PPT混凝土結(jié)構(gòu)原理之材料力學(xué)性能

緒論以混凝土為為主要材料料制作的結(jié)結(jié)構(gòu)稱為混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)。它包括括素混凝土土結(jié)構(gòu)、鋼鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)、預(yù)預(yù)應(yīng)力混凝凝土結(jié)構(gòu)和和各種其他他形式的加加筋混凝土土結(jié)構(gòu)。素混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)是指不不配置任何何鋼材的混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，常用于于路面和一一些非承重重結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝凝土結(jié)構(gòu)是是在結(jié)構(gòu)或或構(gòu)件中配配置了預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋并并施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)構(gòu)。（a）素混凝土梁梁；（b）鋼筋混凝土土梁由于混凝土土抗拉強(qiáng)度度很低，在在不大的荷荷載作用下下，梁下部部受拉區(qū)邊邊緣的混凝凝土即出現(xiàn)現(xiàn)裂縫，而而受拉區(qū)混混凝土一旦旦開裂，裂裂縫迅速發(fā)發(fā)展，梁瞬瞬時斷裂而而破壞。此時受壓區(qū)區(qū)混凝土的的抗壓強(qiáng)度度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒沒有充分利利用，梁的的承載力很很低。如果果在梁的底底部受拉區(qū)區(qū)配置抗拉拉強(qiáng)度較高高的鋼筋，形成鋼筋混混凝土梁，，當(dāng)荷載增增加到一定定值時，梁梁的受拉區(qū)區(qū)仍會開裂裂，但鋼筋筋可以代替替混凝土承承受拉力，，裂縫不會會迅速發(fā)展展，梁的承承載能力還還會繼續(xù)提提高。如果配筋適適當(dāng)，梁可可以在較大大的荷載作作用下才被被破壞，破破壞時鋼筋筋的應(yīng)力可可以達(dá)到屈屈服強(qiáng)度，，受壓區(qū)混混凝土的抗抗壓強(qiáng)度也也能得到充充分利用。。而且在破破壞前，裂裂縫充分發(fā)發(fā)展，梁的的變形迅速速增大，有有明顯的破破壞預(yù)兆。。在混凝土適適當(dāng)?shù)奈恢弥门渲靡欢ǘㄐ问胶蛿?shù)數(shù)量的鋼筋筋形成鋼筋筋混凝土構(gòu)構(gòu)件后，可可以收到下下列效果：：(1)結(jié)構(gòu)的承載載能力有很很大的提高高；(2)結(jié)構(gòu)的受力力性能得到到顯著的改改善鋼筋和混凝凝土是兩種種物理力學(xué)學(xué)性能很不不相同的材材料，它們們能夠有效效地結(jié)合在在一起共同同工作的主主要原因是是：(1)混凝土硬化化后，鋼筋筋和混凝土土之間存在在粘結(jié)力，，使兩者之之間能傳遞遞力和變形形。粘結(jié)力力是使這兩兩種不同性性質(zhì)的材料料能夠共同同工作的基基礎(chǔ)。(2)鋼筋和混混凝土兩兩種材料料的線膨膨脹系數(shù)數(shù)接近，，鋼筋為為1.2×10-5/℃，混凝土土為(1.0～1.5)×l0-5/℃，所以當(dāng)溫溫度變化化時，鋼鋼筋和混混凝土的的粘結(jié)力力不會因因兩者之之間過大大的相對對變形而而破壞。。(3)混凝土對對鋼筋具具有良好好的保護(hù)護(hù)作用，，能夠保保證結(jié)構(gòu)構(gòu)的耐久久性，使使鋼筋與與混凝土土長期可可靠地工工作。0.2鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的主要要優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)與其他結(jié)結(jié)構(gòu)相比比具有下下列優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：(1)就地取材材。(2)節(jié)約鋼材材。(3)耐久性好好。(4)耐火性好好。(5)可模性好好。(6)整體性好好。鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)也具有有下述主主要缺點(diǎn)點(diǎn)：(1)自重大(2)抗裂性差差。0.3混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的應(yīng)應(yīng)用及發(fā)發(fā)展簡況況應(yīng)用相當(dāng)當(dāng)廣泛，，朝輕質(zhì)質(zhì)高強(qiáng)的的方向發(fā)發(fā)展鋼筋混凝凝土是由由鋼筋和和混凝土土兩種性性質(zhì)不相相同的材材料組成成的，，鋼筋混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件受力性性能與鋼鋼筋和混混凝土兩兩種材料料的力學(xué)學(xué)性能密密切相關(guān)關(guān)。1。1鋼筋1。1。1鋼筋的品品種、級級別和形形式（（1）按化學(xué)學(xué)成分：：碳素鋼鋼和普通通低合金金鋼第1章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)用材材料的力力學(xué)性能能（2）根據(jù)加加工工藝藝：A.熱軋鋼筋筋：在高高溫下直直接由碳碳素鋼、、普通低低合金鋼鋼軋制成成型；B.熱處理鋼鋼：將熱熱軋鋼經(jīng)經(jīng)過調(diào)質(zhì)質(zhì)（加熱熱、淬火火和回火火）處理理后制成成目的主要要是提高高強(qiáng)度，，而塑性性降低不不多；C.鋼絲絲：包括括光面鋼鋼絲、消消除應(yīng)力力鋼絲、、螺旋肋肋鋼絲、、刻痕鋼鋼絲和鋼絞絞線等（（定義見見書）。。(3）根據(jù)鋼鋼筋外形形：A.光圓鋼筋筋：表面面是光滑滑的；（（HPB235）B.變形鋼筋筋：表面面有肋（（如月牙牙肋等））（HRB335、HRB400、RRB400）；（4）根據(jù)力力學(xué)特性性：A.軟鋼：在在應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變圖上上有明顯顯屈服臺臺階，如如普通熱熱軋低碳碳鋼和和低合合金鋼；；B.硬鋼：在在應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變圖上上無屈服服臺階，，如中、、高強(qiáng)鋼鋼絲和鋼鋼絞線；；2．鋼筋的的彈性模模量ES（見表1.2）彈性模量量：材料料在單向向受拉或或受壓狀狀態(tài)下其其應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變呈線線性關(guān)系系時，截截面上正正應(yīng)力和和正應(yīng)變變的比值值。3．反映鋼鋼筋塑性性性能的的指標(biāo)：：伸長率率和冷彎彎性能塑性（或或延性））：指鋼鋼材受力力屈服后后，能產(chǎn)產(chǎn)生顯著著的殘余余變形而而不立即即斷裂的的性質(zhì)。。伸長率：：冷彎性能能：鋼材材在冷加加工產(chǎn)生生塑性變變形時，，對產(chǎn)生生裂縫的的抵抗能能力4.鋼筋的冷冷加工（（常溫下下加工））目的：提提高鋼材材的屈服服強(qiáng)度，，但同時時鋼材的的塑性降降低。冷加工方方法：（1）冷拉：：在常溫溫下將鋼鋼筋拉伸伸至屈服服，然后后卸載且且再拉伸伸，可使使屈服強(qiáng)強(qiáng)度提高高；時效硬化化：在常常溫下將將鋼筋拉拉伸至屈屈服后卸卸載，經(jīng)經(jīng)過一段段時間后后再拉伸伸，可使使屈服強(qiáng)強(qiáng)度和極極限抗拉拉強(qiáng)度提提高。（2）冷拔：：在常溫溫下將鋼鋼筋拔過過比其自自身直徑徑還小的的硬質(zhì)合合金拔絲絲模拉伸伸至屈服服；（3）冷軋：：將熱軋軋圓盤條條經(jīng)冷拔拔或冷拉拉工藝減減小直徑徑后，在在鋼筋表表面軋出出月牙紋紋的鋼筋筋。5．鋼筋的的選用原原則(1).較高的強(qiáng)強(qiáng)度；(2).良好的塑塑性；(3).良好的可可焊性；；(4).較強(qiáng)的耐耐火性；；(5).鋼筋與混混凝土良良好的粘粘結(jié)力。。6．設(shè)計時時如何選選用鋼筋筋（1）鋼筋混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)中的的鋼筋和和預(yù)應(yīng)力力混凝土土結(jié)構(gòu)中中的非預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼鋼筋，宜宜選用熱熱軋鋼筋筋，且宜宜優(yōu)先采采用HRB400和HRB335級鋼筋，，也可采采用HPB235和RRB400級熱軋鋼鋼。（2）預(yù)應(yīng)力力鋼筋宜宜采用預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼鋼絞線、、中高強(qiáng)強(qiáng)鋼絲，，也可采采用熱處處理鋼筋筋。（3）應(yīng)盡量量選用強(qiáng)強(qiáng)度較高高、塑性性較好、、價格較較低的鋼鋼材。1-2混凝土的的物理力力學(xué)性能能·混凝土的的組成：：混凝土土=水泥+細(xì)骨料（（砂）+粗骨料（（碎石或或鵝卵石）+水+外加劑·抗壓強(qiáng)度度的測定定：讓混混凝土試試件均勻勻受壓，，它在即即將破壞壞前所能能承受的的最大壓壓應(yīng)力即即為其極極限抗壓壓強(qiáng)度。?！び绊懣箟簤簭?qiáng)度的的因素：：組成材材料、施施工方法法、試件件尺寸、、加荷方方法、加加荷速度度等因素素。尺寸效應(yīng)應(yīng)：當(dāng)試試件的尺尺寸越小小，試塊塊與壓力力機(jī)加壓壓板之間間摩擦力力作用的的影響就就愈大，，量測所所得的極極限強(qiáng)度度值越高高，反之之愈低，，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為“尺寸寸效應(yīng)””。一、砼強(qiáng)強(qiáng)度的分分類（一）單單向受力力狀態(tài)下下的混凝凝土強(qiáng)度度1.混凝土的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度（單單位：N/mm2或稱MPa）（1）混凝土的的立方體體抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的確定方方法：標(biāo)準(zhǔn)試件件：150mm××150mm××150mm的立方體體；標(biāo)準(zhǔn)制作作條件：：在溫度度（20±3）0C和相對濕濕度90%以上的環(huán)環(huán)境下養(yǎng)養(yǎng)護(hù)28天；標(biāo)準(zhǔn)試驗驗方法：：試件表表面不涂涂潤滑劑劑、均勻勻加載和和勻速加加“靜””載的主要作作用：混混凝土強(qiáng)強(qiáng)度的基基本指標(biāo)標(biāo)和評定定混凝土土強(qiáng)度等等級的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。（2）混凝土土的軸心心抗壓強(qiáng)強(qiáng)度（（N/mm2）確定方法法：標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)試件件：高高寬比為為2~3，尺150mm×150mm×300mm的棱柱體體；（其其余同的的確定方方法）；；與與的的關(guān)系系：公式式（1.3）

主要作用用:受壓構(gòu)件的強(qiáng)強(qiáng)度計算。2.混凝土的軸心心抗拉強(qiáng)度確確定方法：：軸心受拉試試驗和劈裂試試驗（自學(xué)））；

由表1.3可知，混凝土土軸心抗拉強(qiáng)強(qiáng)度約為抗壓壓強(qiáng)度的1/10；與與的的關(guān)關(guān)系:公式1.6(二).復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下混凝土的的強(qiáng)度1.關(guān)于雙向應(yīng)力力狀態(tài)下的強(qiáng)強(qiáng)度變化規(guī)律律·雙向受壓時，，混凝土抗壓壓強(qiáng)度大于單單向；·雙向受拉時，，混凝土抗拉拉強(qiáng)度接近于于單向；·一向受壓和受受拉時，其抗抗拉（壓）強(qiáng)強(qiáng)度均低于相相應(yīng)的單向強(qiáng)強(qiáng)度；·由于剪應(yīng)力的的存在，混凝凝土抗壓強(qiáng)度度低于單向；；·由于壓應(yīng)力的的存在，混凝凝土抗剪強(qiáng)度度有限增加。。2.關(guān)于三向受壓壓狀態(tài)下的強(qiáng)強(qiáng)度變化規(guī)律律結(jié)論：三向受受壓狀態(tài)下的的混凝土抗壓壓強(qiáng)度大于雙雙向和單向。。注:實際工程中均均采用單向強(qiáng)強(qiáng)度，但要考考慮復(fù)合應(yīng)力力情況，從構(gòu)構(gòu)造上加以調(diào)調(diào)整。二.混凝土的變形形變形的分類：：受力變形(荷載產(chǎn)生)、非受力變形形（收縮、溫溫差即濕差產(chǎn)產(chǎn)生）。1.一次短期加載載下混凝土的的變形（1）混凝土受壓壓時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線實際試驗曲線線如圖，其規(guī)規(guī)律為：a.應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為曲曲線，上升段段中僅有一小小段直線；b.應(yīng)力峰值對應(yīng)應(yīng)的應(yīng)變約為為0.002（基本與等級級無關(guān)）；c.混凝土強(qiáng)度高高時其延性越越差。（2）《規(guī)范》采用的混應(yīng)力力-應(yīng)變曲線該曲線分為兩兩個部分，上上升部分為拋拋物線段，另另外一部分為為水平直線段段。當(dāng)≤≤時時(1.8)當(dāng)＜＜≤≤時時(1.9)3．橫向變形混凝土受壓時時在產(chǎn)生縱向向變形的同時時還會產(chǎn)生橫橫向變形，橫橫向應(yīng)變與縱縱向應(yīng)變之比比稱為泊松比比系數(shù)。。規(guī)范取取=0.2。2.荷載長期作用用下混凝土的的變形性能（1）徐變：在長長期不變的荷荷載作用下，，變形隨時間間而增長。（2）影響徐變的的因素：應(yīng)力力（荷載）大大??；加載時的齡期期；材性、工作環(huán)境境等；（3）徐變對結(jié)構(gòu)構(gòu)的影響（多多數(shù)情況為不不利影響）A使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力重分布：：B使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生生損失。3.混凝土在荷載載重復(fù)作用下下的變形（疲疲勞變形）疲勞破壞：荷荷載重復(fù)作用用引起的破壞壞；（4）混凝土的彈彈性模量和變變形摸量A.彈性模量（（切切線模量）：：取混凝土棱棱柱體受壓應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的原點(diǎn)切線線的斜率作為為。。（表表1.4）B變形模量（（割割線模量）：：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上原原點(diǎn)至任一點(diǎn)點(diǎn)割線的斜率率，稱為任意意點(diǎn)的變形模模量，它反映映塑性階段的的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)關(guān)系。二者關(guān)系：（（為為彈性性系數(shù)，等于于彈性應(yīng)變與與總應(yīng)變的比比值）（5）.混凝土的收縮縮與膨脹。影響：產(chǎn)生裂裂縫，導(dǎo)致預(yù)預(yù)應(yīng)力損失。。（影響因素素見書）（6）混凝土的溫溫度變形（熱熱脹冷縮）（（自學(xué)）3.設(shè)計時如何選選用混凝土（（1）鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)的混凝凝土強(qiáng)度等級級不應(yīng)低于C15；

（2）當(dāng)采用用HRB335級鋼筋筋時，，不宜宜低于于C20；（（3）當(dāng)采用用HRB400和RRB400級鋼筋筋以及及對承承受重重復(fù)荷荷載的的構(gòu)件件，不不得低低于C20；（（4）預(yù)應(yīng)力力混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的混凝凝土強(qiáng)強(qiáng)度等等級不不應(yīng)低低于于于C30；（（5）當(dāng)采用用鋼絲絲、鋼鋼絞線線、熱熱扎鋼鋼筋作作預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼鋼筋時時，不不宜低低于C40?！?.3混凝土土與鋼鋼筋的的粘結(jié)結(jié)粘結(jié)的的意義義：確確保混混凝土土與鋼鋼筋能能共同同工作作。二.粘結(jié)力力的組組成1.膠結(jié)力力；2摩擦力力；3機(jī)械咬咬合力力；4端部錨錨固；；三.粘結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度（（公式式1.1