現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)理論13R材料補(bǔ)充

1、1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土的材料（補(bǔ)充） 預(yù)備知識(shí)：有關(guān)(yugun)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容 1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種以混凝土作為主要材料根據(jù)需要配置一定量鋼筋的結(jié)構(gòu) （1）組成及各自特性：鋼筋混凝土（Reinforced Concrete或RC） 先分開看 鋼筋（Reinforcingbar 或REBAR）抗拉強(qiáng)度（ ）高、抗壓強(qiáng)度（ ）高、易銹 混凝土（砼、Concrete cnrt或conc） 抗壓強(qiáng)度（ ）高、抗拉強(qiáng)度（ ）低、不易銹 合起來看其共同工作：簡支梁試驗(yàn)(1)(2)共四十八頁 素砼簡支梁如下圖：L=4m，bh=200300mm. C20混凝土承受集中荷載，p=8kN時(shí)破壞，無任

2、何征兆。 RC簡支梁同樣截面尺寸(ch cun)，同標(biāo)號(hào)砼，同樣簡支長度，但受拉區(qū)加但受拉區(qū)加入3根16mm的R235級(jí)REBAR，記作316，破壞荷載p=36KN共四十八頁 試驗(yàn)結(jié)果分析： 承載力有了很大提高8 36kN 結(jié)構(gòu)的受力特性得到顯著的改善，有明顯(mngxin)預(yù)兆，裂縫、撓度等變化。 問題： 為何受力會(huì)有改變? 物理性質(zhì)差異很大的情況下，二者能很好地結(jié)合在一起工作嗎？共四十八頁2）共同工作的基礎(chǔ) （1）鋼筋和混凝土之間有良好的粘結(jié)力，能相互牢固地結(jié)成整體，傳力合理 （2）溫度膨脹系數(shù)大體相同 鋼筋：=1.2 10-5 砼 ：=1.01.5 10-5 溫度變化不至于產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力

3、導(dǎo)致破壞。 （3）REBAR被砼所包裹，從而防止了鋼筋的銹蝕，保證(bozhng)了結(jié)構(gòu)的耐久性。 歸納為4句話： 各施所長，互補(bǔ)所短，協(xié)同工作，形成較好結(jié)構(gòu)。共四十八頁 3）RC結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)（1）RC結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低混凝土保護(hù)層使得鋼筋不易銹蝕，耐火時(shí)間(shjin)長可模性好適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如空間薄殼、箱型結(jié)構(gòu)易于就地取材有利于當(dāng)?shù)亟ú牡睦煤凸I(yè)廢料的再利用整體性好（對現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)），防振和防輻射性能較好適用于抗震抗爆結(jié)構(gòu)和防護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大、阻尼大有利于結(jié)構(gòu)的變形控制材料利用合理結(jié)構(gòu)承載力與其剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題RC結(jié)構(gòu)(jigu)的基本概念及材料

4、的力學(xué)性能 共四十八頁（2） RC結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)自重大(2.5t/m3）發(fā)展輕質(zhì)混凝土、高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土?？沽研圆?，影響結(jié)構(gòu)的耐久性發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土，利用(lyng)樹脂涂層鋼筋。承載力有限發(fā)展高強(qiáng)混凝土、鋼骨混凝土、鋼管混凝土。施工復(fù)雜，工序多，工期長，受季節(jié)、天氣的影響較大利用鋼模、飛模、滑模等先進(jìn)施工技術(shù)，采用泵送混凝土、早強(qiáng)混凝土、高性能混凝土、免振自密實(shí)混凝土等，提高施工效率。破壞后的修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難 發(fā)展新型的混凝土加固技術(shù)，如碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)。 共四十八頁 1.3.1砼（cnrt）（1）概念： 砼是用水泥、砂子和石子三種材料，用水拌和經(jīng)過凝固硬化后制成的人工

5、石材?；旌夏Y(jié)，色狀如土故名之。（2）混凝土結(jié)構(gòu)要求： 和易性要好 強(qiáng)度要高 耐久性要好 經(jīng)濟(jì)(jngj)上要節(jié)省 共四十八頁預(yù)應(yīng)力混凝土要求采用高強(qiáng)混凝土可以施加較大的預(yù)壓應(yīng)力，提高預(yù)應(yīng)力效率；有利于減小構(gòu)件截面尺寸，以適用大跨度的要求；具有較高的彈性模量(tn xn m lin)，有利于提高截面抗彎剛度，減少預(yù)壓時(shí)的彈性回縮；徐變較小，有利于減少徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失；與鋼筋具有較大粘結(jié)強(qiáng)度，減少先張法預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力傳遞長度；有利于提高局部承壓能力，便于后張錨具的布置和減小錨具墊板的尺寸；強(qiáng)度早期發(fā)展較快，可較早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工速度，提高臺(tái)座、模具、夾具的周轉(zhuǎn)率，降低間接費(fèi)用 一般預(yù)應(yīng)力

6、混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C30，當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲時(shí)不低于C40。共四十八頁1.3.1.1混凝土的強(qiáng)度 1)立方體抗壓強(qiáng)度（ ） (1)概念 邊長150mm的立方體在202的溫度和相對濕度在95%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d ,依照標(biāo)準(zhǔn)制作方法和試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度極限值，以MPa即 為單位,用符號(hào)(fho) 表示。普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50081-2002） 標(biāo)準(zhǔn)試件邊長150mm的立方體試件； 標(biāo)準(zhǔn)條件溫度為202，濕度在95%以上； 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法試件兩端不涂潤滑劑； 加載速度C30以下為 0.30.5MPa/sec，C30以上為0.50.8/sec。 RC結(jié)構(gòu)(jigu

7、)的基本概念及材料的力學(xué)性能 共四十八頁 (2)試驗(yàn)方法 試件上下表面不涂油。由于(yuy)與上下盤面的摩擦力影響，起到“套箍”作用，非單純受壓。 共四十八頁 (3)影響(yngxing)因素“尺寸效應(yīng)” 小試件高，摩擦力對中部的影響隨高度的增高降低。換算系數(shù)邊長200mm 1.05邊長100mm 0.95涂油影響 不涂油，有約箍力，壓強(qiáng)大。涂油則小。(圖示)共四十八頁共四十八頁 (4)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是用立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來劃分的公路規(guī)范根據(jù)強(qiáng)度范圍，從C20C80共劃分為13個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，級(jí)差為5，C50以上為高強(qiáng)混凝土。 砼標(biāo)號(hào)是設(shè)計(jì)RC結(jié)構(gòu)時(shí)選擇砼材料的主要指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的用途、尺

8、寸、使用條件和經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素綜合考慮(kol)。等級(jí)C： C20 C30 C30 C40、 C50、C60以上 普通RC 接頭、接縫 PC結(jié)構(gòu)共四十八頁 2）棱柱體抗壓強(qiáng)度 (1)概念 通常鋼筋混凝土構(gòu)件的長度(chngd)比它的截面邊長大得多，因此棱柱體試件的受力更接近于實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受力情況。標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件按標(biāo)準(zhǔn)制作、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)測得的抗壓強(qiáng)度，用 表示，亦稱軸心抗壓強(qiáng)度。 共四十八頁 (2)測試方法及結(jié)果 試件：棱柱體（圓柱體），不涂油 h/b h/b=24穩(wěn)定 標(biāo)準(zhǔn)試件:150150mm300mm 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50081-2002） =（0.6-0.8） 原

9、因 試件細(xì)長，中部箍束力小; 偏心影響 用于受壓構(gòu)件強(qiáng)度(qingd)計(jì)算 共四十八頁 3)軸心抗拉強(qiáng)度 (1)概念 在軸心拉伸下的極限拉伸強(qiáng)度，用 表示。 (2)試驗(yàn)方法 直接試驗(yàn)法 鋼筋、拉斷（100100500mm棱柱體,對中預(yù)埋） 間接試驗(yàn)法 劈裂試驗(yàn)（見圖1-6） 劈裂試驗(yàn)可以克服軸心受拉試驗(yàn)中存在的對中問題。 試驗(yàn)中采用邊長為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，通過弧形鋼墊條施加壓力F，試件中間截面(jimin)有著均勻分布的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，試件劈裂成兩半。 RC結(jié)構(gòu)(jigu)的基本概念及材料的力學(xué)性能 共四十八頁 RC結(jié)構(gòu)(jigu)的基本概念及材料的力學(xué)性能

10、共四十八頁 (3) 與 之間關(guān)系 (4)與混凝土構(gòu)件(gujin)的開裂、變形，以及受剪、受扭、受沖切等承載力有關(guān)。用于抗裂、沖切、粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算共四十八頁 4）復(fù)合(fh)應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度 取單元體，三個(gè)主應(yīng)力1、2、3 軸向受力：2=3=0 平面應(yīng)力狀態(tài)：3=0 三向受力狀態(tài)：1、2、3均不為0 (1)平面應(yīng)力狀態(tài) 雙向受壓：強(qiáng)度高于單軸，12 雙向受拉：強(qiáng)度無變化，同單軸 一拉一壓：21,12 見圖1-7共四十八頁共四十八頁 (2)三向受壓 一向強(qiáng)度隨其它兩向而。 (3)法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合強(qiáng)度 混凝土的抗壓強(qiáng)度由于(yuy)剪應(yīng)力的存在而降低：當(dāng) ,抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大；當(dāng) 時(shí)

11、，抗剪強(qiáng)度(qingd)隨壓應(yīng)力的增大而減小。見圖1-8共四十八頁共四十八頁小 結(jié) 重點(diǎn)：共同工作基礎(chǔ)?；炷翉?qiáng)度(qingd)定義、試驗(yàn)方法、影 響因素、用途。復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系。共四十八頁1.3.1.2砼的變形(bin xng)性能 預(yù)備知識(shí) 理想彈性體材料的變形 加載變形卸載恢復(fù)原狀，如鋼材之彈性階段(jidun)。理想彈塑性材料的變形（圖1-9）砼為非理想彈塑體材料，變形復(fù)雜與加載方式，持荷時(shí)間，溫、濕度，試件的形狀和尺寸等有關(guān)。受力變形：長、短期，重復(fù)荷載 體積變形：收縮和徐變變形、共四十八頁共四十八頁1)混凝土在單調(diào)(dndio)、短期加荷下的變形（1）-關(guān)系（圖1-10）上升段：當(dāng)

12、0.3 時(shí)，-關(guān)系為直線彈性變形 時(shí)， (取 2.0 )，形成貫穿性裂 縫，急劇發(fā)展破壞。下降段:精細(xì)實(shí)驗(yàn)指出，達(dá)到 即 ，此時(shí) 后，承載力下降，隨的增大，逐漸降低，最后(zuhu)破 壞。破壞時(shí)， 。下降段通過大剛度設(shè)備或安置 剛性元件的控制變形量測得。D點(diǎn)極限壓應(yīng)變?yōu)楣菜氖隧撌諗慷危悍€(wěn)定的殘余應(yīng)力,小柱,咬合(yo h)-曲線影響因素: 混凝土強(qiáng)度(圖1-11) 加載速度（圖1-12） 測試技術(shù)和試驗(yàn)條件 混凝土應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)共四十八頁共四十八頁共四十八頁共四十八頁 （2）砼的彈性模量與變形模量 用于計(jì)算結(jié)構(gòu)之撓度、溫度應(yīng)力、超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力。如彈材：E=/ tg=cons. 受壓變形模量表

13、示方法（見圖1-13）原點(diǎn)彈模： 或切線模量：割線(gxin)模量（變形模量）： 和 之間關(guān)系： 式中： 砼受壓彈性特征系數(shù)，構(gòu)件剛開裂時(shí): =0.5。共四十八頁圖 1-13共四十八頁 (3) 的測?。▍⒁?cnjin)圖1-14） 棱柱體加載0 0，反復(fù)510次， 可得： 根據(jù)試驗(yàn)可得經(jīng)驗(yàn)公式： (4)剪切模量 其中 為混凝土的橫向變形系數(shù)（泊松比），取 時(shí)，可得 共四十八頁圖 1-14共四十八頁 2）砼在重復(fù)荷載作用下的變形(bin xng)性能 (1)一次加載時(shí)和卸載時(shí)-曲線(圖1-15)，加載“-”曲線為OA，卸荷“-”曲線為AB， 為卸載時(shí)瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變， 為卸載后彈性后效， 為殘余應(yīng)

14、變。 (2)砼在重復(fù)荷載作用下的變形性能 多次荷載重復(fù)作用下-曲線(圖1-16) 若加荷較小( )起始為一環(huán)狀，多次加荷，曲線越來越閉合，直至成一直線CD。 若加載較大( )多次重復(fù)加荷載卸荷“-”由凸向應(yīng)力軸而轉(zhuǎn)為凸向應(yīng)變軸，導(dǎo)致疲勞破壞 (200萬次以上) 共四十八頁圖1-15共四十八頁圖1-16共四十八頁 3）砼在荷載長期作用下的變形性能徐變 (1)概念(ginin)：在長期不變荷載作用下，應(yīng)變隨時(shí)間繼續(xù)增長的現(xiàn)象。（見圖1-17） (2)徐變過程 瞬變 ，徐變變形 ，卸荷后瞬時(shí)恢復(fù)變形 ，卸荷后彈性后效 ，殘余變形 。（見圖1-18）共四十八頁圖1-17共四十八頁圖1-18共四十八頁

15、(3)產(chǎn)生原因: 砼凝結(jié)(nngji)后，水泥漿變結(jié)晶體和凝膠體，凝膠體粘性流動(dòng)，應(yīng)力重分布，產(chǎn)生變形 微裂縫在荷載作用下，不斷擴(kuò)展和增長的結(jié)果 共四十八頁 (4)影響因素 壓應(yīng)力大，徐變大 若 ，徐變大致與應(yīng)力成正比，各條徐變曲線的間距接近相等，稱為線形徐變。 當(dāng) 介于 之間時(shí)，為非線性徐變。 當(dāng) 時(shí)，混凝土的非線形徐變往往時(shí)不收斂的，最終導(dǎo)致構(gòu)件破壞。(參見圖1-19) 水泥用量多，水灰比大，徐變大 增加骨料含量，徐變減小 養(yǎng)護(hù)(yngh)好，徐變小 加荷齡期早，徐變大 加荷前 高，徐變小共四十八頁圖1-19共四十八頁 4）砼的收縮變形 (1)概念 砼在空氣中的硬結(jié)過程中，體積減小的現(xiàn)象叫

16、收縮。在水中結(jié)硬，體積會(huì)膨脹。 (2)過程：混凝土的收縮是隨時(shí)間而增長的變形，早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成(wn chng)全部收縮的25%，一個(gè)月可完成(wn chng)50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。(參見圖1-20) 一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)10-4共四十八頁圖1-20 混凝土收縮(shu su)變形與時(shí)間的關(guān)系共四十八頁 (3)原因：硬結(jié)過程中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的凝結(jié)收縮和自由水蒸發(fā)(zhngf)產(chǎn)生的收縮。 (4)影響因素： 水泥用量大，水灰比大，收縮大 高標(biāo)號(hào)收縮大 骨料彈模大，收縮小 溫度大，收縮小 密實(shí)，收縮小 使用環(huán)境濕度低、溫度高，大 體表比大，收縮小。 共四十八頁 5）砼三向受壓狀態(tài)時(shí)的變形特點(diǎn) 提高強(qiáng)度3倍和延性。實(shí)際中，螺旋箍筋柱，密排箍筋。與采用恒值液壓約束(yush)的方式有區(qū)別。方形箍筋，明顯提高延性，但對提高抗壓強(qiáng)