下的混凝土強度剪應力和正應力共同作用(shear and normal stress)混凝土的抗剪強度：隨拉應力增大而減小，隨壓應力增大而增大混凝土的抗剪強度：隨拉應力增大而減小，隨壓應力增大而增大 當壓應力在當壓應力在0.6fc左右時，抗剪強度達到最大，左右時，抗剪強度達到最大， 壓應力繼續(xù)增大，則壓應力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小。由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小

22、。3 砼2022-3-28復合應力狀態(tài)下的混凝土強度復合應力狀態(tài)下的混凝土強度三向受壓強度(Triaxial compressive strength testing )1=fcc1=fcc2= 32 -側(cè)向約束壓應力（加液壓）2cccffk無側(cè)向約束時圓柱體的單軸抗壓強度有側(cè)向約束時的抗壓強度k側(cè)向效應系數(shù) (4.5-7.0)3 砼2022-3-28混凝土的疲勞強度混凝土的疲勞強度Fatigue Strength破壞重復荷載下的應力-應變曲線fcf321疲勞強度fcfcf的確定原則：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應力

23、值3 砼2022-3-283 砼2022-3-28 受力變形受力變形：砼由于荷載作用下的變形單調(diào)短期加載：應力-應變關系 荷載長期作用：徐變 多次重復荷載作用下 體積變形體積變形：砼收縮以及溫度變化產(chǎn)生的變形收縮3.2 混凝土的變形(Deformation of Concrete)3 砼2022-3-28混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能Stress- strain Relationship分析混凝土構(gòu)件應力、建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù)，也是利用計算機進行非線性分析的基礎。3 砼02468102030(MPa) 10-3BACEDFO試件為棱柱體或圓柱體2022-3-28A點以前，微裂縫沒

24、有明點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應力應變要彈性變形，應力應變關系近似直線。關系近似直線。A點應力點應力隨混凝土強度的提高而增隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土加，對普通強度混凝土 A A約為約為 (0.30.4)fc ，對高強，對高強混凝土混凝土 A A可達可達(0.50.7)fc cu02468102030(MPa) 10-3ABCEDFO軸心受壓混凝土的應力應變曲線2022-3-28到達到達B點以后，混凝土產(chǎn)點以后，混凝土產(chǎn)生部分塑性變形，應力生部分塑性變形，應力應變逐漸偏離直線。應變逐漸偏離直線。B點點時的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，時的裂縫

25、發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，試件的橫向變形突然增大，常取常取 B B作為混凝土的長期作為混凝土的長期抗壓強度抗壓強度 ；普通強度混；普通強度混凝土凝土 B B約為約為0.8 fc ，高強，高強混凝土混凝土 B B可達可達0.95 fc cu02468102030(MPa) 10-3BACEDFO軸心受壓混凝土的應力應變曲線2022-3-28到達到達C點時，內(nèi)部微裂縫點時，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進入下降載力開始減小而進入下降段。段。C點時的應力稱為點時的應力稱為峰峰值應力值應力，即為混凝土棱柱，即為混凝土棱柱體抗壓強度；相應的縱向體抗壓強度

26、；相應的縱向壓應變稱為壓應變稱為峰值應變，峰值應變，約約為為0.002。繼續(xù)發(fā)展至。繼續(xù)發(fā)展至D點點時，破壞面初步形成。時，破壞面初步形成。(fc,0)cu02468102030(MPa) 10-3BACEDFO 0 fc軸心受壓混凝土的應力應變曲線2022-3-28E點以后，縱向裂縫形成點以后，縱向裂縫形成一個斜向的破壞面，此破一個斜向的破壞面，此破壞面在正應力和剪應力的壞面在正應力和剪應力的作用下形成作用下形成破壞帶破壞帶。此時。此時試件的強度由破壞面上試件的強度由破壞面上骨骨料間的摩阻力料間的摩阻力提供。隨著提供。隨著應變進一步發(fā)展，摩阻力應變進一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強不斷

27、下降，試件的殘余強度約為度約為0.10.4 fc02468102030(MPa) 10-3BACEDFO（拐點）（收斂點）軸心受壓混凝土的應力應變曲線2022-3-28軸心受壓混凝土的應力應變曲線02468102030(MPa) 10-3BACEDFO1.三個特征值 峰值應力 fc 峰值應變0 極限壓應變cu 2. 混凝土是一種彈塑性材料3.曲線上升段高低反映混凝土強度大小，下降段陡緩反映混凝土變形能力的大小(fc,0)cu2022-3-28影響因素 砼的強度：峰值應變增大，延性低 應變速率 ：峰值應變增大，坡度緩 試驗條件：應變加載，標距，約束混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能(MPa)fco0

28、(10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高加載速度減慢cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco環(huán)箍斷裂3 砼2022-3-28彈性模量(Modulus of Elasticity or Elastic Modulus)混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能3 砼2022-3-28單向受拉混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能 ftt0tu上升段：加載初期，變形與應力線形增長，至極值應力的40-50%達到比例極限；76-83%出現(xiàn)臨界點(不穩(wěn)定擴展開始)；峰值對應的應變隨抗拉強度的增加而增大，在50-270范圍內(nèi)波動。當混凝土C15-C40時，極限拉

29、伸值小于受壓，計算時取tu=100u 。下降段：隨著混凝土強度的提高而更為陡峭。Et=Ec3 砼2022-3-28混凝土的彈性模量的試驗方法（150150 300標準試件）c/fcc0.5510次此線和原點切線基本平行，取其斜率作為Ec5ccu,k10(MPa)34.742.2Ef混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能經(jīng)驗公式 (Poissons ratio)(Poissons ratio)：在壓力較小時在壓力較小時0.15-0.180.15-0.18，接近破壞時，接近破壞時0.50.5以上，一般以上，一般0.20.2混凝土的剪切模量為混凝土的剪切模量為Shear Modulus)1 (2cccEG3

30、 砼2022-3-28混凝土在重復荷載作用下的變形性能（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復作用下產(chǎn)生的?；炷猎诤奢d重混凝土在荷載重復作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。復作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重鋼筋混凝土吊車梁受到重復荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響復荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響以及以及港港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象?，F(xiàn)象。疲勞破壞的特征是疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大，裂縫小而變形大，在重復荷載作用在

31、重復荷載作用下，混凝土的下，混凝土的強度強度和和變形變形有著重要的變化。有著重要的變化。2022-3-28O13fcf混凝土多次重復加載卸載的應力混凝土多次重復加載卸載的應力應變曲線應變曲線2022-3-28混凝土長期加載下的變形性能徐變(Creep)P100100400mmRH: 65% T: 20C =0.5fc隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前隨荷載作用時間的延續(xù)，變形不斷增長，前4個月徐變增長較快，個月徐變增長較快，6個月個月可達最終徐變的（可達最終徐變的（7080）%，以后增長逐漸緩慢，以后增長逐漸緩慢，23年后趨于穩(wěn)定。年后趨于穩(wěn)定。3 砼在荷載不變的情況下隨時間而增長的變形稱

32、為徐變 2022-3-28 徐變對結(jié)構(gòu)的影響徐變對結(jié)構(gòu)的影響使受彎構(gòu)件的撓度增大；使柱的偏心矩增大；使預應力混凝土的預應力損失；徐變使預應力混凝土構(gòu)件縮短，因而引起鋼筋中的預拉應力的減小，成為預應力損失。使截面上的應力重分布。以柱為例，任一時刻，外界荷載P=Pc+Ps。當徐變發(fā)生后，混凝土似乎變軟，受到鋼筋的拉力反力，減小了混凝土的承壓力，而鋼筋的壓力增大?；炷灵L期加載下的變形性能徐變3 砼2022-3-28徐變的主要原因 水泥凝膠體在荷載作用下發(fā)生粘性流動，結(jié)晶體內(nèi)部逐漸滑動，造成變形增大(針對應力不大時的主要原因)。 混凝土內(nèi)部的微裂縫發(fā)展的結(jié)果(針對應力較大時的主要原因)。混凝土長期加

33、載下的變形性能徐變3 砼2022-3-28徐變的影響因素應力大小 0.8fc ，曲線為發(fā)散性?？捎米鳛槠胀ɑ炷灵L期抗壓強度。齡期影響 齡期越長，混凝土硬化越充分，水泥石晶體所占比例越大，gel粘性流動少，徐變小。 混凝土長期加載下的變形性能徐變3 砼2022-3-28 材料組成骨料本身沒有徐變特性，但作為剛度較大的彈性體，可以限制約束徐變的大小。因此，骨料的剛度越大，在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例越大，則徐變越小。水灰比小，使gel的粘滯度降低，徐變減小。 外部環(huán)境：養(yǎng)護及使用條件下的溫度和濕度養(yǎng)護時，溫度越高，濕度大，則水泥水化作用越充分(晶體多，gel少)，徐變小。使用時，溫度高，相對濕度低，徐

34、變大，因為在總徐變還包括由于混凝土內(nèi)部水分受到外力后向外溢出的徐變。試件體表比小，表面積相對大，徐變大。混凝土長期加載下的變形性能徐變徐變與塑性徐變與塑性的區(qū)別？的區(qū)別？3 砼2022-3-28體積變形混凝土的收縮(Shrinkage)混凝土在空氣中硬化時體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。在水中結(jié)硬時，體積膨脹(dilation or swelling)14d 28dtsh(25)10-425%50%收縮變形與時間的關系早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應變值約為(25)10-4。3 砼20

35、22-3-28收縮對結(jié)構(gòu)的影響 受到制約，在砼中產(chǎn)生拉應力，導致混凝土產(chǎn)生裂縫，影響正常使用； 在預應力結(jié)構(gòu)中， 可引起預應力損失。措施：澆注時設置施工(伸縮)縫，待混凝土收縮充分收縮后再將縫澆好。收縮的主要原因 凝縮(Setting Shrinkage)：水泥水化作用過程中形成的晶體比原材料 體積小 干縮(Drying Shrinkage)：混凝土硬化后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā) 或濕度下降引起混凝土的收縮(Shrinkage)3 砼2022-3-28收縮的影響因素混凝土的組成和配比是影響主要因素。水泥用量大(水泥晶體多)，水灰比大(后期失水)，收縮大。骨料對收縮也有制約作用，所以骨料所占體

36、積大，剛度高，制約作用強，收縮小?；炷恋氖湛s(Shrinkage)3 砼2022-3-28養(yǎng)護和使用條件下的溫度和濕度：蒸汽養(yǎng)護可加快水化作用，減少混凝土中的自由水(游離水)，使以后蒸發(fā)用水減少，從而減小收縮。使用環(huán)境溫度高，濕度低，都容易使自由水蒸發(fā)，使收縮增大。另外，體表比小，表面積相對大，加快蒸發(fā)，收縮也大。混凝土的收縮(Shrinkage)蒸汽養(yǎng)護常溫養(yǎng)護0510150.4收縮(103)時間 (月)2022-3-28AssAs s收縮：收縮： 鋼筋受壓， 混凝土受拉AsPAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變：徐

37、變： s， c徐變和收縮徐變和收縮2022-3-28公路橋涵受力構(gòu)件的混凝土強度等級按下列規(guī)定采用： 鋼筋混凝土構(gòu)件不應低于C20，當用HRB400、KL400級鋼筋時，不應低于C25。 預應力混凝土構(gòu)件不應低于C40。嚴寒區(qū)、海水區(qū)或使用除冰鹽且受影響的橋涵構(gòu)件，不應低于C30；有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)的環(huán)境不應低于C35。3.3 混凝土的選用原則3 砼2022-3-28目錄1. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念2. 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展狀況3. 混凝土的強度指標及變形性能4. 鋼筋的強度指標及變形性能5. 鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2022-3-284.1 鋼筋的分類(Steel Reinforceme

38、nt)碳素鋼(Fe, C, Si, Mn, P, S)低碳鋼（含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼(Ti, V, Mn)硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系按化學成分Carbon steelLow alloy-steel強度高，塑性和低溫沖擊韌性好 強度高，塑性可焊性低4 鋼筋2022-3-28 鋼筋(4-40mm)熱軋鋼筋：將鋼材(低碳鋼，普通低合金鋼)在高溫狀態(tài)下用機械方法扎制冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下機械拉伸而成，提高強度和節(jié)約鋼材熱處理鋼筋：將HRB400、KL400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工工藝碳素鋼絲光面鋼絲：一般以鋼絞線

39、的形式應用刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結(jié)力(indented wire)鋼絞線 不同數(shù)量鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起。其中7股用得較多。 強度高柔軟，盤彎運輸，在大跨橋中用。螺旋肋鋼絲：與刻痕鋼絲(4-9mm)，先張法預應力混凝土，粘結(jié)性能良好4.1 鋼筋的分類4 鋼筋2022-3-28外形種類強度級別強度等級代號ftk屈服強度(MPa)工程符號直徑范圍d/mm光圓鋼筋低碳鋼IR235(HPB235)2358-20帶肋鋼筋低合金鋼IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余熱處理KL400(RRB)4408-40常用熱軋鋼筋常用熱軋鋼筋R4 鋼筋表面形狀：表面

40、形狀：plain 屈服強度屈服強度 HPB235 生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝： hot rolled 鋼筋：鋼筋：bar HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 Remained heat treatmentribbed bar 2022-3-28HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強度較低，不宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；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)，強度和帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和塑性均較好，是塑性均較好，是目前目前主要應用的鋼筋品種之一；主要應用的鋼筋品種之一；H

41、RB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強度和塑性均較好，是塑性均較好，是今后今后主要應用的鋼筋品種之一；主要應用的鋼筋品種之一；RRB400：是是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降度自行回火而成，淬火鋼筋強度提高，但塑性降低，余熱處理后塑性有所改善。一般冷拉后作預應力低，余熱處理后塑性有所改善。一般冷拉后作預應力筋筋2022-3-28強度指標的確定(鋼材廢品限值)ftk強度隨機變量強度標準值根據(jù)統(tǒng)計資料，運用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（鋼筋為97.73%

42、）的統(tǒng)計特征值：強度標準值強度標準值= =強度平均值強度平均值- -2 2均方差均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值公路橋規(guī)：鋼筋的抗拉強度標準值應具有不小于95%的保證率。4 鋼筋2022-3-28BKZZK殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降冷拉經(jīng)過停放或加熱后進一步提高了屈服強度并恢復了屈服臺階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時效硬化。* 溫度過高(450度以上)強度有所降低而塑性性能卻有所增加,溫度超過700度，鋼材會恢復到冷拉前的力學性能，不會發(fā)生時效硬化。為了避免冷拉鋼筋再焊接時高溫軟化，要先焊好后再進行冷拉！4 鋼筋在常溫下用在常溫下用機

43、械機械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過超過屈屈服強度的某一應力值，然后服強度的某一應力值，然后卸載至零卸載至零。2022-3-28冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度，但塑性降低。將鋼筋(HPB235)用強力拔過比本身直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形，同時拉伸力和擠壓力。4 鋼筋2022-3-28按外形4.1 鋼筋的分類光圓(round)：表面平整，截面為圓形變形或帶肋(deformed,ribbed)螺紋鋼筋人字紋月牙紋4 鋼筋2022-3-28按供應方式4.1 鋼筋的分類盤圓或盤條鋼筋：直徑為6-10mm的鋼筋卷成圓

44、盤直條或碾條鋼筋：直徑大于12mm的鋼筋軋成6-12m長一根4 鋼筋2022-3-284.2 鋼筋的強度和變形有有明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋(軟鋼軟鋼)無無明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋(硬鋼硬鋼)單向拉伸實驗單向拉伸實驗4 鋼筋2022-3-28ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點fu拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段標距有有明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋鋼筋計算的基本指標鋼筋計算的基本指標fy 屈服下限屈服下限結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一截面屈服后，將在荷載不增加的情況下產(chǎn)生持續(xù)的塑性變形，構(gòu)件可能在鋼筋未進入強化段前就產(chǎn)生過大的變形和裂縫，結(jié)果不能正常使用或已破壞。在RC構(gòu)件中，受到混凝土極限應

45、變的限制，截面達到破壞時鋼筋不大可能進入這樣大的應變狀態(tài)。 fyfy/fu屈強比(強屈比) :反映出結(jié)構(gòu)可靠性能的大小, 小表明結(jié)構(gòu)的可靠儲備越大,一般要求=10l鋼筋拉斷或重新拼和后量側(cè)斷口兩側(cè)的標距，即產(chǎn)生殘留伸長后的標距。00100%AAA斷面收縮率(Percentage Reduction of Area) ) 555HPB235,25%HRB335,18%RRB400,14%延性好4 鋼筋l0l2022-3-28)(00sbEllll0不包含頸縮區(qū)拉伸前的量測標距長度l拉伸斷裂后不包含頸縮區(qū)的量測標距長度b最大拉伸應力Es鋼筋的彈性模量4 鋼筋均勻拉伸率最大應力時應變，包括了殘余應變

46、和彈性應變，反映了鋼筋真實的變形能力最大應力時應變，包括了殘余應變和彈性應變，反映了鋼筋真實的變形能力2022-3-28有有明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋冷彎性能(Cold Bending Property)伸長率一般不能反映鋼材的脆化傾向，為使鋼筋在彎折加工時不致斷裂和在使用過程中不致脆斷，應進行冷彎試驗。將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一定的角度(冷彎角度)，用放大鏡檢查試件表面，如無裂縫、分層以及鱗落等現(xiàn)象，認為材料的冷彎性能合格。 D越小，越大，則鋼筋的冷彎性能越好，說明鋼筋的塑性好。4 鋼筋2022-3-28無無明顯屈服點的鋼筋明顯屈服點的鋼筋(硬鋼硬鋼)硬鋼(消除

47、應力鋼絲，鋼絞線):強度高，但低，塑性差，脆性大加載到拉斷，沒有明顯的屈服段。用其配筋的RC構(gòu)件，受拉往往突然斷裂，沒有明顯的預兆 曲線特性：比例極限a點前:直線，彈性變化a點后:一定的塑性，應力和應變均持續(xù)增長極限強度b :頸縮出現(xiàn)下降段，直到拉斷?！皡f(xié)定流限”(條件屈服點)作為強度標準，即加載及卸載后，相應于殘余應變?yōu)?.2%的應力，用表示，一般相當于b的70-85%，條件屈服強度：0.2=0.85 b4 鋼筋2022-3-284.3鋼筋的徐變和松弛徐變(蠕變)Creep應力不變，隨時間的增長應變繼續(xù)增加松弛Stress Relaxation長度不變，隨時間的增長應力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預應

48、力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施4 鋼筋2022-3-284.4 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求4 鋼筋 保證構(gòu)件具有一定的保證構(gòu)件具有一定的強度儲備強度儲備。（1 1）適當?shù)那鼜姳龋┻m當?shù)那鼜姳龋? 2）足夠的塑性）足夠的塑性 避免發(fā)生避免發(fā)生脆性脆性破壞。破壞。（4 4）耐久性和耐火性）耐久性和耐火性（3 3）可焊性）可焊性 要求鋼筋具備良好的要求鋼筋具備良好的焊接焊接性能。性能。 （5 5）與混凝土具有良好的）與混凝土具有良好的粘結(jié)粘結(jié) 必要的混凝土保護層厚度以滿足對構(gòu)件必要的混凝土保護層厚度以滿足對構(gòu)件耐火極限耐火極限的要求。的要求。 （6 6）寒冷地區(qū)，防止鋼筋）寒冷地區(qū)，防止鋼筋低溫冷脆低溫冷脆導致破壞。導致破壞。 2022-3-284.4 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求公路橋規(guī)：公路混凝土橋涵