鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能.ppt

？,混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)是 立方體強(qiáng)度是各種力學(xué)指標(biāo)的基本代表值,三個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)如何使用,第二章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能,立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度,2.1 混凝土的物理力學(xué)性能,本節(jié)課重點(diǎn),1.混凝土的強(qiáng)度等級立方體抗壓強(qiáng)度,混凝土結(jié)構(gòu),壓力試件裂縫發(fā)展擴(kuò)張整個(gè)體系解體，喪失承載力,另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等,影響實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度值因素分析,影響立方體抗壓強(qiáng)度的因素： 內(nèi)因：如強(qiáng)度與水泥標(biāo)號、骨料品種、配合比等。 外因：試驗(yàn)方法（箍套）、溫度、濕度、試件尺寸。,由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 fcu(200),注意問題：,混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。 混凝土的強(qiáng)度等級是用抗壓強(qiáng)度來劃分的。,砼的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu，k,C Concrete（混凝土）,普通混凝土,高強(qiáng)混凝土,C15C50,C55C80,摻入高效減水劑,混凝土的強(qiáng)度等級的選用,混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度最低等級,（GB50010-2010）,鋼筋種類,混凝土強(qiáng)度等級,素混凝土結(jié)構(gòu),不應(yīng)低于C15,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不應(yīng)低于C20,強(qiáng)度等級400MPa及以上的鋼筋時(shí),不應(yīng)低于C25,不應(yīng)低于C30,不宜低于C40,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋,重復(fù)荷載的構(gòu)件,不應(yīng)低于C30,2.混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度,(1)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度fc,h/b=23，fck趨于穩(wěn)定,“套箍效應(yīng)”,300,軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的換算關(guān)系為,fcu,k立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為混凝土強(qiáng)度等級fcu。,c1 和 c2 值,混凝土軸心抗壓強(qiáng)度 與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,(2)混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度ft,間接測試法：,(2)混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度ft,間接測試法：,P-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,計(jì)算鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂和裂縫寬度,第2章 物理力學(xué)性能,3.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度,1, 2 (壓壓) 混凝土強(qiáng)度增加 （第三象限） 1, 2 (拉壓) 混凝土強(qiáng)度降低 （第二、四象限） 1, 2 (拉拉) 混凝土強(qiáng)度基本不變（第一象限）,（1）雙向正應(yīng)力,200,50N/mm2,35N/mm2,1,2,2,10N/mm2,150,100,50,0,5,10,15,20,25,12(N/mm2),1 (),（3）三軸受壓（抗壓強(qiáng)度提高）,混凝土圓柱體三向受壓的軸心抗壓強(qiáng)度 與側(cè)壓 的經(jīng)驗(yàn)公式：,（4）正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用 （混凝土的抗壓強(qiáng)度由于剪應(yīng)力的存在而降低） 當(dāng)/fc（0.50.7)時(shí),抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大 當(dāng)/fc（0.50.7)時(shí),抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小 當(dāng)壓應(yīng)力在 左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。,復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度小結(jié),1. 雙向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度變化規(guī)律,（1）雙向受壓時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度,單向；,大于,（2）雙向受拉時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度于,接近,單向；,（3）一向受壓和一向受拉時(shí)，其抗拉（抗壓）強(qiáng)度,均低于,相應(yīng)的單向強(qiáng)度；,（4）由于剪應(yīng)力的存在，混凝土抗壓強(qiáng)度,低于,單向；,（5）由于壓應(yīng)力的存在，混凝土抗剪強(qiáng)度有限增加, 但當(dāng)壓應(yīng)力大于0.6fc時(shí)，隨壓應(yīng)力增大而減小。,2. 三向受壓狀態(tài)下的強(qiáng)度變化規(guī)律 結(jié)論：三向受壓狀態(tài)下的混凝土抗壓強(qiáng)度大于雙向和單向。 3. 實(shí)際工程應(yīng)用約束混凝土 （1）采用約束混凝土不僅可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，也可以提高構(gòu)件的耐受變形能力； （2）工程中應(yīng)用約束混凝土的實(shí)例，如螺旋鋼箍柱、鋼管混凝土等。,4. 砼的變形,1.混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線有何特點(diǎn)?,本節(jié)重點(diǎn),2.什么是混凝土的徐變?徐變對混凝土構(gòu)件有何影響?通常認(rèn)為影響徐變的主要因素有哪些?如何減少徐變?,4. 砼的變形,受力變形,砼在荷載一次短期作用下的變形,砼在荷載多次重復(fù)作用下的變形,混凝土硬化時(shí)的收縮與膨脹,體積變形,變形,溫、濕度變化產(chǎn)生的變形,(1)混凝土曲線,1.混凝土在短期荷載作用下的變形,（用h/b=34的柱體試件測定）,第二章 鋼筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,A點(diǎn)以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對普通強(qiáng)度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.50.7)fc。,A點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變增長開始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。,混凝土在結(jié)硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。,達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土sB可達(dá)0.95fc以上。,達(dá)到C點(diǎn)fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變 e 0，約為0.002。,縱向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。,隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變e = (23) e 0，應(yīng)力s = (0.40.6) fc。,2.1 混凝土的物理力學(xué)性能,2.1 混凝土,不同強(qiáng)度混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線,強(qiáng)度等級越高，線彈性段越長，峰值應(yīng)變也有所增大。但高強(qiáng)混凝土中，砂漿與骨料的粘結(jié)很強(qiáng)，密實(shí)性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時(shí)脆性越顯著，下降段越陡。,2.1 混凝土的物理力學(xué)性能,2. 砼單軸受壓時(shí)的應(yīng)力變形模型,（1）. 美國E.Hongnestad模型,（2）. 德國Rusch模型,（3）. 我國規(guī)范模型,第二章 鋼筋和混凝土的材料性能,規(guī)范應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,上升段：,下降段：,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力學(xué)性能,(1)混凝土的收縮,4.混凝土的收縮和徐變,（收縮與荷載無關(guān)）,（蒸氣養(yǎng)護(hù)可使砼收縮減?。?(1)混凝土的收縮,4.混凝土的收縮和徐變,B、減少混凝土收縮的措施,限制水灰比和水泥用量,加強(qiáng)砼的振搗和養(yǎng)護(hù),配置適量的構(gòu)造鋼筋和設(shè)置伸縮縫,A、收縮對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響,當(dāng)砼收縮變形受到約束時(shí)，將使結(jié)構(gòu),（構(gòu)件）產(chǎn)生收縮裂縫；,使預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生損失。,(2)混凝土的徐變,4.混凝土的收縮和徐變,混凝土在不變荷載的長期作用下應(yīng)變隨時(shí)間而增長的現(xiàn)象,（徐變與荷載有關(guān)）,(2)混凝土的徐變,4.混凝土的收縮和徐變,A、產(chǎn)生徐變的原因,尚未轉(zhuǎn)化為結(jié)晶體的水泥膠凝體粘性流動的結(jié)果。,混凝土內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴(kuò)展的結(jié)果。,B、影響徐變的因素,（1）時(shí)間因素；,（2）應(yīng)力大小；,應(yīng)力大，徐變大，且徐變性質(zhì)發(fā)生變化，呈不穩(wěn)定發(fā)展，控制長期應(yīng)力大??；,（3）環(huán)境因素；,養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高濕度大，徐變?。皇芎蓵r(shí)溫度高 濕度低，徐變大。,（4）加載時(shí)荷載大，徐變大；,（5）水泥用量大，水灰比大，徐變大，構(gòu)件尺寸小，徐變小。,（6）鋼筋可減小徐變；,C、徐變對結(jié)構(gòu)的影響,構(gòu)件變形和裂縫寬度增大,預(yù)應(yīng)力砼的預(yù)應(yīng)力損失,D、減少混凝土徐變的措施,限制水灰比和水泥用量,加強(qiáng)砼的振搗和養(yǎng)護(hù),按生產(chǎn)工藝分,（1）熱軋鋼筋,熱軋鋼筋,光面鋼筋,帶肋鋼筋,HPB235級（淘汰）,HRB335級,HRB400級,RRB400級,HPB300級,HRB500級,HRBF400級,HRBF500級,逐步淘汰,（2）鋼絞線,1 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線 （1 ）有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線,特點(diǎn)：,有屈服臺階，延伸率大， 塑性好，破壞前有明顯預(yù)兆。,（2 ）無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線,無屈服臺階，延伸率小， 塑性差，破壞前無明顯預(yù)兆。,2.鋼筋的強(qiáng)度,（1）鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,對有明顯屈服點(diǎn)鋼筋，以屈服強(qiáng)度作為鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度的取值依據(jù)。對無屈服點(diǎn)鋼筋，通常取其條件屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)。,普通鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,2.鋼筋的強(qiáng)度,（2）鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù),（2）鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,常用鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值如表所列,2.鋼筋的強(qiáng)度,3.鋼筋的變形性能,（1）延伸率 ,鋼材受拉破壞時(shí)的應(yīng)變值。,鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長的比率。,試件受力前的標(biāo)距長度,試件拉斷后的標(biāo)距長度,3.鋼筋的變形性能,（2）冷彎性能,通過冷彎沖頭加壓，使試件彎曲，發(fā)生裂縫時(shí)試件的彎轉(zhuǎn)角度越大，塑性性能越好。,3.鋼筋的變形性能,4.混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求,強(qiáng)度高：,強(qiáng)度愈高，用量愈少；用高強(qiáng)鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力效果比低強(qiáng)鋼筋好。,塑性好：,鋼筋塑性性能好，破壞前構(gòu)件就有明顯的預(yù)兆。,可焊性好：,除圓盤條鋼筋供貨長度不受限制外一般的鋼筋均均采用直條供貨，長度為915m。故鋼筋需搭接。,粘結(jié)力強(qiáng)：,HPB235級鋼筋(光面)須做彎鉤，HRB335級、 HRB400級鋼筋表面帶肋,5.混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋,梁,5.混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋,箍筋的肢數(shù)和形式：,5.混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋,板,5.混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋,柱,1縱向受力鋼筋,2普通箍筋,3螺旋箍筋,6. 構(gòu)件的混凝土保護(hù)層,2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié),(a)砼硬化后鋼筋與砼之間產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力；,(b)鋼筋與砼的溫度線膨脹系數(shù)非常接近；,鋼筋與砼共同工作的基礎(chǔ),(c)鋼筋由于砼的保護(hù)而避免銹蝕。,1.粘結(jié)作用,摩擦力,膠結(jié)力,機(jī)械咬合力,(1)粘結(jié)作用機(jī)理,粘結(jié)作用,砼收縮且裹緊鋼筋,砼顆粒的化學(xué)作用,鋼筋表面凹凸不平,1.粘結(jié)作用,第2章 物理力學(xué)性能,(2)粘結(jié)強(qiáng)度及其主要影響因素,粘結(jié)強(qiáng)度,鋼筋與混凝土粘結(jié)作用的大小,1.粘結(jié)作用,第2章 物理力學(xué)性能,(2)粘結(jié)強(qiáng)度及其主要影響因素,A、混凝土的強(qiáng)度等級,B、澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置,C、鋼筋的表面特征,D、混凝土保護(hù)層厚度,E、箍筋的橫向約束,影響鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的因素,2.鋼筋的錨固措施,第2章 物理力學(xué)性能,(1)支座內(nèi)鋼筋應(yīng)有足夠的錨固長度,1）縱向受力鋼筋的錨固長度,受拉鋼筋的錨固長度,鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,錨固鋼筋的公稱直徑；,2.鋼筋的錨固措施,第2章 物理力學(xué)性能,(1)支座內(nèi)鋼