工程結(jié)構(gòu)第一章(道橋)ppt課件

1、1.了解鋼筋混凝土的根本概念及特點(diǎn)2.掌握鋼筋的物理性能及主要強(qiáng)度目的，了解混凝土及鋼筋在工程實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用。3.論述鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)及相互影響第一節(jié) 鋼筋混凝土的根本概念及特點(diǎn)第二節(jié) 混凝土第三節(jié) 鋼筋第四節(jié) 鋼筋與混凝土的特性本章目錄根本要求第一章 鋼筋混凝土構(gòu)造的根本概念和資料的物理力學(xué)性能第一節(jié) 鋼筋混凝土的根本概念及特點(diǎn)1. 鋼筋混凝土構(gòu)造的根本概念2. 鋼筋混凝土構(gòu)造的特點(diǎn)了解鋼筋混凝土的根本概念及特點(diǎn)本節(jié)目錄根本要求1. 鋼筋混凝土構(gòu)造的根本概念定義：由兩種力學(xué)性能完全不同的資料-鋼筋和混凝土結(jié)合成整體，共同發(fā)揚(yáng)作用的一種建筑資料?；炷恋母咎匦钥箟簭?qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。普

2、通抗拉強(qiáng)度只需抗壓強(qiáng)度的1/81/20。破壞時具有明顯的脆性性質(zhì)。 混凝土有良好的抗壓強(qiáng)度，適用于承壓為主的構(gòu)件，如柱和拱。另一方面，混凝土是一種脆性資料、抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，故素混凝土不適用于制造完全受拉或部分截面受拉的構(gòu)造構(gòu)件。素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比 極限形狀：素砼梁：無明顯變形，開裂即破壞 鋼筋砼梁：有明顯變形，鋼筋屈服，砼壓碎 承載才干：素砼梁：取決于混凝土的抗拉，低 鋼筋砼梁：取決于鋼筋抗拉和砼抗壓強(qiáng)度，高 抗裂才干：配筋后略有添加，但不顯著后附素混凝土梁例子Pcr = 9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc= ft2500素混凝

3、土梁跨中受拉邊緣應(yīng)力到達(dá)混凝土抗拉強(qiáng)度時，梁底將開裂，梁隨即破壞，表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預(yù)兆。Pcr = 9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc= ft2500素混凝土梁Pu Pcrsc= ft ft破壞時跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度相近，遠(yuǎn)未到達(dá)混凝土的抗壓強(qiáng)度?；炷量箟簭?qiáng)度高的特點(diǎn)未得到充分利用。 共同任務(wù)的根底，由于： 兩者之間存在較好的傳送應(yīng)力的才干，粘結(jié)力； 兩種資料的溫度線膨脹系數(shù)相近； 混凝土對鋼筋的維護(hù)，抗火和耐久性提高。1就地取材；2耐久性好；3整體性好；4可模性好；5耐火性好。1自艱苦；2抗裂性能差；3現(xiàn)澆構(gòu)造模板用量大；4

4、工期長等等。2、鋼筋混凝土構(gòu)造的特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：主要缺陷：第二節(jié) 混凝土一、 混凝土的強(qiáng)度二、 混凝土的變形性能 掌握鋼筋混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度知識，了解混凝土的變形性能內(nèi)容。本節(jié)目錄根本要求一、 混凝土的強(qiáng)度混凝土重要的力學(xué)性能-混凝土強(qiáng)度，對平安性和耐久性有直接的影響。定義：指混凝土資料到達(dá)破壞或開裂極限形狀時所可以接受的壓力。相關(guān)要素：資料的組成、養(yǎng)護(hù)條件及齡期、受力形狀等1.混凝土的抗壓強(qiáng)度1立方體抗壓強(qiáng)度我國規(guī)定用立方體抗壓強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度的根本目的。新修訂中規(guī)定 以邊長為150的立方體試件，按規(guī)范方法制造，在規(guī)范 的環(huán)境里養(yǎng)護(hù)28d，采用規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)展加壓，取具有95保證率時

5、得出的抗壓強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度的等級規(guī)范，稱為立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值，用符號fcu,k表示。圖2-1混凝土立方體試塊的破壞特征a)不涂光滑劑b)涂光滑劑規(guī)定混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值fcu,k確定。 混凝土強(qiáng)度C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14個等級。例如，C30表示立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值為30N /mm2。其中，C50C80屬高強(qiáng)度混凝土范疇。 實(shí)踐工程中如采用200mm或100mm的立方體試塊，測得的立方體抗壓強(qiáng)度分別誠意換算系數(shù)1.05和0.95。公路橋涵受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級選擇規(guī)定：1鋼筋混凝

6、土構(gòu)件不應(yīng)低于從C20，當(dāng)采用HRB400、KL400級鋼筋配筋時，不應(yīng)低于C25。2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40.2軸心抗壓強(qiáng)度 規(guī)定以150mm150mm300mm的棱柱體試件實(shí)驗(yàn)測得的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度規(guī)范值，用符號fck或fc表示。 混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的外形有關(guān),采用棱柱體比立方體能更好地反映混凝土構(gòu)造的實(shí)踐抗壓才干。用混凝土棱柱體試件測得的抗壓強(qiáng)度稱為軸心抗壓強(qiáng)度。圖2-2 混凝土棱柱體抗壓實(shí)驗(yàn)和破壞情況 規(guī)定以上述棱柱體試件實(shí)驗(yàn)測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度規(guī)范值，用符號fck表示，下標(biāo)c表示受壓，k表示規(guī)范值。圖2-3 混凝土

7、軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件外形有關(guān)，在實(shí)踐工程中，普通的受壓構(gòu)件不是立方體而是棱柱體，即構(gòu)件的高度要比截面的寬度或長度大。并且棱柱體試件高寬比越大，強(qiáng)度越小。 思索到實(shí)踐構(gòu)造構(gòu)件制造、養(yǎng)護(hù)和受力情況等方面與試件的差別，實(shí)踐構(gòu)件強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間將存在差別，基于平安取偏低值，軸心抗壓強(qiáng)度規(guī)范值與立方體抗壓強(qiáng)度規(guī)范值的關(guān)系按下式確定：為棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之比，對混凝土強(qiáng)度等級為C50及以下的取0.76，對C80取0.82，兩者之間按直線規(guī)律變化取值。為高強(qiáng)度混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40及以下取1.00，對C80取0.87，中間按直線規(guī)律變化取值。0.88

8、為思索實(shí)踐構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差別而取用的折減系數(shù)。2.混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度ftft是鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂度和裂痕寬度及構(gòu)件斜截面強(qiáng)度時的主要強(qiáng)度目的。 測試方法用澆注成型的100mm*100mm*500mm的立方體試塊，經(jīng)過預(yù)埋在試件軸線兩端的鋼筋，對試件施加壓力，試件破壞時即為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度。 抗拉強(qiáng)度是混凝土的根本力學(xué)目的之一，其規(guī)范值用ftk表示，下標(biāo)t表示受拉，k表示規(guī)范值?；炷恋妮S心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的實(shí)驗(yàn)方法來測定。圖2-4 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系F破壞荷載；d圓柱體直徑或立方體邊長；l圓柱體長度或立方體邊長。圖2-5 混凝土

9、劈裂實(shí)驗(yàn)表示圖(a)用圓柱體進(jìn)展劈裂實(shí)驗(yàn)；(b)用立方體進(jìn)展劈裂實(shí)驗(yàn)；(c)劈裂面中程度應(yīng)力分布1壓力機(jī)上壓板；2弧形墊條及墊層各一條；3試件；4澆模頂面；5澆模底面；6壓力機(jī)下壓板；7試件破裂線規(guī)定資料強(qiáng)度的規(guī)范值 fk 應(yīng)具有不小于95%的保證率。 3.混凝土強(qiáng)度規(guī)范值與設(shè)計(jì)值二、 混凝土的變形性能混凝土變形的分類荷載作用下的受力變形體積變形 混凝土在一次短期加載、長期加載和多次反復(fù)荷載作用下都會產(chǎn)生變形，這類變形稱為受力變形。另外，混凝土的收縮以及溫度和濕度變化也會產(chǎn)生變形，這類變形稱為體積變形?；炷恋淖冃问瞧渲匾锢砹W(xué)性能之一。1.混凝土的受力變形混凝土在一次短期荷載作用下應(yīng)力應(yīng)變

10、關(guān)系 圖2-10 不同強(qiáng)度的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的外形和特征是混凝土內(nèi)部構(gòu)造發(fā)生變化的力學(xué)標(biāo)志。 隨著混凝土強(qiáng)度的提高，雖然上升段和峰值應(yīng)變的變化不很顯著，但是下降段的外形有較大的差別，混凝土強(qiáng)度越高，下降段的坡度越陡，即應(yīng)力下降一樣幅度時變形越小，延性越差。混凝土在反復(fù)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系混凝土在長期荷載作用下的變形徐變 混凝土在荷載長期作用下，應(yīng)力不變，其應(yīng)變隨時間的增長而繼續(xù)增長的景象缺陷：徐變會使構(gòu)造構(gòu)件的撓度變形增大，引起預(yù)應(yīng)力損失，在長期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。優(yōu)點(diǎn)：徐變有利于構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力重分布，降低構(gòu)造的受力如支座不均勻沉降，減小大體積混

11、凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力，受拉徐變可延緩收縮裂痕的出現(xiàn)。留意：與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關(guān)。因此，在測定混凝土的徐變時，應(yīng)同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件，在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形，從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形，才可得到徐變變形。影響要素內(nèi)在要素：是混凝土的組成和配比。1水灰比：應(yīng)力不變水灰比越大，徐變越大；2水泥用量：假設(shè)水灰比不變，水泥用量越多，徐變越大；3骨料彈性性質(zhì)：骨料越鞏固，骨料(aggregate)的剛度彈性模量越大，體積比越大，水泥的徐變約束作用越大；4骨料級配：級配越好，徐變越??； (4)混凝土的變形模量圖2-14 混凝土變形模量的表示方法1)混凝土的彈

12、性模量即原點(diǎn)模量2)混凝土的變形模量3)混凝土的切線模量 可以看出，混凝土的切線模量是一個變值，它隨著混凝土應(yīng)力的增大而減小。 需求留意的是，混凝土不是彈性資料，所以不能用知的混凝土應(yīng)變乘以規(guī)范中所給的彈性模量值去求混凝土的應(yīng)力。只需當(dāng)混凝土應(yīng)力很低時，它的彈性模量與變形模量值才近似相等?；炷恋膹椥阅Ａ靠砂聪率接?jì)算：4. 混凝土的收縮 混凝土在空氣中硬化時體積會減少，這種景象稱為混凝土的收縮。 收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。當(dāng)這種自發(fā)的變形遭到外部支座或內(nèi)部鋼筋的約束時，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。 某些對跨度

13、比較敏感的超靜定構(gòu)造如拱構(gòu)造，收縮也會引起不利的內(nèi)力。圖2-18 混凝土的收縮 混凝土的收縮是隨時間而增長的變形，早期收縮變形開展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個月可完成50%，以后變形開展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上。普通情況下，最終收縮應(yīng)變值約為2510-4 ， 混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?.52.710-4 。影響混凝土收縮的要素有：(1)水泥的種類：水泥強(qiáng)度等級越高制成的混凝土收縮越大。(2)水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮也越大。(3)骨料的性質(zhì)：骨料的彈性模量大，收減少。(4)養(yǎng)護(hù)條件：在結(jié)硬過程中周圍溫、濕度越大，收縮越小。(5)混凝土制造方法：混凝土越密實(shí)，

14、收縮越小。(6)運(yùn)用環(huán)境： 運(yùn)用環(huán)境溫度、濕度大時，收減少。(7)構(gòu)件的體積與外表積比值：比值大時，收減少。一、 鋼筋的種類二、 鋼筋的強(qiáng)度和變形三、 鋼筋的接頭、彎鉤和彎折 掌握鋼筋的接頭、彎鉤和彎折等內(nèi)容，了解鋼筋的種類和強(qiáng)度、變形。本節(jié)目錄根本要求第三節(jié) 鋼筋第三節(jié) 鋼筋按化學(xué)成分一、鋼筋的種類按消費(fèi)工藝分碳素鋼熱處置鋼筋普通低合金鋼冷加工冷拉、冷軋鋼筋熱軋鋼筋鋼絲中引薦熱軋鋼筋、碳素鋼絲和精軋螺紋鋼筋三大類熱壓鋼筋按外形可分為光圓鋼筋帶肋鋼筋螺旋紋人字紋 月牙紋 (1)熱軋鋼筋熱軋鋼筋由低碳鋼、普通低合金鋼或細(xì)晶粒鋼在高溫形狀下軋制而成。(2)碳素鋼絲 分光面鋼絲、螺紋肋鋼絲和刻痕鋼絲

15、等(3)鋼絞線(S)由多根高強(qiáng)鋼絲扭結(jié)而成，抗拉強(qiáng)度為15701960MPa。橋梁工程中常用的鋼絞線有：1*2兩股、1*3三股、1*7七股4精軋螺紋鋼筋用于中小跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁構(gòu)件5冷軋帶肋鋼筋公路混凝土橋涵的鋼筋按以下規(guī)定采用：1鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋選用：熱軋R235HRB335HRB400KL400預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的箍筋應(yīng)選用其中的帶肋鋼筋按構(gòu)造要求配置的鋼筋網(wǎng)可采用冷軋帶肋鋼筋。2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)選用鋼絞線、鋼絲；中、小型構(gòu)件或豎橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋，也可選用精軋螺紋鋼筋二、 鋼筋的強(qiáng)度和變形1.鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖2-21 有明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力-

16、應(yīng)變曲線 對有明顯流幅的鋼筋，在計(jì)算承載力時以屈服點(diǎn)作為鋼筋強(qiáng)度限值。有明顯流幅的熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的。 對沒有明顯流幅或屈服點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼筋，普通取剩余應(yīng)變0.2%所對應(yīng)的應(yīng)力作為其條件屈服強(qiáng)度規(guī)范值。圖2-22 無明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線2.鋼筋的塑性性能鋼筋塑性性能以伸長率 鋼筋的冷彎實(shí)驗(yàn)冷彎角度 A輥軸直徑 D鋼筋直徑和冷彎性能來表述3.鋼筋的松弛與疲勞松弛： 鋼筋在多次反復(fù)荷載作用下，發(fā)生脆性忽然斷裂的景象。 鋼筋受力后在堅(jiān)持長度不變的情況下，應(yīng)力隨時間的增長而逐漸降低的景象。 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造中，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后長度根本堅(jiān)持不變，將產(chǎn)生松弛景象，引起應(yīng)力損失。疲勞

17、：給出的鋼筋松弛損失中間值和終極值的比值時間210203040比值0.50.610.740.871.0鋼筋的松弛與時間關(guān)系松弛與初始應(yīng)力、溫度和鋼筋種類等要素有關(guān)目前我國消費(fèi)的高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線按其消費(fèi)工藝不同分為級松弛和級松弛。4.鋼筋的冷加工和熱處置鋼筋的冷加工：冷拉 冷拔 冷軋冷拉是在常溫下用機(jī)械方法將具有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋拉到超越屈服強(qiáng)度，即強(qiáng)化階段中的某一個應(yīng)力值，然后卸載至零。鋼筋經(jīng)冷拉后，屈服強(qiáng)度提高，但塑性降低，稱冷拉硬化。冷拉只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度。鋼筋的熱處置：淬火、回火 冷拉前、后的應(yīng)力應(yīng)變曲線 鋼筋的冷拔 冷拔是用強(qiáng)力把光圓鋼筋經(jīng)過比其本身直徑稍小的、硬質(zhì)合金模上的錐形拔絲

18、孔，使鋼筋產(chǎn)生變形，橫截面減小，長度增大。冷拔可以同時提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。5.鋼筋的規(guī)范強(qiáng)度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度見教材表三、 鋼筋的接頭、彎鉤和彎折鋼筋接頭方式：焊接接頭、綁扎接頭和機(jī)械銜接接頭。1焊接接頭閃光接觸對焊和電弧搭接焊。閃光焊是將兩根鋼筋安放成對接方式，利用電阻熱使接觸點(diǎn)金屬融化，產(chǎn)生劇烈飛濺，構(gòu)成閃光迅速施加頂鍛力完成的，質(zhì)量高，加工簡單。電弧搭接焊是以焊條作為一級，鋼筋為另一極，利用焊接電流經(jīng)過產(chǎn)生的電弧熱進(jìn)展焊接的一種熔焊方法。鋼筋電弧焊可采用搭接焊和幫條焊兩種方式。電弧焊普通采用雙面焊縫不應(yīng)小于5d，困難時采用單面焊縫不應(yīng)小于10d。2機(jī)械銜接接頭引薦采用套筒擠壓接頭和鐓粗

19、直螺紋接頭1套筒擠壓接頭將兩根待銜接的帶肋鋼筋用剛套筒作為銜接體，套于鋼筋端部，運(yùn)用擠壓設(shè)備沿筒徑向擠壓，是套筒產(chǎn)生塑性變形，使變形的套筒與鋼筋嚴(yán)密結(jié)合為一個整體。適用于直徑為14-16mm的HRB335和HRB400帶肋鋼筋。2鐓粗直螺紋接頭將鋼筋的銜接端先行鐓粗，再加工出圓柱螺紋，并用銜接套筒銜接的鋼筋接頭。適用于直徑為18-40mm的HRB335和HRB400鋼筋的銜接。 綁扎接頭的鋼筋直徑不宜大于28mm，軸心受壓和偏心受壓鋼筋，不大于32mm。軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件不得采用綁扎接頭。3綁扎接頭對綁扎接頭運(yùn)用范圍、搭接長度及接頭布置如下：鋼筋種類混凝土強(qiáng)度等級C20C25C25R23535d30d25dHRB33545d40d35dHRB400、KL40055d50d45d2.鋼筋的彎鉤和彎折為了防止鋼筋在混凝土中