鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能教程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)性能教程鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能教程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)化段標(biāo)距有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1頁(yè)/共40頁(yè)0.2%0.2標(biāo)距無(wú)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2頁(yè)/共40頁(yè)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(wú)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,隨著冶金系統(tǒng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

2、及質(zhì)量的提高，在相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定屈服強(qiáng)度0.2不得小于極限抗拉強(qiáng)度b的85%（0.85b）。因此，實(shí)際應(yīng)用中可取極限抗拉強(qiáng)度b的85%作為條件屈服點(diǎn) 第3頁(yè)/共40頁(yè)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97.73%）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-2均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值第4頁(yè)/共40頁(yè)ABBCDE0.2%0.2變形指標(biāo)* 伸長(zhǎng)率：鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)與原長(zhǎng)的比值* 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 第5頁(yè)/共40頁(yè)按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（

3、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）錳系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系第6頁(yè)/共40頁(yè)鋼筋熱軋鋼筋：熱軋光圓鋼筋HPB235， HPB300（Hot rolled Plain Bars），熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，HRB500 (Hot rolled Ribbed Bars), 細(xì)晶粒熱軋鋼筋HRBF335、HRBF400，HRBF500 (Hot rolled Ribbed Bars of Fine grains), 冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、HRB500鋼

4、筋通過(guò)加熱、淬火、回火而成按加工鋼絲碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過(guò)多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：若干根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成第7頁(yè)/共40頁(yè)按表面形狀光圓鋼筋帶肋鋼筋鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HPB235，HPB300, HRB335，HRB400，HRB500 HRBF335, HRBF400, HRBF500預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋第8頁(yè)/共40頁(yè)光圓鋼筋：6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22帶肋鋼筋：6, 8, 10, 1

5、2, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 50第9頁(yè)/共40頁(yè)冷拉BKZZK殘余變形冷拉伸長(zhǎng)率無(wú)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10頁(yè)/共40頁(yè)冷拔經(jīng)過(guò)冷拔后鋼筋沒(méi)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11頁(yè)/共40頁(yè)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，改善塑性和韌性第12頁(yè)/共40頁(yè)徐變應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長(zhǎng)度不變，隨時(shí)間的增長(zhǎng)

6、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13頁(yè)/共40頁(yè)重復(fù)荷載作用下，鋼筋的強(qiáng)度靜載作用下的強(qiáng)度規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。對(duì)鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來(lái)表示其疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)方法單根鋼筋的軸拉疲勞鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎第14頁(yè)/共40頁(yè)強(qiáng)度要求：屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，抗震設(shè)計(jì)時(shí)還要求有一定的屈強(qiáng)比塑性要求：伸長(zhǎng)率和冷彎要求可焊性與混凝土的粘結(jié)性第15頁(yè)/共40頁(yè)sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明顯流幅的鋼筋無(wú)明顯流幅的鋼筋第16頁(yè)/共40頁(yè)立

7、方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu承壓板試塊摩擦力不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑強(qiáng)度大于我國(guó)規(guī)范的方法：不涂潤(rùn)滑劑壓力試件裂縫發(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、試塊尺寸等第17頁(yè)/共40頁(yè)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)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國(guó)規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu第18頁(yè)/共40頁(yè)強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)

8、變量強(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（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均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值第19頁(yè)/共40頁(yè)棱柱體抗壓強(qiáng)度f(wàn)c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(guó)外（美國(guó)、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

9、強(qiáng)度第20頁(yè)/共40頁(yè)直接受拉試驗(yàn)ft100100150150500試驗(yàn)結(jié)果：ft=0.395fcu 0.55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=0.348fcu 0.55第21頁(yè)/共40頁(yè)劈裂試驗(yàn)ftsdlFfts2ddftsFFFF我國(guó)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22頁(yè)/共40頁(yè)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23頁(yè)/共40頁(yè)三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度1=

10、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(wú)側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度第24頁(yè)/共40頁(yè)破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強(qiáng)度f(wàn)cfcf的確定原則：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受200萬(wàn)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25頁(yè)/共40頁(yè)(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26頁(yè)/共40頁(yè)單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型u=0

11、.00380=0.002ocfcc0.15fc2011cccf0015. 01ucccfu=0.00350=0.002ocfcc2011cccf美國(guó)Hognestad模型德國(guó)Rsch模型第27頁(yè)/共40頁(yè)單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型-中國(guó)規(guī)范u0ocfccncccf01122),50(6012nnfncu時(shí)，取當(dāng)5010505 . 0002. 0cuf510500033. 0cuuf第28頁(yè)/共40頁(yè)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29頁(yè)/共40頁(yè)軸向受拉時(shí)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系tto t0 tu ft

12、t(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！第30頁(yè)/共40頁(yè)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31頁(yè)/共40頁(yè)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；受拉破壞時(shí)，為1.0第32頁(yè)/共40頁(yè)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

13、此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec)/(74.342 . 21025mmNfEcuc第33頁(yè)/共40頁(yè)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34頁(yè)/共40頁(yè)長(zhǎng)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，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展第35頁(yè)/共40頁(yè)長(zhǎng)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)酱蠊橇显接玻熳冊(cè)叫?.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，線性徐變c0.8fc，非線性徐變creeecr第36頁(yè)/共40頁(yè)混凝土的收縮