鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能解讀PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能解讀鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能解讀標(biāo)準(zhǔn)試塊：150150 150非標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度fcu第1頁/共76頁 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fcu,k 是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)。 表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強(qiáng)度fcu概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率(混凝土為95%)的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-1.645標(biāo)準(zhǔn)差混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，

2、C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80 立方體抗壓強(qiáng)度fcu 是隨機(jī)變量。第2頁/共76頁棱柱體抗壓強(qiáng)度（軸心抗壓強(qiáng)度）fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：150150 300非標(biāo)準(zhǔn)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(duì)試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，且有：fc=0.76fcu (試驗(yàn)結(jié)果)考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu 對(duì)國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)等）采用的圓柱體試件（d=150, h=300），有fc=0.79fcu 圓柱體抗壓強(qiáng)度第3頁/共76頁棱柱體抗

3、壓強(qiáng)度（軸心抗壓強(qiáng)度）fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值，不超過C50取0.76，C80取0.82，其間按線性插值?；炷凛S心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（GB50010）ckccff混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)，取1.4第4頁/共76頁直接受拉試驗(yàn)100100150150500試驗(yàn)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(yīng)，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(qiáng)度 ft混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（

4、GB50010） 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（GB50010） 混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)，取1.4混凝土強(qiáng)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(yàn)ftsdlFfts2ddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂與抗壓試驗(yàn)結(jié)果有：fts=0.19fcu 3/4第7頁/共76頁雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)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(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度雙向正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線第8頁/共76頁三向受壓時(shí)的混凝

5、土強(qiáng)度1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗(yàn)Lcccfff1 . 4有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng)度無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度第9頁/共76頁破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強(qiáng)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(shí)發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值第10頁/共76頁(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系作用是：峰值應(yīng)力后，吸收試驗(yàn)機(jī)的變形能，測(cè)出下降段第11頁/共76頁單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)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(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型-GB5001022),50(6012nnfncu時(shí)，取當(dāng)5010505 . 0002. 0cuf510500033. 0cuufu0ocfccncccf011用于分析有應(yīng)變梯度的截面對(duì)于軸心受壓第13頁/共76頁側(cè)向受約束時(shí)混凝土的變形特點(diǎn)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(shí)混凝土的應(yīng)力應(yīng)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(biāo)距83mm理論模型用于分析有應(yīng)變梯度的截面通常取 tu=2t0第15頁/共76頁重復(fù)荷載下混凝土的變形性能pe包羅線與一次性加載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似第16頁/共76頁混凝土的彈性模量ccccep01原點(diǎn)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(shí)，為0.41.0；受拉時(shí)，為1.0第17頁/共

8、76頁混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150150 300標(biāo)準(zhǔn)試件）c/fcc0.5510次此線和原點(diǎn)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(shí)為0.150.18，接近破壞時(shí)可達(dá)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(dòng)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(yīng)力： c0.5fc，徐變變形與應(yīng)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(shí)混凝土的齡期，越早，徐變?cè)酱笏嘤昧吭蕉啵冶仍酱?，徐變?cè)酱蠊橇显接?，徐變?cè)叫〉?1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(jí)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(hù)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(duì)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(huì)引起混凝土開裂第23頁/共76頁收縮對(duì)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(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段0.2%0.2標(biāo)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(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同第25頁/共76頁ABBCDE0.2%0.2強(qiáng)度指標(biāo)* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)椋摻钋髸?huì)產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)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(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度，通

11、?？扇?0.2 = 0.85b第26頁/共76頁強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率（鋼筋為95%）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fyk=強(qiáng)度平均值-1.645標(biāo)準(zhǔn)差強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ykysff鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù)，取1.101.20鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值見附表2-9附表2-12第27頁/共76頁ABBCDE0.2%0.2變形指標(biāo)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(xué)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(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋按加工鋼絲中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲：經(jīng)冷加工或冷加工后熱處理制成消除應(yīng)力鋼絲：冷拔鋼絲，經(jīng)過退火來消除殘余應(yīng)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(xì)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(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼絞線第35頁/共76頁按表面形狀預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼絞線第36頁/共76頁按表面形狀預(yù)應(yīng)力鋼絞線無粘結(jié)鋼絞線第37頁/共76頁按表面形狀預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋精軋螺紋鋼筋 第38頁/共76頁鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HPB300 HRB335， HRBF335 HRB400， HRB500（主力鋼筋）

14、 HRBF400， HRBF500 ， RRB400預(yù)應(yīng)力鋼筋：中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲，消除應(yīng)力鋼絲， 鋼絞線，預(yù)應(yīng)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(shí)效經(jīng)時(shí)效K點(diǎn)的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制溫度的影響：溫度達(dá)700C時(shí)恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)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(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度第41頁/共76頁熱處理對(duì)特定鋼號(hào)的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理強(qiáng)度提高，塑性降低不降低強(qiáng)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(jìn)行回火處理的成

15、品鋼筋余熱處理強(qiáng)度提高，塑性略有降低第42頁/共76頁徐變應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)力降低對(duì)結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)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(fù)荷載作用下，鋼筋的強(qiáng)度1.0d 時(shí)，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(hù)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(duì)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(yàn)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(yīng)變梯度的截面對(duì)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(shí)，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(dāng)

17、鋼筋的強(qiáng)度超過 0Es時(shí)，其抗壓強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。引入鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)算式syccuAfAfN第64頁/共76頁Nc施加后的瞬時(shí)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(yàn)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(yīng)變梯度的截面對(duì)于軸心受壓第68頁/共76頁NcAs s開裂前的應(yīng)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(yīng)力sss=Essys,hfy于是開裂荷載：EtkcrAfN1 當(dāng) c=ftk 時(shí)，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(shí)鋼筋應(yīng)力：s=Eftk 1020