第3章混凝土結(jié)構(gòu)1材料

第三章混凝土結(jié)構(gòu)

第一節(jié)鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能

一.混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和素混凝土結(jié)構(gòu)等均稱為混凝土結(jié)構(gòu)。 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)通常被稱為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。

本課程講的主要是鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

鋼筋與混凝土共同工作的條件：鋼筋和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能很不相同，它們可以結(jié)合在一起共同工作，是因?yàn)椋轰摻詈突炷林g存在有良好的粘結(jié)力，在荷載作用下，可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形，共同受力；鋼筋與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)：鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5，因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞?；炷凉′摻?，使其不易銹蝕，也不致因火災(zāi)使其迅速達(dá)到軟化溫度而破壞

二.

混凝土

混凝土的組成

水泥、水、骨料、砂，拌合后形成水泥石、水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔。

1．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)

我國將立方體抗壓強(qiáng)度值作為混凝土強(qiáng)度 的基本指標(biāo)，以此來劃分混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。

立方體抗壓強(qiáng)度值由試驗(yàn)得到：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件

混凝土強(qiáng)度等級(jí)－－－

是按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定的―－共14級(jí)，用C表示：C15,C20,C25,C30,……C80。例如C20,表示

影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素：（1）試驗(yàn)方法：分為涂潤滑劑和不涂潤滑劑。 通常試塊與試驗(yàn)機(jī)墊板之間存在摩擦，這種摩擦限制了混凝土的橫向變形，對(duì)試塊有“套箍”作用――抗壓強(qiáng)度提高。 如果涂潤滑劑，摩擦力大大減小，橫向不受約束，強(qiáng)度不提高。

注意：我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是不涂潤滑劑。（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（150X150X300mm3）采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（與立方體相同）測定的混凝土抗壓強(qiáng)度――軸心抗壓強(qiáng)度。一般認(rèn)為當(dāng)h/b=2~3時(shí)，可以消除摩擦力的影響，中間段為純壓狀態(tài)，接近實(shí)際受力情況。（3）混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度

一般只為抗壓強(qiáng)度的1/17~1/8。混凝土強(qiáng)度越高， 與的比值越小。軸心抗拉強(qiáng)度可由試驗(yàn)直接測得。

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。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)，使混凝土強(qiáng)度、延性大大提高。“套箍作用”、約束混凝土2.混凝土的變形混凝土的變形分為:

一次短期加載下的變形

混凝土的受力變形荷載長期作用下的變形

重復(fù)荷載作用下的變形

混凝土的體積變形收縮、膨脹、溫度變化

（1）混凝土的受力變形

混凝土的應(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）

采用棱柱體試件測定混凝土受壓時(shí)應(yīng)力——應(yīng)變?nèi)€，包括：上升段和下降段特點(diǎn)：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?；炷翉?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。不同等級(jí)的混凝土達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)，

(2)荷載長期作用下混凝土的變形性能 混凝土在長期荷載持續(xù)作用下，隨時(shí)間而增長的變形，稱為混凝土的徐變

。

徐變產(chǎn)生的原因： 混凝土中一部分未轉(zhuǎn)化為結(jié)晶體的水泥膠凝體，在應(yīng)力的長期作用下產(chǎn)生變形； 混凝土內(nèi)部的微裂縫，在荷載的作用下不斷增加和擴(kuò)展

徐變的增長是先快后慢，前6個(gè)月可達(dá)最終徐變的70～80％，第一年可完成90％，2～3年后徐變基本終止。影響徐變的因素：內(nèi)在因素、環(huán)境因素、應(yīng)力因素

混凝土材料的影響：水灰比大，徐變大；水泥用量多，徐變大；骨料所占比例高，徐變?cè)叫。凰?、骨料的質(zhì)量好、級(jí)配好，徐變小與混凝土養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)：養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高，濕度大，徐變小。加荷時(shí)混凝土的齡期：齡期越早，徐變?cè)酱蟪鯌?yīng)力的大小：初應(yīng)力越大，徐變大構(gòu)件的尺寸越大，體表比越大，徐變?cè)叫?/p>

徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響：可以增大構(gòu)件變形（如梁的撓度增大）；可使偏心受壓構(gòu)件的偏心距增大，降低構(gòu)件的承載力；引起內(nèi)力重分布；在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。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）盡量振搗密實(shí)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持溫度、濕度。3）適當(dāng)控制混凝土的加載齡期和初應(yīng)力的大小。（3）混凝土的收縮－－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

收縮與時(shí)間有關(guān)，一個(gè)月完成總收縮量的50％，半年完成80～90％。一般兩年后趨于穩(wěn)定。最終收縮應(yīng)變?yōu)?～5×10-4

混凝土收縮由膠凝體本身的體積收縮和混凝土失水體積收縮組成。

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。

三鋼筋的主要力學(xué)性能1、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、鉻等合金元素。加入后可有效提高鋼材強(qiáng)度，改善鋼材其 它性能。

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)）

（二）鋼筋的級(jí)別

熱軋鋼筋：由普通（低碳）碳素鋼、普通低合金鋼或細(xì)晶粒鋼軋制而成。常用熱軋鋼筋的級(jí)別、符號(hào)和形狀

性能：隨著鋼筋級(jí)別的增加，強(qiáng)度提高，塑性降低。屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值牌號(hào)符號(hào)形狀300270HPB300

光面335300HRB335HRBF335

變形400360HRB400HRBF400RRB400

變形500435HRB500HRBF500

變形

2、鋼筋的強(qiáng)度和變形應(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 作為條件屈服強(qiáng)度。四、鋼筋和混凝土的粘結(jié)1.粘結(jié)力的組成鋼筋和混凝土接觸面上的化學(xué)膠著力混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力鋼筋端部的錨固力

光圓鋼筋粘結(jié)力主要來自膠著力和摩阻力。 變形鋼筋粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合力。

2、影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素：

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，隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)