鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概要PPT課件

1、1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)除了比素混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較好的受力性能以外。與其他結(jié)構(gòu)相比還具有下列優(yōu)點：就地取材 節(jié)約鋼材 耐久、耐火 可模性好 現(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大。 第1頁/共36頁2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點：自重大。鋼筋混凝土的重度約為25kN/m3抗裂性差 普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常帶裂縫工作 施工的周期較長 補強維修較難。第2頁/共36頁 一、 鋼筋的種類及其力學(xué)性能二、 混凝土的力學(xué)性能 三、 鋼筋與混凝土的粘結(jié)和錨固 2.1 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能第3頁/共36頁一、鋼筋的種類及其力學(xué)性能1、 建筑用鋼筋的種類

2、v鋼筋的力學(xué)性能主要決定于其化學(xué)成份v碳素鋼：主要成份是鐵元素，少量的碳、錳、硅、硫、磷等元素。 低碳鋼（含碳量不大于0.25%） 中碳鋼（含碳量大于0.25%，小于0.6%） 高碳鋼（含碳量大于0.6%） 普通低合金鋼：除碳素鋼已有的成份外，再加入少量的合金元素。如硅、錳、鈦、釩、鉻等。第4頁/共36頁（1）熱軋鋼筋：普通低碳鋼、低合金鋼1、 建筑用鋼筋的種類鋼筋的外形（a)光圓鋼筋；(b)螺旋紋鋼筋；(c)人字紋鋼筋；(d)月牙紋鋼筋第5頁/共36頁 熱軋鋼筋的力學(xué)性能應(yīng)力應(yīng)變曲線的一般特征熱軋鋼筋具有明顯的屈服點和屈服臺階。第6頁/共36頁 塑性性能A. 伸長率 伸長率是衡量鋼筋塑性性能

3、的一個指標(biāo)，伸長率越大，塑性越好。伸長率用 表示，我國以往用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側(cè)的殘留應(yīng)變作伸長率，即100%lll1510100100%510100mmlllldldl l1ld:同一根鋼筋上述伸長率只反映斷口附近殘留變形大小， 不反映鋼筋總伸長率情況。105第7頁/共36頁 B. 冷彎試驗Dd=90,180 ,反復(fù)彎曲要求：冷彎過程中無裂縫、鱗落或斷裂。彎芯直徑D越小，彎轉(zhuǎn)角越大，說明鋼材的塑性越好。 冷彎是檢驗鋼筋局部變形能力的指標(biāo)。 鋼筋塑性愈好，構(gòu)件破壞前預(yù)兆愈明顯。 第8頁/共36頁強度及彈性模量熱軋鋼筋的強度以屈服點應(yīng)力為依據(jù)。（下屈服點） 為什么不采用極限抗拉強度為依據(jù)？這是

4、因為鋼筋應(yīng)力超過屈服點后將產(chǎn)生過大的應(yīng)變，導(dǎo)致混凝土的裂縫將過寬。但是作為一種安全儲備，鋼筋的極限抗拉強度仍有重要意義。即通常希望構(gòu)件的某個(或某些)截面已經(jīng)破壞時，鋼筋仍不致被拉斷而造成整個結(jié)構(gòu)倒塌。要求鋼筋的屈服應(yīng)力不低于規(guī)定值。而且“屈服應(yīng)力極限抗拉強度”值(通常稱為“屈強比”)不宜過大。鋼筋強度用標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值表示。 規(guī)范取具有95以上的保證率的屈服強度作為鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值fyk。 ykysff第9頁/共36頁（2）熱處理鋼筋： 由特定強度的熱軋鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋。熱處理后，鋼筋強度能得到較大幅度提高，而塑性降低并不多。 其抗拉強度為1470MPa，伸長率10

5、6，無明顯的屈服點和屈服臺階。第10頁/共36頁（3）中、高強鋼絲、鋼絞線做預(yù)應(yīng)力筋用。中強：8001370MPa高強：14701860MPa1003.5% 4% 中、高強鋼絲直徑為410 mm，捻制成鋼絞線后也不超過15.2 mm。鋼絲外形有光面、刻痕、月牙肋及螺旋肋幾種，而鋼絞線則為繩狀，由2股、3股或7股鋼絲捻制而成，均可盤成卷狀。圖中0.2為對應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2的應(yīng)力，稱之為無明顯屈服點鋼筋的條件屈服點。（即85%的極限抗拉強度）第11頁/共36頁（4）冷加工鋼筋冷加工鋼筋是指在常溫下采用某種工藝對熱軋鋼筋進行加工得到的鋼筋。常用的加工工藝有冷拉、冷拔、冷軋和冷軋扭四種。其目的都是為

6、了提高鋼筋的強度，以節(jié)約鋼材。但是，經(jīng)冷加工后的鋼筋在強度提高的同時，延伸率顯著降低，除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點外，其余冷加工鋼筋均無明顯屈服點和屈服臺階。第12頁/共36頁（1） 冷拉鋼筋可以提高鋼筋的抗拉強度，冷拉經(jīng)時效的冷拉鋼筋具有一定的塑性（2） 冷拔鋼筋冷拔是將鋼筋用強力拔過比其直徑小的硬質(zhì)合金撥絲模。 冷拔可以同時提高鋼筋的抗拉強度和抗壓強度。鋼筋冷拔示意圖鋼筋冷拉前后的應(yīng)力應(yīng)變曲線第13頁/共36頁2、 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求 1）強度高2）塑性好 3）可焊性好4) 耐火性好5）與混凝土的粘結(jié)錨固性能好寒冷地區(qū)，對鋼筋的低溫性能也有一定的要求。第14頁/共36頁二、混凝土二

7、、混凝土 混凝土水泥和粗細(xì)骨料加水?dāng)嚢杞?jīng)養(yǎng)護而形成的人造石。 混凝土構(gòu)造復(fù)雜、具有各向異性、抗拉強度低（易開裂），是一種彈塑性材料。1、混凝土的強度 混凝土的強度與水泥強度、水灰比、骨料品種、混凝土配合比、硬化條件和齡期等有很大關(guān)系。此外，試件的尺寸及形狀、試驗方法和加載時間的不同，所測得的強度也不同。第15頁/共36頁（1）混凝土的抗壓強度立方體抗壓強度fcu,k混凝土強度的基本代表值邊長為150mm、 203、相對濕度在 90以上、養(yǎng)護28d，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有95保證率的抗壓強度并用符號fcu,k表示。(1-4)混凝土強度等級一般可劃分為：C15，C20，C25，C30，C35，C

8、40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土，數(shù)字即為混凝土立方體抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)值，其單位為Nmm2例如 C60表示混凝土的立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k=60 Nmm2邊長為100mm0.95邊長為200mm1.05第16頁/共36頁軸心抗壓強度fck棱柱體試件比立方體試件能更好地反映混凝土的實際抗壓能力。棱柱體抗壓強度，用fck表示。棱柱體試件是在與立方體試件相同的條件下制作的，試件承壓面不涂潤滑劑且高度比立方體試件高，因而受壓時試件中部橫向變形不受端部摩擦力的約束，代表了混凝土處于單向全截面均勻受壓的應(yīng)力狀態(tài)。試驗量測到fck值比fcu,k值小，并且

9、棱柱體試件高寬比(即h/b)越大，它的強度越小。我國采用150mm150 mm300mm棱柱體作為軸心抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)試件。 第17頁/共36頁kcuckff,2188.0式中 1棱柱體強度與立方體強度的比值，當(dāng)混凝土的強 度等級不大于C50時，1=0.76；當(dāng)混凝土的強度 等級為C80時，1=0.82；當(dāng)混凝土的強度等級為中間值時，在0.76和0.82之間插人；2混凝土的脆性系數(shù)，當(dāng)混凝土的強度等級不大于 C40時，2=1.0；當(dāng)混凝土的強度等級為 C80時，2=0.87；當(dāng)混凝土的強度等級為中間值時，在 1.0和 0.87之間插入；0.88考慮結(jié)構(gòu)中的混凝土強度與試塊混凝上強度之間的差異等因

10、素的修正系數(shù)。 第18頁/共36頁（2）混凝土的抗拉強度ftk混凝土的抗拉強ftk比抗壓強度低得多。一般只有抗壓強度的510，fcu,k 越大 ftk / fcu,k 值越小，混凝土的抗拉強度取決于水泥石的強度和水泥石與骨料的粘接強度。采用表面粗糙的骨料及較好的養(yǎng)護條件可提高ftk值。軸心抗拉強度是混凝土的基本力學(xué)性能，也可間接地衡量混凝土的其他力學(xué)性能，如混凝土的抗沖切強度。第19頁/共36頁軸 心 抗 拉 強 度 可 采 用 如 圖 的 試 驗 方 法 ， 試 件 尺 寸 為100mm100mm500mm的柱體兩端埋有伸出長度為150mm的變形鋼筋(d16mm)，鋼筋位于試件軸線上。試驗機

11、夾緊兩端伸出的鋼筋，對試件施加拉力，破壞時裂縫產(chǎn)生在試件的中部，此時的平均破壞應(yīng)力為軸心抗拉強度ftk。在測定混凝土抗拉強度時，上述試驗方法存在對中的困難。故國內(nèi)外多采用立方體或圓柱體劈裂試驗測定混凝土的抗拉強度第20頁/共36頁抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值ftk與立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k 45. 055. 0,2)645. 11 (395. 088. 0kcutkff式中，系數(shù)0.88和2的意義同式(1-5)。為軸心抗拉強度與立方體抗壓強度的折算關(guān)系，而(1-1.645)0.45則反映了試驗離散程度對標(biāo)準(zhǔn)值保證率的影響。 55. 0,395. 0kcuf第21頁/共36頁cckcffctktff式中

12、c混凝土的材料分項系數(shù)，取c=1.40（3）混凝土強度設(shè)計值fc和ft第22頁/共36頁2 2、混凝土的變形、混凝土的變形 混凝土的變形分為：受力變形、非受力變形1.混凝土的受力變形 (1)受壓混凝土一次短期加荷的-曲線第23頁/共36頁（2）混凝土的彈性模量、變形模量初始彈模：通過原點受壓混凝土-曲線切線的斜率為混凝土的初始彈性模量E0。但是它的穩(wěn)定數(shù)值不易從試驗中測得。 割線彈模：在-曲線的彈性階段取某點，做其與原點0的割線，其斜率為割線彈模，不精確。 實用彈模Ec ： 目前我國規(guī)范彈性模量Ec 值是用下列方法確定的：采用棱柱體試件，取應(yīng)力上限為0.5fc重復(fù)加載510次。變形趨于穩(wěn)定，混

13、凝土的-曲線接近于直線，自原點至-曲線上=0.5fc對應(yīng)的點的連線的斜率為混凝土的彈性模量。混凝土的泊松比(橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比)c=0.2?；炷恋那凶兡Ａ縞=0.4Ec。 第24頁/共36頁（1）混凝土的收縮混凝土在空氣中硬化、體積減小的現(xiàn)象。 3、混凝土的收縮與徐變混凝土的收縮影響混凝土收縮的因素有：(1)水泥的品種：水泥強度等級越高制成的混凝土收縮越大。(2)水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮也越大。(3)骨料的性質(zhì)：骨料的彈性模量大，收縮小。(4)養(yǎng)護條件：在結(jié)硬過程中周圍溫、濕度越大，收縮越小。(5)混凝土制作方法：混凝土越密實，收縮越小。(6)使用環(huán)境： 使用環(huán)境

14、溫度、濕度大時，收縮小。(7)構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。第25頁/共36頁（2）混凝土的徐變在不變荷載的長期作用下其應(yīng)變隨時間而增長的現(xiàn)象。 徐變對于結(jié)構(gòu)的變形和強度，預(yù)應(yīng)力混凝土中的鋼筋應(yīng)力都將產(chǎn)生重要的影響。徐變的特點： 徐變開始半年內(nèi)增長較快，以后逐漸減慢，經(jīng)過一定時間后，徐變趨于穩(wěn)定。 產(chǎn)生徐變的原因：a.水泥石由結(jié)晶體荷凝膠體組成，在外力長期持續(xù)作用下，凝膠體具有粘性流動的特性，產(chǎn)生持續(xù)變形；b.混凝土內(nèi)部的微裂縫在外力的作用下不斷擴展，導(dǎo)致應(yīng)變的增加。3、混凝土的收縮與徐變第26頁/共36頁徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響：a.使鋼筋與混凝土產(chǎn)生應(yīng)力重分布，b.造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力變

15、大對結(jié)構(gòu)不利c.引起預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)建立有效預(yù)應(yīng)力不利減小徐變的措施：加強養(yǎng)護、減小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密實度等影響徐變的因素：a.混凝土應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要因素b.加荷時混凝土的齡期c.混凝土的組成和配合比d.骨料e.構(gòu)件形狀及尺寸f.養(yǎng)護及使用條件下的溫濕度第27頁/共36頁3 3、混凝土的選用原則 建筑工程中： 鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝士強度等級：一般情況下不應(yīng)低于C15； 當(dāng)采用HRB335級鋼筋時，混凝土的強度等級不宜低于C20； 當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重量荷載的構(gòu)件，混凝土的強度等級不得低于C40。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的

16、混凝土強度等級：一般情況下不應(yīng)低于C30； 當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時混凝土強度等級不宜低于C40。第28頁/共36頁三、 鋼筋與混凝土的粘結(jié)與錨固1、鋼筋與混凝土的粘結(jié) 鋼筋和混凝土是兩種物理、力學(xué)性能很不相同的材料，它們可以相互結(jié)合共同工作的主要原因是：混凝土結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，相互傳遞內(nèi)力。粘結(jié)力是這兩種性質(zhì)不同的材料能夠共同工作的基礎(chǔ)；鋼筋的線膨脹系數(shù)為1.210-5-1，混凝土的為1.010-5-11.510-5-1，二者數(shù)值相近。因此，當(dāng)溫度變化時，鋼筋與混凝土之間不會存在較大的相對變形和溫度應(yīng)力而發(fā)生粘結(jié)破壞。 第29頁/共36頁1、粘結(jié)力的定義及

17、組成（1）定義：當(dāng)鋼筋于混凝土之間產(chǎn)生相對變形（滑移），在鋼筋和混凝土的交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，此作用力稱為粘結(jié)力。（2）組成： 膠結(jié)力鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（一般很小，一旦產(chǎn)生相對滑移即消失）。第30頁/共36頁摩擦力混凝土收縮后將鋼筋緊握產(chǎn)生的摩擦力，鋼筋表面越粗糙，摩擦力越大。（鋼筋表面微銹摩擦力增加）。咬合力鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機械咬合作用（是變形鋼筋粘結(jié)力的主要組成部分）。 機械錨固力鋼筋端部的彎鉤、彎折，在鋼筋端部焊短鋼筋、短角鋼等措施（布置不當(dāng)，會產(chǎn)生較大的鋼筋與混凝土的相對滑移、混凝土內(nèi)部裂縫和局部混凝土破碎）。第31頁/共36頁2、影響粘結(jié)強度的因素 （1）混凝土的強度等級：鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土的強度提高而提高 （2）混凝上保護層c和鋼筋之間凈距離越大，劈裂抗力越大，因而粘結(jié)強度越高 （3）橫向鋼筋限制了縱向裂縫的發(fā)展，可使粘結(jié)強度提高 （4）鋼筋端部的彎鉤、彎折及附加錨固措施 （5）側(cè)向壓力約束粘接強度也有提高作用。第32頁/共36頁3、保證可靠粘結(jié)的措施（1）混凝土的保護層不宜過小 保護層厚度是指構(gòu)件邊緣到鋼筋外邊緣的距離。（2）鋼筋之間的凈距不宜過?。?）一般情況下，宜優(yōu)先選用小直徑的變形鋼筋（增加局部粘結(jié)作用，減小裂縫寬度）（4）光面鋼筋應(yīng)在末端采用彎鉤。（5）在