混凝土結(jié)構(gòu)課件第2章

1、第二章 鋼筋(gngjn)混凝土材料的力學性能2.1 鋼筋的形式和品種2.2 鋼筋的力學性能2.3 鋼筋的冷加工和熱處理2.4 對鋼筋質(zhì)量的要求(yoqi)2.5 鋼筋的蠕變、松弛和疲勞2.6 混凝土的強度等級2.7 混凝土的強度2.8 荷載作用下混凝土的變形性能2.9 混凝土的徐變和收縮2.10 鋼筋與混凝土間的粘結(jié)2.11 鋼筋混凝土的一般構(gòu)造規(guī)定共四十四頁一.用于普通(ptng)鋼筋混凝土的鋼筋2.1 鋼筋(gngjn)的形式和品種熱軋鋼筋: 低碳鋼、低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成 。 HPB235（級鋼 ） HPB300（級鋼 ） HRB335 （級鋼） HRB400（級鋼） HRB50

2、0 （級鋼）余熱處理鋼筋: 由軋制鋼筋經(jīng)高溫淬水，后余熱處理而成。 RRB400（級鋼）細晶粒帶肋鋼筋: 采用控溫軋制工藝而成。 HRBF335、 HRBF400、 HRBF500235鋼筋屈服強度標準值 fyk （N/mm2）（附表4）熱軋（Hot rolled）低碳鋼，光圓（Plain），錨固差低合金鋼，帶肋（Ribbed），強度高，具有較好的延性、可焊性、錨固和機械連接性能及施工適應性 R余熱處理（Remained heat treatment）強度高，但延性、可焊性、機械連接性能及施工適應性降低（新規(guī)范首次列入）共四十四頁二.用于預應力混凝土的鋼筋中強度預應力鋼絲（新增） ：直徑5、7

3、、9mm，光面，螺旋肋預應力螺紋鋼筋（新增） ：直徑1850mm消除(xioch)應力鋼絲：直徑5、7、9mm，光面，螺旋肋鋼絞線：由三股或七股高強鋼絲捻制而成三.規(guī)范規(guī)定（1）根據(jù)修改后的鋼筋產(chǎn)品標準，不再限制鋼筋的化學成分和制作工藝(gngy)， 而按性能確定鋼筋牌號和強度級別，并以相應符號表達；（2）根據(jù)“四節(jié)一環(huán)保”要求，提倡采用高強、高性能鋼筋；（3）推廣400、500級高強熱軋鋼筋作為縱向受力的主導鋼筋， 限制并準備淘汰335級熱軋鋼筋的應用；（4）用HPB300光圓筋逐漸取代HPB235作為箍筋；（5）不再列入冷加工鋼筋和刻痕鋼絲作為預應力筋。共四十四頁2.2 鋼筋(gngjn)

4、的力學性能一.軟鋼（有明顯屈服點）的應力應變(yngbin)曲線 （熱軋鋼筋，單調(diào)拉伸試驗）共四十四頁 四個階段： 彈性階段oa 段 a點應力：比例極限(jxin) a點應力：彈性極限 屈服階段bf 段 b，c 兩點：上，下屈服點 c點應力：屈服強度 fy0 （或流限， 是確定鋼筋強度設(shè)計值 fy （附表5）的依據(jù)） c，f 之間的值：流幅 強化階段fd 段 d點應力：極限抗拉強度 fst0 頸縮階段de 段 標志即將破壞共四十四頁二.硬鋼（無明顯屈服點）的應力應變曲線 （預應力鋼絲、鋼絞線） 規(guī)范規(guī)定(gudng)： 取殘余應變的0.2%所對應的應力 作為設(shè)計強度指標，即條件屈服強度， 取為

5、0.2= 0.85b 規(guī)范(gufn)為fptk規(guī)范 為fpykfy0（試驗值）fyk（標準值）fy（設(shè)計值）（規(guī)范表4.2.2-1、2）（規(guī)范表4.2.3-1、2）95%保證率除以材料分項系數(shù)（第三章）共四十四頁共四十四頁共四十四頁共四十四頁2.3 鋼筋(gngjn)的冷加工和熱處理 一.冷拉與冷拔 冷拉：冷拉熱軋鋼筋，抗拉強度提高（冷拉強化）， 塑性降低，仍有屈服點和流幅 冷拔：冷拔低碳鋼絲，抗拉強度、抗壓強度均提高， 塑性降低，沒有明顯的屈服點和流幅 （冷拉鋼筋和冷拔鋼絲不宜推廣(tugung)使用， 規(guī)范已去除， 但在滿足特定標準時仍可使用。）共四十四頁二.熱處理 對特定鋼號的鋼筋(g

6、ngjn)進行淬火和回火處理不降低強度的前提(qint)下，消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力，改善塑性和韌性強度提高塑性降低共四十四頁2.4 對鋼筋(gngjn)質(zhì)量的要求（1）屈服強度(qingd) fy (fpy )高 是鋼筋最關(guān)鍵的質(zhì)量指標。設(shè)計時取屈服強度(或條件屈服強度) 作為可以利用的應力上限,也就是鋼筋的強度。（2）極限抗拉強度 fst (fpt )高 當接近此強度時，產(chǎn)生較大的塑性變形。同屈服強度相比， 極限強度越高，材料安全儲備越大。 要求 fst / fy （強屈比）1.25，或 fy / fst（屈強比）0.8 （3）伸長率大（最大力下總伸長率 ） 反映鋼筋受拉時的塑性性質(zhì)。伸長率大

7、,塑性好。（規(guī)范新規(guī)定4.2.4條）（4）冷彎性能好 按規(guī)定的直徑D,規(guī)定的彎心角對試件彎曲,合格的標準 是不出現(xiàn)裂紋或斷裂。共四十四頁共四十四頁2.5 鋼筋(gngjn)的蠕變、松弛和疲勞蠕變應力不變，隨時間增長應變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時間增長應力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預應力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利影響，需采取必要措施。疲勞鋼筋在周期性重復荷載作用下發(fā)生疲勞破壞。疲勞強度是指在規(guī)定的應力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應力值。對鋼筋用不同疲勞應力比值 時得疲勞應力幅限值 表示疲勞強度(附表9)（新規(guī)范將區(qū)間取值改為插值取值）。 f共四十四頁共四十四頁2.6混凝土的強度(qingd)等

8、級混凝土強度等級按立方體抗壓強度標準值fcu,k確定，用符號C表示，如C30表示fcu,k=30N/mm2 。14個等級C15C80，級差5N/mm2。C50以上(yshng)為高強混凝土。 新規(guī)范規(guī)定：（比原規(guī)范提高） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應低于C20；當采用400級及以上的鋼筋時，不應低于C25。 承受重復荷載的構(gòu)件，不應低于C30。 預應力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不宜低于C40，且不應低于C30。 共四十四頁2.7 混凝土的強度(qingd)一.立方體抗壓強度(kn y qin d) fcu承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強度大于1.試驗：邊長150mm的立方體，標準養(yǎng)護

9、條件、標準試驗方法我國規(guī)范： 不涂潤滑劑2.標準值 fcu,k ：溫度、濕度、齡期加載速度、是否涂潤滑劑具有95%保證率的立方體抗壓強度； 是衡量混凝土強度大小的基本指標；是評定混凝土等級的標準；不能直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計。共四十四頁3.影響強度(qingd)的因素：齡期越長，強度(qingd)越高（規(guī)范規(guī)定28d或設(shè)計規(guī)定的齡期）加載越快，強度越高試塊尺寸越小，強度越高 尺寸效應：（非標試件試驗值乘以換算系數(shù)， 轉(zhuǎn)換為標準試件的試驗值） 200mm的試件1.05， 100mm的試件0.95一.立方體抗壓強度 fcu考慮到粉煤灰等礦物摻和料的應用及工程實際，可適當延長共四十四頁二. 軸心(zhu x

10、n)抗壓強度（棱柱體強度) fc承壓板試件標準(biozhn)試件：150150 300非標準試件：100100 300 換算系數(shù) 0.95 200200 400 換算系數(shù) 1.05考慮到承壓板對試件的約束， fcu0 fc0 ，且大致呈線性關(guān)系考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取修正系數(shù)0.88不同混凝土等級的 fc k 見附表 1fck=0.88 fcu,k共四十四頁三.混凝土的軸心(zhu xn)抗拉強度 ft（直接(zhji)受拉試驗、彎折試驗、劈裂試驗 ）100100150150500不同混凝土等級的 ft k 見附表1 ftk = 0.880.395fcuk0.55(1-1.645 )0.4

11、5試驗結(jié)果：ft0 fcu0，且不成線性關(guān)系共四十四頁四.復雜受力狀態(tài)(zhungti)下的混凝土的強度三向受壓時的混凝土強度(qingd)1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-側(cè)向約束壓應力（加液壓）雙軸應力下的強度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉壓雙向正應力下的強度曲線圓柱體試驗抗壓強度隨側(cè)壓力增大而提高，工程中常用箍筋加強抗壓強度隨另一向壓力增大而提高抗壓（拉）強度隨另一向拉（壓）力 增大而降低抗拉強度隨另一向拉力改變而變化不大共四十四頁2.8 荷載作用(zuyng)下混凝土的變形性能一.混凝土的應力-應變(yngbin)關(guān)系下降段（棱柱體單調(diào)短期軸壓試驗

12、）1.變形階段時，彈性，微裂縫不開展時，非彈性，微裂縫穩(wěn)定開展時，塑性明顯，微裂縫 不穩(wěn)定開展應力逐漸減小,應變不斷加大出現(xiàn)宏觀裂縫有反彎點、收斂點0maxfc0反彎點收斂點上升段共四十四頁混凝土強度（圖2-13）越高， 上升段影響不大，fc0越大，0 越大， 下降段越陡峭(duqio)，max越小，延性越差2.曲線(qxin)特征值0maxfc0反彎點收斂點 fc0 應力峰值0 峰值應變 一般取0.002max 極限壓應變 一般取0.00333.影響因素加載速度越快，fc0 越大，0 越小， 下降段越陡峭箍筋量越多， fc0 越大， 0 越大， 下降段越平緩一.混凝土的應力-應變關(guān)系共四十四

13、頁二.混凝土在重復荷載下的應力-應變(yngbin)關(guān)系fcf321疲勞強度破壞當壓應力不超過混凝土疲勞強度時, 不會發(fā)生破壞。當壓應力超過混凝土疲勞強度，多次重復加卸載后即會發(fā)生脆性(cuxng)的疲勞破壞。重復荷載是在一個方向加壓、卸載、再加壓、再卸載的循環(huán)過程。對吊車梁、橋梁等構(gòu)件，應進行疲勞驗算。承受200萬次或以上循環(huán)重復荷載而發(fā)生疲勞破壞的壓應力值疲勞強度修正系數(shù)1，見規(guī)范共四十四頁三.混凝土的彈性模量(tn xn m lin)原點切線(qixin)模量（彈性模量）變形模量（割線模量、彈塑性模量）切線模量彈性系數(shù)：受壓時為0.41.0；受拉時為1.010 ccep原點切線割線切線拉

14、壓相同，適用于一般內(nèi)力分析和設(shè)計適用于非線性內(nèi)力分析適用于理論研究（附表3）共四十四頁2.9混凝土的徐變和收縮(shu su)一.荷載(hzi)長期作用下的變形性能-徐變凝膠體粘性流動內(nèi)部微裂縫開展c0.5fc，線性徐變c0.8fc，非線性徐變eecr0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)creP1.徐變概念混凝土在荷載長期作用下產(chǎn)生隨時間而增長的變形2.徐變成因3.徐變規(guī)律前期增長快6個月完成7080%以后徐變逐漸緩慢23年后趨于穩(wěn)定 共四十四頁 應力(yngl)： c 0.5 fc，徐變變形與應力成正比-線性徐變 0.5 fc c 0.8 fc，徐變不

15、穩(wěn)定，造成混凝土脆性破壞 加荷時混凝土的齡期(ln q)越早，徐變越大 水泥用量越多，水灰比越高，徐變越大 骨料越硬，徐變越小 養(yǎng)護溫度越高，濕度越大，徐變越小 構(gòu)件體表比越小，徐變越大4.影響徐變的因素一.荷載長期作用下的變形性能-徐變通?；炷猎陂L期荷載下的強度取0.8 fc共四十四頁 s， c一.荷載長期作用(zuyng)下的變形性能-徐變5.徐變對混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的影響增大構(gòu)件變形2-4倍產(chǎn)生預應力損失在高應力下導致構(gòu)件破壞有利于構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力重分布減小支座不均勻沉降的內(nèi)力減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應力減少收縮裂縫共四十四頁二.混凝土的收縮(shu su) 水泥(shun)等級越高，

16、收縮越大 水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大 骨料越硬，收縮越小 養(yǎng)護條件、制作方法、使用環(huán)境、體表比等空氣中結(jié)硬過程中混凝土體積縮小的性質(zhì)1.收縮概念2.影響收縮的因素3.收縮對結(jié)構(gòu)的影響 鋼筋受壓， 混凝土受拉產(chǎn)生預應力損失不利于構(gòu)件的內(nèi)力重分布產(chǎn)生收縮應力和裂縫共四十四頁2.10鋼筋(gngjn)和混凝土間的粘結(jié)一.粘結(jié)(zhn ji)的概念粘結(jié)應力鋼筋與混凝土界面沿縱向的剪應力b由平衡條件得 存在鋼筋應力變化的區(qū)段，就有粘結(jié)應力 由于存在粘結(jié)應力，鋼筋應力才會在長度向變化粘結(jié)強度鋼筋單位表面積上能承擔的最大縱向剪應力共四十四頁 混凝土中的水泥膠體與鋼筋表面的膠結(jié)力（鋼筋和混凝土相對滑動

17、后消失） 。 混凝土因收縮將鋼筋握緊而產(chǎn)生的摩擦力。 鋼筋表面凹凸不平與混凝土的機械咬合力（光面鋼筋凹凸(o t)程度較小，端部加彎鉤阻止相對滑移）。二.粘結(jié)力的組成(z chn)對光圓鋼筋，主要是膠結(jié)力對變形鋼筋，主要是摩擦力當粘結(jié)力較小時，主要是膠結(jié)力當粘結(jié)力較大時，主要是摩擦力共四十四頁縱向分量徑向分量徑向分量產(chǎn)生內(nèi)部徑向裂縫，形成縱向劈裂型粘結(jié)破壞1.光面鋼筋(gngjn):鋼筋自混凝土被拔出的剪切破壞2.變形鋼筋:三.粘結(jié)破壞形態(tài)(xngti)（拔出試驗）混凝土保護層、鋼筋間距較小時（配置橫向鋼筋或使保護層厚度較大，可阻止劈裂破壞）環(huán)向拉力共四十四頁縱向分量徑向分量縱向分量引起(yn

18、q)混凝土撕裂縱向(zn xin)分量引起混凝土局部擠碎縱向分量引起刮出式破壞使鋼筋周圍混凝土軸向受拉、受剪產(chǎn)生內(nèi)部斜向錐形裂縫共四十四頁1.錨固粘結(jié)(zhn ji)(鋼筋的錨固) 若錨固的深度較小時,在拉力作用下,鋼筋會被拔出。 錨固通過鋼筋在一定長度上粘結(jié)應力的積累,將鋼筋錨固在混凝土中。 2.裂縫附近的局部粘結(jié)(裂縫間應力的傳遞) 裂縫截面處，由于混凝土開裂，拉應力為零，鋼筋應力最大，離開裂 縫一段距離，由于粘結(jié)作用，混凝土逐漸承受拉力，鋼筋承受的拉力漸 小，離開裂縫截面的距離(jl)達到一定程度，拉應力達到最大值，鋼筋的應 力達到最小值，因此，粘結(jié)力使混凝土繼續(xù)參加工作。四.按粘結(jié)的作

19、用分類共四十四頁1.鋼筋表面和外形特征 變形(bin xng)鋼筋高于光面鋼筋2.混凝土的強度 隨混凝土強度的提高而提高,但不成正比。五.影響粘結(jié)強度的主要(zhyo)因素共四十四頁4.橫向鋼筋 橫向鋼筋的存在限制徑向裂縫(li fng)的發(fā)展。隨厚度增大而提高，當 c d 時，防止(fngzh)劈裂裂縫。當鋼筋凈距較小時(s2c )，其外圍混凝土將沿鋼筋水平處發(fā)生貫穿整個梁寬的水平劈裂裂縫。3.保護層厚度和鋼筋間距共四十四頁六.保證粘結(jié)力的構(gòu)造(guzo)措施鋼筋的最小搭接長度鋼筋最小錨固長度鋼筋的最小間距混凝土保護層的最小厚度搭接范圍(fnwi)內(nèi)箍筋加密受力光面鋼筋端部做彎鉤規(guī)范不進行粘

20、結(jié)計算，規(guī)定了若干構(gòu)造措施:共四十四頁2.11鋼筋混凝土的一般(ybn)構(gòu)造規(guī)定一.混凝土保護層厚度(hud) 受力鋼筋： cd 或 cdeq（并筋的等效直徑） 最外層鋼筋：滿足規(guī)范表8.2.1（規(guī)范8.2.1、8.2.2、8.2.3條規(guī)定）二.鋼筋的錨固 受拉鋼筋基本錨固長度：外形系數(shù)，附表12且不應小于200mm 受壓鋼筋錨固長度不應小于相應受拉錨固長度的70% 受拉鋼筋錨固長度：修正系數(shù)：帶肋鋼筋d大于25時，取1.1； 施工時易受擾動的鋼筋：取1.1；當c=3d時，取0.8；c=5d時，取0.7，中間內(nèi)插值。共四十四頁 并筋配置(pizh)形式目的：解決粗筋及配筋密集引起的設(shè)計、施工(

21、sh gng)困難計算方法：按單根等效鋼筋計算等效直徑：按截面面積相等的原則換算： 并2根時，deq=1.41d 并3根時，deq=1.73d有關(guān)規(guī)定：d28時，并筋數(shù)量不應超過3根； d = 32時，并筋數(shù)量宜為2根； d36時，不應采用并筋。共四十四頁共四十四頁三.鋼筋(gngjn)的連接 受壓筋不應小于受拉鋼筋搭接長度(chngd)的0.7倍， 且在任何情況下應200mm 可綁扎連接、機械連接或焊接。軸拉及小偏拉構(gòu)件 （桁架和拱的拉桿）的受力筋不得采用綁扎 受力鋼筋的接頭宜設(shè)在受力較小處 同一構(gòu)件各根鋼筋的搭接接頭宜錯開 同一連接區(qū)段內(nèi)的受拉鋼筋搭接接頭面積百分率： 梁、板、墻25% ；柱50% 受拉筋綁扎搭接長度應根據(jù)接頭百分率按