混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第章材料力學(xué)性能

1、整理課件第二章第二章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能整理課件2.1 鋼筋的形式和品種鋼筋的形式和品種1 鋼筋的成分鋼筋的成分（1）碳素鋼：）碳素鋼：低碳鋼低碳鋼（含（含C量少于量少于0.25%）；）；高碳鋼高碳鋼（含（含C量量0.6%-1.4%）。）。*鋼筋含鋼筋含C量越高強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性降低。量越高強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性降低。（2）普通低合金鋼）普通低合金鋼：在鋼材中除：在鋼材中除C元素外加入元素外加入Mn（錳）、（錳）、Si（硅）、（硅）、V（礬）、（礬）、Nb（鈮）、（鈮）、Ti（鈦）、（鈦）、Cr（鉻）等合金（鉻）等合金元素，既能使鋼筋的強(qiáng)度提高，又能保持一

2、定的塑性。元素，既能使鋼筋的強(qiáng)度提高，又能保持一定的塑性。整理課件2 鋼筋的品種和級別鋼筋的品種和級別（1）熱軋鋼筋：）熱軋鋼筋：HPB235（Hot-rolled and Plain-shaped Bars）、）、HRB335（Hot-rolled and Ribbed Bars）、）、HRB400。*后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值（后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）。）。整理課件（2）冷拉鋼筋：）冷拉鋼筋：對某些熱軋鋼筋進(jìn)行冷加工而成，鋼筋的強(qiáng)度對某些熱軋鋼筋進(jìn)行冷加工而成，鋼筋的強(qiáng)度提高、但塑性降低（新修訂的規(guī)范未將冷加工鋼筋列入）。提高、但塑性降低（新修訂的規(guī)范未將冷加工

3、鋼筋列入）。（3）鋼絲、鋼絞線：）鋼絲、鋼絞線：高強(qiáng)鋼絲（高強(qiáng)鋼絲（1570Mpa、1860Mpa），中強(qiáng)），中強(qiáng)鋼絲（鋼絲（800-1370Mpa），鋼絞線（），鋼絞線（1570Mpa、1860Mpa，分，分為為7股、股、3股等）。股等）。整理課件（4）熱處理鋼筋：）熱處理鋼筋：對某些熱軋鋼筋經(jīng)過淬火和回火處理后而成，對某些熱軋鋼筋經(jīng)過淬火和回火處理后而成，鋼筋的強(qiáng)度大幅度提高，而塑性降低不多。鋼筋的強(qiáng)度大幅度提高，而塑性降低不多。*RRB400（Remained heated treatment Ribbed Bars）為一種）為一種“余熱處理鋼筋余熱處理鋼筋”。整理課件柔性鋼筋和勁性鋼筋

4、柔性鋼筋和勁性鋼筋(1) 柔性鋼筋：柔性鋼筋：由鋼筋經(jīng)綁扎或焊接成鋼筋網(wǎng)及空間骨架，由鋼筋經(jīng)綁扎或焊接成鋼筋網(wǎng)及空間骨架，便于固定在模板中澆注混凝土。便于固定在模板中澆注混凝土。(2) 勁性鋼筋：勁性鋼筋：由各種型鋼或型鋼與鋼筋焊成骨架，施工由各種型鋼或型鋼與鋼筋焊成骨架，施工時(shí)模板及混凝土的重量由鋼筋本身承擔(dān)。時(shí)模板及混凝土的重量由鋼筋本身承擔(dān)。整理課件2.2 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能1 1 鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 Stress-Strain Relation 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（軟鋼）有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（軟鋼）(1) 整理課件 a點(diǎn)點(diǎn)-比例極限比例極限，應(yīng)力和應(yīng)變成

5、比例，卸荷后應(yīng)變恢復(fù)為零，應(yīng)力和應(yīng)變成比例，卸荷后應(yīng)變恢復(fù)為零， a點(diǎn)點(diǎn)-彈性極限彈性極限，a-a段應(yīng)變增長速度比應(yīng)力增長速度略快，段應(yīng)變增長速度比應(yīng)力增長速度略快，但卸荷后應(yīng)變?nèi)阅芑謴?fù)為零，但卸荷后應(yīng)變?nèi)阅芑謴?fù)為零， b點(diǎn)點(diǎn)-上屈服點(diǎn)上屈服點(diǎn)（其值不夠穩(wěn)定），（其值不夠穩(wěn)定）， c點(diǎn)點(diǎn)-下屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)（其值穩(wěn)定），對有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，下屈（其值穩(wěn)定），對有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，下屈服點(diǎn)的應(yīng)力值稱為鋼筋的服點(diǎn)的應(yīng)力值稱為鋼筋的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度或或流限流限， c-f段段-屈服臺(tái)階屈服臺(tái)階或或流幅流幅， f-d段段-強(qiáng)化段強(qiáng)化段，d點(diǎn)的應(yīng)力稱為點(diǎn)的應(yīng)力稱為極限抗拉強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度， d-e段段-頸

6、縮段頸縮段，整理課件（2）無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（硬鋼）無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋（硬鋼）a點(diǎn)：比例極限，約為點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒有明顯的屈有一定塑性變形，且沒有明顯的屈服點(diǎn)服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)(Equivalent yield point)殘余應(yīng)變?yōu)闅堄鄳?yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)力規(guī)范規(guī)范取取s s0.2 =0.85 fu整理課件2.3 鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工和熱處理鋼筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭）鋼筋的

7、冷加工（冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭）（1）冷拉）冷拉1*冷拉（所有冷加工鋼筋）一般情況下不能焊接，如必須焊接，冷拉（所有冷加工鋼筋）一般情況下不能焊接，如必須焊接，應(yīng)先焊后拉應(yīng)先焊后拉 整理課件（2）冷拔）冷拔*冷拔可同提高鋼筋的抗拉屈服強(qiáng)度和抗壓屈服強(qiáng)度。冷拔可同提高鋼筋的抗拉屈服強(qiáng)度和抗壓屈服強(qiáng)度。(3) 冷軋：冷軋帶肋鋼筋冷軋：冷軋帶肋鋼筋(4) 冷軋扭：冷軋扭鋼筋冷軋扭：冷軋扭鋼筋2.鋼筋的熱處理鋼筋的熱處理 對某些特定鋼號（對某些特定鋼號（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的熱軋鋼）的熱軋鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理，鋼筋強(qiáng)度大幅度提高，并保留較好的塑筋進(jìn)行淬火和回火處理，鋼筋

8、強(qiáng)度大幅度提高，并保留較好的塑性和韌性，成為較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋。性和韌性，成為較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋。 整理課件2.4 對鋼筋質(zhì)量的要求對鋼筋質(zhì)量的要求1 強(qiáng)度強(qiáng)度 鋼筋的鋼筋的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)依據(jù)，是設(shè)計(jì)依據(jù)，極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度表示鋼筋拉斷時(shí)的實(shí)表示鋼筋拉斷時(shí)的實(shí)際強(qiáng)度。際強(qiáng)度。2 塑性塑性（1）伸長率（伸長率越大，表示鋼筋塑性或延性越好）伸長率（伸長率越大，表示鋼筋塑性或延性越好）鋼筋的斷后伸長率：鋼筋的斷后伸長率：（2）冷彎性能）冷彎性能111lll 整理課件*對有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：檢驗(yàn)對有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：檢驗(yàn)屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能率、冷彎

9、性能四項(xiàng)指標(biāo)，四項(xiàng)指標(biāo)，*對沒有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：只須檢驗(yàn)對沒有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋：只須檢驗(yàn)極限抗拉強(qiáng)度、伸長率、極限抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能冷彎性能三項(xiàng)指標(biāo)。三項(xiàng)指標(biāo)。 可焊性可焊性 4 與混凝土的粘結(jié)錨固性能與混凝土的粘結(jié)錨固性能整理課件 2.6 混凝土的強(qiáng)度等級混凝土的強(qiáng)度等級1.混凝土的組成混凝土的組成 混凝土是由水泥、砂（細(xì)骨料）、石（粗骨料）、水拌混凝土是由水泥、砂（細(xì)骨料）、石（粗骨料）、水拌和而成，各組成材料的性能對混凝土的性能有較大影響。和而成，各組成材料的性能對混凝土的性能有較大影響。2.混凝土的強(qiáng)度等級混凝土的強(qiáng)度等級(1) 標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)準(zhǔn)試件：邊長邊長150mm的立方體

10、混凝土試塊；的立方體混凝土試塊；(2) 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：20。C3。C、相對濕度不小于、相對濕度不小于90%、養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)28d；(3) 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法：試塊表面不涂潤滑劑、全截面均勻受壓、試塊表面不涂潤滑劑、全截面均勻受壓、加荷速度加荷速度0.15-0.25N/mm2s。 混凝土強(qiáng)度等級按照用上述方法測得的具有混凝土強(qiáng)度等級按照用上述方法測得的具有95%保證率保證率的抗壓強(qiáng)度（單位：的抗壓強(qiáng)度（單位：N/mm2）確定，用符號）確定，用符號“C”表示。表示。 整理課件2.7 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度2.7.1 立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度影響混凝土強(qiáng)度的因素：影響混凝土強(qiáng)度

11、的因素：(1) 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法*試件表面不涂潤滑劑試件表面不涂潤滑劑，在，在“套箍套箍”作用，測得的強(qiáng)度值較高；作用，測得的強(qiáng)度值較高；*試件表面涂潤滑劑試件表面涂潤滑劑，測得的強(qiáng)度值較低；，測得的強(qiáng)度值較低；cuf*加荷速度：加荷速度：加荷速度快，測得的強(qiáng)度值較高；加荷速度慢，加荷速度快，測得的強(qiáng)度值較高；加荷速度慢，測得的強(qiáng)度值較低。測得的強(qiáng)度值較低。整理課件(2) 試件的尺寸和形狀試件的尺寸和形狀立方體試塊尺寸（立方體試塊尺寸（mm） 強(qiáng)度換算系數(shù)強(qiáng)度換算系數(shù)200200200 1.05150150150 1.00100100100 0.95*試件的形狀試件的形狀（如圓柱體）對測得的強(qiáng)

12、度值也有影響，也（如圓柱體）對測得的強(qiáng)度值也有影響，也應(yīng)乘以相應(yīng)的換算系數(shù)。應(yīng)乘以相應(yīng)的換算系數(shù)。(3) 養(yǎng)護(hù)條件和齡期養(yǎng)護(hù)條件和齡期整理課件2.7.2 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體強(qiáng)度）混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體強(qiáng)度）*當(dāng)試件的高度當(dāng)試件的高度h與截面邊長與截面邊長b之比增大時(shí)，之比增大時(shí)，“套箍套箍”作用減作用減小，測得的強(qiáng)度值降低。小，測得的強(qiáng)度值降低。*h/b=2-4時(shí)，測得的抗壓強(qiáng)度值比較穩(wěn)定，規(guī)定時(shí)，測得的抗壓強(qiáng)度值比較穩(wěn)定，規(guī)定150150300mm的試件作為試驗(yàn)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)的試件作為試驗(yàn)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。準(zhǔn)試件。試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果： （試驗(yàn)研究應(yīng)用）（試驗(yàn)

13、研究應(yīng)用） 規(guī)范規(guī)范取值取值： （工程設(shè)計(jì)應(yīng)用）（工程設(shè)計(jì)應(yīng)用） cfcucff76. 0cucucfff67. 076. 088. 0整理課件2.7.3 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，一般為，混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，一般為， -1 測定混凝土抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法測定混凝土抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法 （1）直接拉伸試驗(yàn)）直接拉伸試驗(yàn)（2）劈裂試驗(yàn)）劈裂試驗(yàn)2 抗拉強(qiáng)度表達(dá)式抗拉強(qiáng)度表達(dá)式*對常用的對常用的C40及以下的混凝土及以下的混凝土 =1.0，可分別表示為：，可分別表示為： （試驗(yàn)研究應(yīng)用）（試驗(yàn)研究應(yīng)用） （工程設(shè)計(jì)應(yīng)用）（工程設(shè)計(jì)應(yīng)用） t

14、f91tfcf1912c55. 0395. 0cutff 55. 035. 0cutff 整理課件2.8 荷載作用下混凝土的變形性能荷載作用下混凝土的變形性能2.8.1 混凝土的應(yīng)力混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系1 混凝土在一次短期加荷下的應(yīng)力混凝土在一次短期加荷下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：應(yīng)變曲線：2 影響混凝土應(yīng)力影響混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線的因素應(yīng)變曲線的因素:（1）混凝土強(qiáng)度：）混凝土強(qiáng)度：混凝土強(qiáng)度越高，上升段愈接近直線，峰混凝土強(qiáng)度越高，上升段愈接近直線，峰值應(yīng)變略有增加（但仍在左右），下降段越陡；混凝土強(qiáng)度越值應(yīng)變略有增加（但仍在左右），下降段越陡；混凝土強(qiáng)度越低，下降段越平緩。低，下降段越

15、平緩。整理課件（2）加荷速度：）加荷速度：加荷速度增加，最大應(yīng)力值增加，峰值應(yīng)變加荷速度增加，最大應(yīng)力值增加，峰值應(yīng)變減小，下降段陡峭。減小，下降段陡峭。（3）橫向約束作用：）橫向約束作用：橫向約束增大，峰值應(yīng)力、應(yīng)變均增大，橫向約束增大，峰值應(yīng)力、應(yīng)變均增大，下降段減緩。下降段減緩。整理課件2.8.2 混凝土的彈性模量（混凝土的彈性模量（Modulus of elasticity of concrete） 1.混凝土彈性模量的三種表示方法混凝土彈性模量的三種表示方法原點(diǎn)彈性模量原點(diǎn)彈性模量: 切線模量切線模量: 割線模量割線模量:0tanscccEtan cE1tancE整理課件2 混凝土彈

16、性模量的測定混凝土彈性模量的測定 在工程實(shí)踐中所稱的在工程實(shí)踐中所稱的混凝土彈性模量是指混凝土彈性模量是指“原點(diǎn)彈性模原點(diǎn)彈性模量量”，通過試驗(yàn)得到。，通過試驗(yàn)得到。 3 混凝土的剪切模量混凝土的剪切模量 cucfE7 .342 . 2105)1 (2ccEG整理課件2.9 混凝土的徐變和收縮混凝土的徐變和收縮1.混凝土的徐變（混凝土的徐變（Creep of Concrete）（1）徐變：混凝土在荷載長期作用下隨時(shí)間而增長的變形。）徐變：混凝土在荷載長期作用下隨時(shí)間而增長的變形。（2）影響混凝土徐變的因素）影響混凝土徐變的因素內(nèi)在因素：內(nèi)在因素：環(huán)境因素：環(huán)境因素：應(yīng)力條件：應(yīng)力條件：（3）混

17、凝土產(chǎn)生徐變的原因）混凝土產(chǎn)生徐變的原因尚未轉(zhuǎn)化為結(jié)晶體的水泥凝膠體粘性流動(dòng)的結(jié)果；尚未轉(zhuǎn)化為結(jié)晶體的水泥凝膠體粘性流動(dòng)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。結(jié)果。（4）徐變對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響）徐變對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響整理課件2.混凝土的膨脹和收縮混凝土的膨脹和收縮膨脹：膨脹：混凝土在水中結(jié)硬體積增大的現(xiàn)象；混凝土在水中結(jié)硬體積增大的現(xiàn)象；收縮：收縮：混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。*通常情況下，混凝土的膨脹值很小、且不會(huì)對結(jié)構(gòu)造成不利通常情況下，混凝土的膨脹值很小、且不會(huì)對結(jié)

18、構(gòu)造成不利影響，因而研究不多；影響，因而研究不多；（1）混凝土收縮的特點(diǎn)）混凝土收縮的特點(diǎn) 早期較快、以后逐漸減緩，最后趨于穩(wěn)定（早期較快、以后逐漸減緩，最后趨于穩(wěn)定（2年左右）。年左右）。 （2）影響混凝土收縮的因素）影響混凝土收縮的因素混凝土的配合比：混凝土的配合比：水泥用量多、水灰比大、骨料粒徑小、彈水泥用量多、水灰比大、骨料粒徑小、彈性模量小，收縮大。性模量小，收縮大。養(yǎng)護(hù)及使用環(huán)境：養(yǎng)護(hù)及使用環(huán)境：溫濕度大，收縮小溫濕度大，收縮小 整理課件2.10 鋼筋與混凝土間的粘結(jié)鋼筋與混凝土間的粘結(jié)1.粘結(jié)的作用和性質(zhì)粘結(jié)的作用和性質(zhì) 鋼筋與混凝土間的粘結(jié)是保證鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)是保證鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)，粘結(jié)應(yīng)力是鋼筋和混凝土接觸面上的剪應(yīng)力，使鋼筋和周圍混凝粘結(jié)應(yīng)力是鋼筋和混凝土接觸面上的剪應(yīng)力，使鋼筋和周圍混凝土之間的內(nèi)力得到傳遞。土之間的內(nèi)力得到傳遞。2.粘結(jié)