鋼筋和混凝土材料的力學性能解讀PPT學習教案

1、會計學1鋼筋和混凝土材料的力學性能解讀鋼筋和混凝土材料的力學性能解讀標準試塊：150150 150非標準試塊：100100 100 換算系數(shù) 0.95 200200 200 換算系數(shù) 1.05立方體抗壓強度fcu第1頁/共76頁 立方體抗壓強度標準值 fcu,k 是區(qū)分混凝土強度等級的指標。 表示混凝土Concrete立方體抗壓強度標準值立方體抗壓強度fcu概率密度材料強度強度平均值強度標準值 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(混凝土為95%)的統(tǒng)計特征值：強度標準值=強度平均值-1.645標準差混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB50010）混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，

2、C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80 立方體抗壓強度fcu 是隨機變量。第2頁/共76頁棱柱體抗壓強度（軸心抗壓強度）fc承壓板試塊標準試塊：150150 300非標準試塊：100100 300 換算系數(shù) 0.95 200200 400 換算系數(shù) 1.05考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強度大于棱柱體抗壓強度，且有：fc=0.76fcu (試驗結(jié)果)考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu 對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150, h=300），有fc=0.79fcu 圓柱體抗壓強度第3頁/共76頁棱柱體抗

3、壓強度（軸心抗壓強度）fc混凝土軸心抗壓強度標準值（GB50010） 12,0.88ckcccu kff 混凝土的脆性系數(shù)，不超過C40取1.0，C80取0.87，其間按線性插值?；炷凛S心抗壓強度與立方體抗壓強度的比值，不超過C50取0.76，C80取0.82，其間按線性插值。混凝土軸心抗壓強度設計值（GB50010）ckccff混凝土材料分項系數(shù)，取1.4第4頁/共76頁直接受拉試驗100100150150500試驗結(jié)果：ft=0.26fcu 2/3考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應，加荷速度等的影響，取ft=0.23fcu 2/3第5頁/共76頁軸心抗拉強度 ft混凝土軸心抗拉強度標準值（

4、GB50010） 混凝土軸心抗拉強度設計值（GB50010） 混凝土材料分項系數(shù)，取1.4混凝土強度值見附表2-1附表2-4245. 055. 0,645. 11395. 088. 0ckcutkffctktff第6頁/共76頁劈裂試驗ftsdlFfts2ddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂與抗壓試驗結(jié)果有：fts=0.19fcu 3/4第7頁/共76頁雙軸應力下的強度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉壓/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0單軸抗拉強度單軸抗壓強度雙向正應力下的強度曲線法向應力和剪應力下的強度曲線第8頁/共76頁三向受壓時的混凝

5、土強度1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-側(cè)向約束壓應力（加液壓）圓柱體試驗Lcccfff1 . 4有側(cè)向約束時的抗壓強度無側(cè)向約束時圓柱體的單軸抗壓強度第9頁/共76頁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值第10頁/共76頁(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高加載速度減慢單軸受壓時的應力-應變關(guān)系作用是：峰值應力后，吸收試驗機的變形能，測出下降段第11頁/共76頁單軸受壓時的應力-應變關(guān)系的數(shù)學模

6、型2011cccfu=0.00380=0.002ocfcc0.15fc0015. 01ucccf美國Hognestad模型u=0.00350=0.002ocfcc2011cccf德國Rsch模型第12頁/共76頁單軸受壓時的應力-應變關(guān)系的數(shù)學模型-GB5001022),50(6012nnfncu時，取當5010505 . 0002. 0cuf510500033. 0cuufu0ocfccncccf011用于分析有應變梯度的截面對于軸心受壓第13頁/共76頁側(cè)向受約束時混凝土的變形特點cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco環(huán)箍斷裂第14頁/共76頁軸向

7、受拉時混凝土的應力應變關(guān)系tto t0 tu ftt(MPa)0 (mm)cr =0.00012試件：7619305mmfc = 44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06標距83mm理論模型用于分析有應變梯度的截面通常取 tu=2t0第15頁/共76頁重復荷載下混凝土的變形性能pe包羅線與一次性加載時的應力-應變曲線相似第16頁/共76頁混凝土的彈性模量ccccep01原點切線模量（彈性模量）：拉壓相同ecctgE/0變形模量（割線模量、彈塑性模量）ccctgE/1切線模量cccddtgE cccecEEE受壓時，為0.41.0；受拉時，為1.0第17頁/共

8、76頁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Ec)/(74.342 . 21025mmNfEcuc混凝土彈性模量見附表2-5 第18頁/共76頁混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在壓力較小時為0.150.18，接近破壞時可達0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量為)1 (2cccEG第19頁/共76頁長期荷載作用下混凝土的變形性能-徐變0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，線性徐變c0.8fc，非線性徐變creeecrP原因之一，膠凝體的粘性流動原因之二

9、，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展第20頁/共76頁長期荷載作用下混凝土的變形性能-影響徐變的因素應力： c0.5fc，徐變變形與應力成正比-線性徐變 0.5fcc0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小第21頁/共76頁混凝土的收縮-結(jié)硬過程中混凝土體積縮小的性質(zhì)水泥品種：等級越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小養(yǎng)護條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等第22頁/共76頁徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs s1c1徐變： s， cPs2As s2P拆去As s1c1

10、鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂第23頁/共76頁收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的影響AssAs s收縮： 鋼筋受壓， 混凝土受拉As第24頁/共76頁ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段0.2%0.2標距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同第25頁/共76頁ABBCDE0.2%0.2強度指標* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應的強度作為設計強度的依據(jù)，因為，鋼筋屈服后會產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用 。* 無明顯流幅的鋼筋：殘余應變?yōu)?.2%時所對應的應力作為條件屈服強度，通

11、常可取 0.2 = 0.85b第26頁/共76頁強度指標的確定強度隨機變量強度標準值概率密度材料強度強度平均值強度標準值根據(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95%）的統(tǒng)計特征值：強度標準值 fyk=強度平均值-1.645標準差強度設計值ykysff鋼筋材料分項系數(shù)，取1.101.20鋼筋強度標準值、設計值見附表2-9附表2-12第27頁/共76頁ABBCDE0.2%0.2變形指標伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值 見附表8冷彎要求：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D 的鋼輥 彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂 * 彈性模量 Es，見附表2-14第28頁/共76頁按化學成分碳素鋼（鐵、碳

12、、硅、錳、硫、磷等元素）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（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系第29頁/共76頁鋼筋熱軋光面鋼筋 HPB300精軋螺紋鋼筋-預應力螺紋鋼筋按加工鋼絲中強度預應力鋼絲：經(jīng)冷加工或冷加工后熱處理制成消除應力鋼絲：冷拔鋼絲，經(jīng)過退火來消除殘余應力鋼絞線：多根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起普通熱軋帶肋鋼筋 HRB335、HRB400、HRB500細晶粒熱軋帶肋鋼筋 HRBF335、HRBF400、HRBF500余熱處理鋼筋 RRB400熱軋鋼第30頁/共76頁按表面形狀熱軋光圓鋼筋熱

13、軋帶肋鋼筋熱軋光圓鋼筋熱軋帶肋鋼筋第31頁/共76頁按表面形狀熱軋光圓鋼筋熱軋帶肋鋼筋直條鋼筋（直條鋼筋（F F12 mm）盤條鋼筋（盤條鋼筋（F F10mm）第32頁/共76頁按表面形狀光面鋼絲光面鋼絲第33頁/共76頁按表面形狀螺旋肋鋼絲螺旋肋鋼絲第34頁/共76頁按表面形狀預應力鋼絞線預應力鋼絞線第35頁/共76頁按表面形狀預應力鋼絞線預應力鋼絞線第36頁/共76頁按表面形狀預應力鋼絞線無粘結(jié)鋼絞線第37頁/共76頁按表面形狀預應力精軋螺紋鋼筋精軋螺紋鋼筋 第38頁/共76頁鋼筋的應用范圍非預應力鋼筋：HPB300 HRB335， HRBF335 HRB400， HRB500（主力鋼筋）

14、 HRBF400， HRBF500 ， RRB400預應力鋼筋：中強度預應力鋼絲，消除應力鋼絲， 鋼絞線，預應力螺紋鋼筋第39頁/共76頁冷拉BKZZK殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效K點的選擇：應力控制和應變控制溫度的影響：溫度達700C時恢復到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降第40頁/共76頁冷拔經(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第41頁/共76頁熱處理對特定鋼號的鋼筋進行淬火和回火處理強度提高，塑性降低不降低強度的前提下，消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力，改善塑性和韌性鋼筋經(jīng)熱軋后直接穿水，利用芯部余熱進行回火處理的成

15、品鋼筋余熱處理強度提高，塑性略有降低第42頁/共76頁徐變應力不變，隨時間的增長應變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時間的增長應力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預應力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施第43頁/共76頁重復荷載作用下，鋼筋的強度1.0d 時，la的數(shù)值比上式的數(shù)值要小令 c = 1.0 d dffltya125. 0第59頁/共76頁dffltyabla基本錨固長度（GB50010）： (基本錨固長度要求混凝土保護層厚度不小于直徑d)錨固鋼筋的外形系數(shù)，見教材 P32 表2-1受拉鋼筋的錨固長度（GB50010）：abaall錨固長度修正系數(shù)，見教材 P33第60頁/共76頁la搭接長度（GB

16、50010）：allll受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，見教材 P107 表4-2對上述錨固長度作修正可得搭接長度ll第61頁/共76頁NccAs ssss=Essys,hfy平衡方程ssccAAN變形協(xié)調(diào)方程(試驗表明，平截面假定始終成立)sc物理方程(以fcu 50 Mpa 為例)ccccccff)2501 (100011200=0.002ocfcc用于分析有應變梯度的截面對于軸心受壓=s=c第62頁/共76頁NccAs s第一階段（受壓鋼筋屈服前 Es0時，混凝土壓碎前鋼筋沒有屈服y第63頁/共76頁NccAs s0=0.002cfcc0=0.002sfysyyfyEs0在鋼筋混凝土構(gòu)件中 當

17、鋼筋的強度超過 0Es時，其抗壓強度得不到充分發(fā)揮。引入鋼筋抗壓強度設計值syEf0HPB300、HRB335及及HRB400 均能受壓屈服均能受壓屈服 fy = fy HRB500 fy= 0 Es = 410 N/mm2(見附表見附表2-11、2-12)于是，軸心受壓短柱的極限承載力計算式syccuAfAfN第64頁/共76頁Nc施加后的瞬時NcAslNcAs s1c1l i)2501 (1000sisciissccAEAfAAN非線性關(guān)系ccEE引入割線模量)1 (EicsisiccAEAEAEN)1 ()1 (11sEcsEccANAN第65頁/共76頁NcAslNcAs s1c1l

18、ic2As s2Ncl (i+ cr)經(jīng)歷徐變后)1 ()1 (11sEcsEccANANicrtCicritC)1 ( 22ssccAAN)1 ()1 ()1 ()1 (12sEtcstitssACNCCE12)1 ()1 ()1 (1ctEcEstEcCANAAC第66頁/共76頁Nc撤去后NcAslNcAs s1c1l ic2As s2Ncl (i+ cr)NcAs s3c3l cr（壓）3crssE（拉）333crsssscEAA通常要求柱全部配筋率不宜超過5%。第67頁/共76頁平衡方程sscAAN變形協(xié)調(diào)方程(試驗表明，平截面假定始終成立)sc物理方程=s=cNcAs ssss=Essys,hfyccc=Ecct0tuftk用于分析有應變梯度的截面對于軸心受壓第68頁/共76頁NcAs s開裂前的應力（ t0 ）sscsscAEAEAANsss=Essys,hfyscscAEEAEcsEEE令：AAs稱為配筋率于是：EcAN1ccftt0第69頁/共76頁NcAs s開裂荷載及開裂后鋼筋應力sss=Essys,hfy于是開裂荷載：EtkcrAfN1 當 c=ftk 時，構(gòu)件即將開裂。開裂后瞬間，c=0，s 發(fā)生突變 s=Ncr/As此時鋼筋應力：s=Eftk 1020