混凝土結構設計原理第二章.

1、第2章 混凝土結構材料的物理力學性能浙江農(nóng)林大學暨陽學院土木工程教研室楊錦F組成結構組成結構 主要材料：主要材料：水泥、水、砂、石水泥、水、砂、石 混凝土混凝土: 普通混凝土是由水泥、石子和砂用水經(jīng)攪拌、普通混凝土是由水泥、石子和砂用水經(jīng)攪拌、養(yǎng)護和硬化后形成的一種復合材料。養(yǎng)護和硬化后形成的一種復合材料。2.1 混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能2.1.1 單軸向應力狀態(tài)下混凝土強度1. 立方體抗壓強度立方體抗壓強度 fcu,k（強度等級）（強度等級）標準尺寸：標準尺寸：150mm150mm150mm養(yǎng)護條件：養(yǎng)護條件：20 3，濕度，濕度90%；28d試驗方法：恒定的加載速度，墊板不

2、涂潤滑劑試驗方法：恒定的加載速度，墊板不涂潤滑劑強度保證率：強度保證率：95%承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑不涂潤滑劑涂潤滑劑涂潤滑劑立方體抗壓強度是區(qū)分混凝土強度等級的指標，我國規(guī)立方體抗壓強度是區(qū)分混凝土強度等級的指標，我國規(guī)范混凝土的強度等級有：范混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土表示混凝土Concrete立方體抗壓強度立方體抗壓強度30MPafcu，k35MPa 1）立方體抗壓強度）立方體抗壓強度fcu,k與強度等級與強度等級C30劈裂試驗FdF 抗拉強度是混凝土的基本力學指標之一?？刹?/p>

3、用直抗拉強度是混凝土的基本力學指標之一?？刹捎弥苯訙y試法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內(nèi)外主接測試法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗劈裂試驗來間接測試混凝土的來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。軸心抗拉強度。拉壓壓dlFf2s , t2. 軸心抗拉強度軸心抗拉強度 ft2.1.3 混凝土的變形（1）一次短期加載時應力）一次短期加載時應力-應變關系應變關系0A:近似彈性近似彈性 AB:非線性非線性 BC:體積增大體積增大 CF:破壞破壞 v 一次加載時一次加載時高強混凝土：高強混凝土： ， 0cu 不同強度的混凝土的應力不同強度的混凝土

4、的應力應變曲線比較應變曲線比較v混凝土的變形模量混凝土的變形模量彈性模量彈性模量0tancE變形模量變形模量1tancE切線模量切線模量tan cE（2） 長期荷載作用下的變形：徐變長期荷載作用下的變形：徐變 定義：定義：在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移 繼續(xù)增大的現(xiàn)象。繼續(xù)增大的現(xiàn)象。 特點：特點：早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年。早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年。v 徐變徐變徐變產(chǎn)生的原因：徐變產(chǎn)生的原因：膠凝體的粘性流動混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展膠凝體的粘性流動混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展影響徐變的因素：影響徐變的因素：應力：應力： c0.5fc，徐變變形與

5、應力成正比，徐變變形與應力成正比-線性線性徐變徐變 0.5fc c0.8fc，徐變急劇增長，造成混凝土，徐變急劇增長，造成混凝土破壞破壞加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大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，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小骨料越硬，徐變越小.養(yǎng)護條件：溫度高，濕度大，水泥水化作用充分徐變越小。養(yǎng)護條件：溫度高，濕度大，水泥水化作用充分徐變越小。徐變對混凝土結構的影響徐變對混凝土結構的影響PAsPAs s1 c1P s2As s2P拆去，鋼筋拆去，鋼筋受壓混凝土受受壓混凝土受拉，可能會引拉，可能會引起混凝土開裂起混凝土開裂徐變：

6、徐變： s ， c 使構件變形增大；使構件變形增大；在軸壓構件中，使鋼筋應力增加，混凝土應力減小在軸壓構件中，使鋼筋應力增加，混凝土應力減小 （引起應力重分布）；（引起應力重分布）；在預應力構件中，使預應力發(fā)生損失。在預應力構件中，使預應力發(fā)生損失。 （3）收縮）收縮定義：定義：混凝土在空氣中結硬時體積減小的現(xiàn)象?；炷猎诳諝庵薪Y硬時體積減小的現(xiàn)象。特點：特點：早期快，收縮值隨著時間而增長。早期快，收縮值隨著時間而增長。收縮對結構的影響：收縮對結構的影響： 當收縮受到約束時，引起構件開裂。當收縮受到約束時，引起構件開裂。減少收縮的措施：減少收縮的措施： 限制水泥用量；減小水灰比；加強振搗和養(yǎng)護

7、；限制水泥用量；減小水灰比；加強振搗和養(yǎng)護； 加強構造鋼筋配置；設置變形縫；摻膨脹劑。加強構造鋼筋配置；設置變形縫；摻膨脹劑。影響因素：影響因素： 混凝土的組成及配合比，尤其是水灰比；混凝土的組成及配合比，尤其是水灰比； 養(yǎng)護條件；使用時的溫度與濕度。養(yǎng)護條件；使用時的溫度與濕度。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 混凝土的疲勞混凝土的疲勞 混凝土的疲勞是在荷載重復作用下產(chǎn)生的。如鋼筋混凝土的疲勞是在荷載重復作用下產(chǎn)生的。如鋼筋混凝土吊車梁、鋼筋混凝土橋以及港口海岸的混凝土結混凝土吊車梁、鋼筋混凝土橋以及港口海岸的混凝土結構等都要受到吊車荷載、車輛荷載以及波浪沖擊等幾百構等都要受到吊

8、車荷載、車輛荷載以及波浪沖擊等幾百萬次的作用。萬次的作用。 混凝土在重復荷載作用下的破壞稱為疲勞破壞。混凝土在重復荷載作用下的破壞稱為疲勞破壞。2.1 混凝土的物理力學性能2.1.4 混凝土的疲勞第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土疲勞強度疲勞強度 混凝土的疲勞強度由疲勞試驗測定?；炷恋钠趶姸扔善谠囼灉y定。 采用采用100mm100mm300mm 或者或者150mm150mm450mm的的棱柱體，把棱柱體試件承受棱柱體，把棱柱體試件承受200萬次萬次或次數(shù)稍多的或次數(shù)稍多的循環(huán)荷循環(huán)荷載載而發(fā)生破壞的壓應力值稱為而發(fā)生破壞的壓應力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度混凝土的疲勞抗壓強度。2

9、.1 混凝土的物理力學性能2.1.5 混凝土的選用原則v 鋼筋混凝土結構中鋼筋混凝土結構中 混凝土強度等級混凝土強度等級不應低于不應低于C15。 用用HRB335級鋼筋時，級鋼筋時，不宜低于不宜低于C20； 用用HRB400和和RRB400級鋼筋時，級鋼筋時，不得低于不得低于C20。v 預應力混凝土結構中預應力混凝土結構中 混凝土強度等級混凝土強度等級不應低于不應低于C30。 當采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋時，當采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋時，不宜低于不宜低于C40。 1混凝土的彈性模量是指（ ）。 A 原點彈性模量 B 切線模量； C 割線模量； D 變形模量；2規(guī)范確定所用試塊的邊長是（

10、）。 A150 mm； B200 mm； C100mm； D250 mm；3混凝土強度等級是由（ ）確定的。Afcu,k； Bfck ； Cfcm ； Dftk ；kcuf,AAA2.2.1 建筑用鋼筋的品種v熱軋鋼筋熱軋鋼筋400RRB400(K20MnSi)400HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi)335HRB335(20MnSi)300HPB300(Q300)fyk/(N/mm2)符號符號種種 類類2.2鋼鋼 筋筋 HPB 熱軋光面鋼筋，強度最低；熱軋光面鋼筋，強度最低； HRB 熱軋帶肋鋼筋；熱軋帶肋鋼筋； RRB 余熱處理鋼。余熱處理鋼。H（hot rol

11、ling）熱軋，熱軋，P（plain round bars）光圓，光圓，R（ribbed bar）帶肋，帶肋，R（remained heat treated reinforced bar）余熱處理，余熱處理，B（bar） 代表鋼筋代表鋼筋 目前，混凝土結構中縱向受力鋼筋優(yōu)先采用目前，混凝土結構中縱向受力鋼筋優(yōu)先采用HRB400級鋼筋級鋼筋鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工1）.冷冷拉拉 冷拉鋼筋是在常溫條件下，以超過原來鋼筋屈服點強冷拉鋼筋是在常溫條件下，以超過原來鋼筋屈服點強度的拉應力，強行拉伸鋼筋，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形以達到度的拉應力，強行拉伸鋼筋，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形以達到提高鋼筋屈服點強度和節(jié)約鋼材

12、為目的。提高鋼筋屈服點強度和節(jié)約鋼材為目的。 冷拉應力：冷拉應力：超過屈服強度超過屈服強度溫度的影響：溫度的影響：溫度達溫度達700C700C時恢復到冷拉前的狀態(tài)，先焊時恢復到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉后拉特性：特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降。性下降。鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工2 2）. .冷拔冷拔 它是利用鋼筋它是利用鋼筋冷拔機冷拔機將直將直徑為徑為610mm的的級鋼筋，級鋼筋，以強力拉拔的方式，通過用以強力拉拔的方式，通過用鎢合金鎢合金制成的制成的拔絲拔絲模（?？啄＃？妆蠕摻钪睆叫”蠕摻钪睆叫?.51mm），），而把鋼筋拔成

13、比原鋼筋直徑而把鋼筋拔成比原鋼筋直徑小的冷拔鋼絲。小的冷拔鋼絲。 經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅顯的屈服點和流幅 冷拔既能冷拔既能提高抗拉強度提高抗拉強度又能又能提高抗壓強度提高抗壓強度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有明顯流幅的鋼筋無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鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同應變曲線幾乎相同v 鋼筋的應力鋼筋的應力-應變曲線應變曲線2.2.2 鋼筋的強度和變形2.2.2 鋼筋的強度和變形0.2%0.2強度指標強度指標* 明顯流幅的鋼筋：下屈

14、服點對應的明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應的強度作為設計強度的依據(jù)。強度作為設計強度的依據(jù)。* 無明顯流幅的鋼筋：殘余應變?yōu)闊o明顯流幅的鋼筋：殘余應變?yōu)?.2%0.2%時所對應的應力（時所對應的應力（極限抗拉強度極限抗拉強度的的85%85%）作為條件屈服強度）作為條件屈服強度。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v 變形指標變形指標 用延伸用延伸率和冷彎性能衡量。率和冷彎性能衡量。 延伸率延伸率同一根鋼筋同一根鋼筋延伸率大，鋼筋的塑性性能好，破壞前有明顯預兆。延伸率大，鋼筋的塑性性能好，破壞前有明顯預兆。105： ： 1510100100%510100mml

15、llldldl l1ld:反復彎曲反復彎曲要求：要求：冷彎過程中無裂縫、脫皮或斷裂。冷彎過程中無裂縫、脫皮或斷裂。D愈小，愈小， 愈大，愈大，塑性愈好。塑性愈好。反復次數(shù)愈多，塑性愈好。反復次數(shù)愈多，塑性愈好。Dd 冷彎冷彎 冷彎是檢驗鋼筋變形能力的指標。冷彎是檢驗鋼筋變形能力的指標。 鋼筋塑性愈好，構件破壞前預兆愈明顯。鋼筋塑性愈好，構件破壞前預兆愈明顯。 2.2.4 混凝土結構對鋼筋性能的要求v 強度高強度高屈 服 點0by0b0.2條 件 屈 服 點殘 余 應 變 0.2熱軋鋼筋熱軋鋼筋鋼絲、鋼絞線、鋼絲、鋼絞線、各種冷加工鋼筋各種冷加工鋼筋v 變形性能好變形性能好 保證延伸保證延伸率和

16、冷彎性能滿足要求。率和冷彎性能滿足要求。： ： l1ldDdv 可加工性好可加工性好焊接彎折v 與混凝土粘結錨固性好與混凝土粘結錨固性好光面變形經(jīng)濟性經(jīng)濟性v 鋼筋混凝土結構：鋼筋混凝土結構： 宜用宜用HRB400和和HRB335鋼筋鋼筋 可用可用HPB300、RRB400鋼筋鋼筋v 預應力混凝土結構：預應力混凝土結構： 宜用宜用鋼鉸線、鋼絲、鋼鉸線、鋼絲、可用可用熱處理鋼筋熱處理鋼筋 不主張推廣應用冷加工鋼筋，其延性差。不主張推廣應用冷加工鋼筋，其延性差。鋼筋的選用原則鋼筋的選用原則2.3混凝土與鋼筋的粘結混凝土與鋼筋的粘結v2.3.1粘結的意義粘結的意義 粘結和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、

17、共同工粘結和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎。作的基礎。粘結應力：粘結應力： 鋼筋與混凝土接觸面上為抵抗變形差所鋼筋與混凝土接觸面上為抵抗變形差所產(chǎn)生的剪應力。產(chǎn)生的剪應力。 2.3 鋼筋的錨固與連接鋼筋的錨固與連接v粘結的分類粘結的分類 粘結按其在構件中的作用性質(zhì)分為二類：粘結按其在構件中的作用性質(zhì)分為二類： .錨固粘結（延伸粘結）錨固粘結（延伸粘結） .裂縫間的局部粘結裂縫間的局部粘結(a) 錨固粘結應力 (b) 裂縫間的局部粘結應力2.3鋼筋的錨固與連接鋼筋的錨固與連接v2.3.2 粘結力的組成粘結力的組成（）（）鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸

18、附作用力 膠結力膠結力。（）（）混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力摩阻力。（）（）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬 合作用力合作用力咬合力咬合力。2.3鋼筋的錨固與連接鋼筋的錨固與連接 變形鋼筋與混凝土之間的機械咬合作用主要是變形鋼筋與混凝土之間的機械咬合作用主要是由于變形鋼筋肋間嵌入混凝土而產(chǎn)生的。由于變形鋼筋肋間嵌入混凝土而產(chǎn)生的。 變形鋼筋和混凝土的機械咬合作用2.3鋼筋的錨固與連接鋼筋的錨固與連接v2.3.3 粘結強度粘結強度平均粘結應力平均粘結應力 光面鋼筋光面鋼筋 帶肋鋼筋帶肋鋼筋 2mN/mm5 . 35 .

19、 12mN/mm0 . 65 . 2md.lNN2.3鋼筋的錨固與連接鋼筋的錨固與連接v2.3.5 鋼筋的錨固鋼筋的錨固規(guī)范規(guī)范規(guī)定：以規(guī)定：以受拉鋼筋受拉鋼筋的的錨固長度錨固長度la作為鋼筋作為鋼筋 基本錨固長度基本錨固長度。普通鋼筋錨固長度普通鋼筋錨固長度 按下列公式計算：按下列公式計算：aldffltya鋼筋抗拉強鋼筋抗拉強度設計值度設計值 鋼筋外鋼筋外形系數(shù)形系數(shù) 鋼筋直徑鋼筋直徑 混凝土軸心抗混凝土軸心抗拉強度設計值拉強度設計值 0.140.16帶肋鋼筋帶肋鋼筋光面鋼筋光面鋼筋鋼筋類型鋼筋類型1355dD=4d(級鋼筋)5d(級鋼筋)5ddd5ddd機械錨固修正機械錨固修正當當鋼筋末

20、端采用圖示機械錨固措施時，錨固長度可取基本鋼筋末端采用圖示機械錨固措施時，錨固長度可取基本錨固長度的錨固長度的0.7倍倍。受壓鋼筋的錨固長度不宜小于受拉鋼筋錨固長度的受壓鋼筋的錨固長度不宜小于受拉鋼筋錨固長度的0.7倍；倍；機械錨固時的箍筋要求機械錨固時的箍筋要求采用機械錨固時，錨固長度范圍內(nèi)的箍筋不應少于采用機械錨固時，錨固長度范圍內(nèi)的箍筋不應少于3個，個，其直徑不應小于鋼筋直徑其直徑不應小于鋼筋直徑1/4，間距不應大于鋼筋直徑的，間距不應大于鋼筋直徑的5倍。倍。v2.3.6 鋼筋的連接鋼筋的連接鋼筋連接的形式：鋼筋連接的形式： 綁扎連接綁扎連接搭接；搭接； 機械連接；機械連接； 焊接。焊接。鋼筋連接原則鋼筋連接原則鋼筋搭接位置應設置在鋼筋搭接位置應設置在受力較小處受力較小處；同一鋼筋宜同一鋼筋宜少設連接接頭少設連接接頭；相鄰鋼筋的搭接位置宜相鄰鋼筋的搭接位置宜相互錯開相