第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本概念及材料物理力學(xué)性能

1、第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本概念及材料物理力學(xué)性能第一頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第二頁，共92頁。2022/10/9 以混凝土材料為主，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管或纖維等形成的主要承重結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)（Concrete Structures）。1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念素混凝土Plain Concrete纖維增強(qiáng)混凝土Fiber Reinforced Concrete鋼骨混凝土Steel Reinforced Concrete鋼筋混凝土Reinfor

2、ced Concrete鋼管混凝土Concrete Filled Steel Tube預(yù)應(yīng)力混凝土Prestressed Concrete鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)Composite Structure1基本概念第三頁，共92頁。2022/10/9 抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低 通?？估瓘?qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/81/20 破壞時(shí)具有明顯的脆性特征混凝土的材料特性1基本概念第四頁，共92頁。2022/10/9 抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高 具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性 細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲鋼筋的材料特性1基本概念第五頁，共92頁。2022/10/9混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)素混凝土梁L=1500mm120200C

3、20P鋼筋混凝土梁L=1500mm1202002f14C20PP=4.4 kNP=62.5 kN 由上述對(duì)比試驗(yàn)可知： 鋼筋混凝土梁的承載力比素混凝土梁大大提高（14倍）； 素混凝土梁破壞突然，沒有明顯預(yù)兆；而鋼筋混凝土梁則 表現(xiàn)出較好的延性，破壞前有明顯預(yù)兆； 鋼筋混凝土梁最終由于混凝土被壓碎而破壞，此時(shí)鋼筋已 經(jīng)屈服，鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度均得到充分利用。1基本概念第六頁，共92頁。2022/10/9將混凝土和鋼筋這兩種材料有機(jī)地結(jié)合在一起，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的材料性能。共同工作的主要原因：*混凝土和鋼筋之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在一起，可共同受力，共同變形 * 兩者的溫

4、度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力破壞兩者的粘結(jié)力，混凝土：1.010-51.5 10-5/C，鋼筋： 1.2 10-5 /C* 混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化 1基本概念第七頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第八頁，共92頁。2022/10/92.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展取決于混凝土材料的發(fā)展2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生* 1824年，英國(guó)人J. Aspdin 發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土； * 1849年，法國(guó)人Joseph Loui

5、s Lambot 用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船-最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； * 1861年，法國(guó)花匠J. Monier 用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請(qǐng)了專利，后由申請(qǐng)年了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利-盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認(rèn)為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者； * 1884年，德國(guó)人Wayss, Bauschingger和Koenen等提出了鋼筋應(yīng)配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計(jì)算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。第九頁，共92頁。2022/10/9強(qiáng)度不斷提高，性能不斷改善 美國(guó)60年代混凝土抗壓強(qiáng)度平均值：28N/mm2，70

6、年代 ：42N/mm2，有特殊需要時(shí)： 40N/mm2100 N/mm2，試驗(yàn)室中： 300 N/mm2輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用 容重一般為：14kN/m318kN/m3(普通混凝土為24kN/m3)，加氣混凝土、陶?；炷痢⒒鹕綆r混凝土、碎磚混凝土等無砂混凝土(Non-fines concrete):只有粗骨料，無細(xì)骨料 容重小，水的毛細(xì)現(xiàn)象不顯著，透水性大，水泥用量少，施工簡(jiǎn)單 FRP筋的應(yīng)用(強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，抗腐蝕) 用FRP筋代替鋼筋2.2 材料方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r第十頁，共92頁。2022/10/9綠色混凝土：環(huán)保節(jié)能 透明混凝土 透水混凝土 清水混凝土 粉煤灰加氣混凝土世博寧波館獨(dú)特的豎

7、條毛竹模板清水混凝土剪力墻 第十一頁，共92頁。2022/10/9 智能混凝土 智能能感知環(huán)境條件，做出相應(yīng)行動(dòng) 自診斷：碳纖維，光纖傳感 自調(diào)節(jié)：形狀記憶合金 SMA 自修復(fù): 自行愈合和再生第十二頁，共92頁。2022/10/92.3 結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 在混凝土的受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重結(jié)構(gòu)體系的豐富 不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、FRP混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等第十三頁，共92頁。2022/10/92.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r設(shè)計(jì)方法允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法破壞階段設(shè)計(jì)法極限狀

8、態(tài)設(shè)計(jì)法半經(jīng)驗(yàn)半概率法近似概率法全概率法KSR=f/KS(kqiqik)R(fck/kc, fsk/ks, As, b)第十四頁，共92頁。2022/10/9結(jié)構(gòu)基本理論-如何設(shè)計(jì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計(jì)算、設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用2.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r第十五頁，共92頁。2022/10/92.4 理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論-舊結(jié)構(gòu)的維護(hù)、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來）承載力計(jì)算耐久性評(píng)估壽命預(yù)測(cè)損傷分析加固理論修復(fù)理論災(zāi)害評(píng)估等2 發(fā)展?fàn)顩r第十六頁，共92頁。2022/10/9

9、2.4 理論研究方面的發(fā)展2 發(fā)展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)基本理論-計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用Ansys, Abaqus, Femap，PKPM, ADINA第十七頁，共92頁。2022/10/9鋼 筋混 凝 土兩者間的粘結(jié)強(qiáng) 度變 形粘結(jié)破壞的過程和機(jī)理第十八頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第十九頁，共92頁。2022/10/93.混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能 PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬

10、化形成的復(fù)合材料。第二十頁，共92頁。2022/10/93 砼3.1 混凝土強(qiáng)度(Strength of Concrete)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度混凝土復(fù)合強(qiáng)度Cubic Compressive Strength Compressive Strength Tensile Strength Multi-Strength 抵抗外力產(chǎn)生的某種應(yīng)力的能力第二十一頁，共92頁。2022/10/93 砼混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu承壓板試塊混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按邊長(zhǎng)為150mm立方體試件的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定?？箟簭?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系指用標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護(hù)至28d齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具

11、有95%保證率的抗壓強(qiáng)度(以MPa計(jì)).C15, C20, C25, C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strength concretehigh-strength concretefm-1.645 fm正態(tài)分布第二十二頁，共92頁。2022/10/9立方體抗壓強(qiáng)度影響因素端部約束：潤(rùn)滑劑試件尺寸：加載速度：；齡期：隨齡期逐漸增長(zhǎng)3 砼標(biāo)準(zhǔn)試塊：150mm150mm 150mm非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100mm100mm 100mm 換算系數(shù) 0.95 200mm200mm 200mm 換算系數(shù) 1.05混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu摩擦力不涂

12、潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑第二十三頁，共92頁。2022/10/9混凝土軸心抗壓強(qiáng)度fc：按照與立方體試件相同條件制作和試驗(yàn)方法 測(cè)得的棱柱體試件的極限抗壓強(qiáng)度值3 砼承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊:150150 300mm c1棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，對(duì)C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,對(duì)C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；c2C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，中間按線性規(guī)律變化。0.88-考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異，對(duì)混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)。國(guó)外（美國(guó)、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)等）采用的圓柱體試件612in (152305mm)第二十四頁，共9

13、2頁。2022/10/9第二十五頁，共92頁。2022/10/9混凝土抗拉強(qiáng)度ft3 砼劈裂強(qiáng)度fts Splitting Strength實(shí)驗(yàn)表明：ftfts第二十六頁，共92頁。2022/10/9巴西圓盤-巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試方法第二十七頁，共92頁。2022/10/9f150150mm立方體抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)。第二十八頁，共92頁。2022/10/9復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度(Biaxial Stress State)3 砼 雙向受拉，接近單軸抗拉強(qiáng)度； 雙向受壓，混凝土的側(cè)向變形受到約束，強(qiáng)度提高 ； 一拉一壓，加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展 ，抗拉、抗壓強(qiáng)度均降低。 第二十

14、九頁，共92頁。2022/10/9復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度剪應(yīng)力和正應(yīng)力共同作用(shear and normal stress)混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大 當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大， 壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。3 砼第三十頁，共92頁。2022/10/9復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度三向受壓強(qiáng)度(Triaxial compressive strength testing )1=fcc1=fcc2= 32 -側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng)度k側(cè)向效應(yīng)系數(shù) (

15、4.5-7.0)3 砼第三十一頁，共92頁。2022/10/9混凝土的疲勞強(qiáng)度Fatigue Strength破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強(qiáng)度fcfcf的確定原則：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時(shí)發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值3 砼第三十二頁，共92頁。2022/10/93 砼第三十三頁，共92頁。2022/10/9受力變形：砼由于荷載作用下的變形單調(diào)短期加載：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 荷載長(zhǎng)期作用：徐變 多次重復(fù)荷載作用下體積變形：砼收縮以及溫度變化產(chǎn)生的變形收縮3.2 混凝土的變形(Deformation of Concrete)3

16、 砼第三十四頁，共92頁。2022/10/9混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能Stress- strain Relationship分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù)，也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)。3 砼02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO試件為棱柱體或圓柱體第三十五頁，共92頁。2022/10/9A點(diǎn)以前：微裂縫沒有明顯發(fā)展，主要彈性變形。對(duì)普通強(qiáng)度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對(duì)高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.50.7)fc cu02468102030s(MPa)e 10-3ABCEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十六頁，共92頁。20

17、22/10/9AB段：部分塑性變形，應(yīng)力應(yīng)變逐漸偏離直線。B點(diǎn)時(shí)的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，常取sB作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度 ；普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8 fc ，高強(qiáng)混凝土sB可達(dá)0.95 fc cu02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十七頁，共92頁。2022/10/9C點(diǎn)：峰值應(yīng)力(混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度)。相應(yīng)的縱向壓應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變，約為0.002。內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進(jìn)入下降段。繼續(xù)發(fā)展至D點(diǎn)時(shí)，破壞面初步形成。(fc,0)cu02468102030s(MPa)e 10-3BACEDF

18、Oe 0 fc軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十八頁，共92頁。2022/10/9E點(diǎn)以后，縱向裂縫形成一個(gè)斜向的破壞面，此破壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下形成破壞帶。此時(shí)試件的強(qiáng)度由破壞面上骨料間的摩阻力提供。隨著應(yīng)變進(jìn)一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強(qiáng)度約為0.10.4 fc02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO（拐點(diǎn)）（收斂點(diǎn)）軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線第三十九頁，共92頁。2022/10/9軸心受壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線02468102030s(MPa)e 10-3BACEDFO1.三個(gè)特征值 峰值應(yīng)力 fc 峰值應(yīng)變0 極限壓應(yīng)變cu 2. 混凝土是一種彈塑性

19、材料3.曲線上升段高低反映混凝土強(qiáng)度大小，下降段陡緩反映混凝土變形能力的大小(fc,0)cu第四十頁，共92頁。2022/10/9影響因素砼的強(qiáng)度：峰值應(yīng)變?cè)龃?，延性低?yīng)變速率 ：峰值應(yīng)變?cè)龃?，坡度緩試?yàn)條件：應(yīng)變加載，標(biāo)距，約束混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco環(huán)箍斷裂3 砼第四十一頁，共92頁。2022/10/9彈性模量(Modulus of Elasticity or Elastic Modulus)混凝土單調(diào)短期加載下

20、的變形性能3 砼第四十二頁，共92頁。2022/10/9單向受拉混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能上升段：加載初期，變形與應(yīng)力線形增長(zhǎng)，至極值應(yīng)力的40-50%達(dá)到比例極限；76-83%出現(xiàn)臨界點(diǎn)(不穩(wěn)定擴(kuò)展開始)；峰值對(duì)應(yīng)的應(yīng)變隨抗拉強(qiáng)度的增加而增大，在50-270范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)混凝土C15-C40時(shí)，極限拉伸值小于受壓，計(jì)算時(shí)取tu=100u 。下降段：隨著混凝土強(qiáng)度的提高而更為陡峭。Et=Ec3 砼第四十三頁，共92頁。2022/10/9混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150150 300標(biāo)準(zhǔn)試件）c/fcc0.5510次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能經(jīng)驗(yàn)

21、公式(Poissons ratio)：在壓力較小時(shí)，接近破壞時(shí)0.5以上，一般0.2混凝土的剪切模量為Shear Modulus3 砼第四十四頁，共92頁。2022/10/9混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的?；炷猎诤奢d重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動(dòng)的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大，在重復(fù)荷載作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形有著重要的變化。第四十五頁，共92頁。2022/10/9O13fcf

22、混凝土多次重復(fù)加載卸載的應(yīng)力應(yīng)變曲線第四十六頁，共92頁。2022/10/9混凝土長(zhǎng)期加載下的變形性能徐變(Creep)P3 砼在荷載不變的情況下隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形稱為徐變 第四十七頁，共92頁。2022/10/9 徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響使受彎構(gòu)件的撓度增大；使柱的偏心矩增大；使預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)應(yīng)力損失；徐變使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，因而引起鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力的減小，成為預(yù)應(yīng)力損失。使截面上的應(yīng)力重分布。以柱為例，任一時(shí)刻，外界荷載P=Pc+Ps。當(dāng)徐變發(fā)生后，混凝土似乎變軟，受到鋼筋的拉力反力，減小了混凝土的承壓力，而鋼筋的壓力增大?；炷灵L(zhǎng)期加載下的變形性能徐變3 砼第四十八頁，共92頁。2022/

23、10/9徐變的主要原因水泥凝膠體在荷載作用下發(fā)生粘性流動(dòng)，結(jié)晶體內(nèi)部逐漸滑動(dòng)，造成變形增大(針對(duì)應(yīng)力不大時(shí)的主要原因)?；炷羶?nèi)部的微裂縫發(fā)展的結(jié)果(針對(duì)應(yīng)力較大時(shí)的主要原因)?；炷灵L(zhǎng)期加載下的變形性能徐變3 砼第四十九頁，共92頁。2022/10/9-徐變的影響因素應(yīng)力大小 0.8fc ，曲線為發(fā)散性?？捎米鳛槠胀ɑ炷灵L(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。齡期影響 齡期越長(zhǎng)，混凝土硬化越充分，水泥石晶體所占比例越大，gel粘性流動(dòng)少，徐變小。 混凝土長(zhǎng)期加載下的變形性能徐變3 砼第五十頁，共92頁。2022/10/9材料組成骨料本身沒有徐變特性，但作為剛度較大的彈性體，可以限制約束徐變的大小。因此，骨料的剛度越

24、大，在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例越大，則徐變?cè)叫?。水灰比小，使gel的粘滯度降低，徐變減小。外部環(huán)境：養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)時(shí)，溫度越高，濕度大，則水泥水化作用越充分(晶體多，gel少)，徐變小。使用時(shí)，溫度高，相對(duì)濕度低，徐變大，因?yàn)樵诳傂熳冞€包括由于混凝土內(nèi)部水分受到外力后向外溢出的徐變。試件體表比小，表面積相對(duì)大，徐變大?；炷灵L(zhǎng)期加載下的變形性能徐變徐變與塑性的區(qū)別？3 砼第五十一頁，共92頁。2022/10/9體積變形混凝土的收縮(Shrinkage)混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。在水中結(jié)硬時(shí)，體積膨脹(dilation or swelling)收縮變

25、形與時(shí)間的關(guān)系早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成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。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4。3 砼第五十二頁，共92頁。2022/10/9收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 受到制約，在砼中產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，影響正常使用； 在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中， 可引起預(yù)應(yīng)力損失。措施：澆注時(shí)設(shè)置施工(伸縮)縫，待混凝土收縮充分收縮后再將縫澆好。收縮的主要原因 凝縮(Setting Shrinkage)：水泥水化作用過程中形成的晶體比原材料 體積小干縮(Drying Shrinkage)：混凝土硬化后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā)或濕度下降

26、引起混凝土的收縮(Shrinkage)3 砼第五十三頁，共92頁。2022/10/9收縮的影響因素混凝土的組成和配比是影響主要因素。水泥用量大(水泥晶體多)，水灰比大(后期失水)，收縮大。骨料對(duì)收縮也有制約作用，所以骨料所占體積大，剛度高，制約作用強(qiáng)，收縮小。養(yǎng)護(hù)和使用條件下的溫度和濕度：蒸汽養(yǎng)護(hù)可加快水化作用，減少混凝土中的自由水(游離水)，使以后蒸發(fā)用水減少，從而減小收縮。使用環(huán)境溫度高，濕度低，都容易使自由水蒸發(fā)，使收縮增大。另外，體表比小，表面積相對(duì)大，加快蒸發(fā)，收縮也大?；炷恋氖湛s(Shrinkage)3 砼第五十四頁，共92頁。2022/10/9AssAs s收縮： 鋼筋受壓，

27、混凝土受拉AsPAsPAs s1c1Pc2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會(huì)引起混凝土開裂徐變： s， c徐變和收縮第五十五頁，共92頁。2022/10/9目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能第五十六頁，共92頁。2022/10/94.1 鋼筋的分類(Steel Reinforcement)碳素鋼(Fe, C, Si, Mn, P, S)低碳鋼（含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼(Ti, V, Mn)硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系按化學(xué)成分Car

28、bon steelLow alloy-steel強(qiáng)度高，塑性和低溫沖擊韌性好 強(qiáng)度高，塑性可焊性低4 鋼筋第五十七頁，共92頁。2022/10/9 鋼筋(4-40mm)熱軋鋼筋：將鋼材(低碳鋼，普通低合金鋼)在高溫狀態(tài)下用機(jī)械方法扎制冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下機(jī)械拉伸而成，提高強(qiáng)度和節(jié)約鋼材熱處理鋼筋：將HRB400、KL400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工工藝碳素鋼絲光面鋼絲：一般以鋼絞線的形式應(yīng)用刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力(indented wire)鋼絞線 不同數(shù)量鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起。其中7股用得較多。 強(qiáng)度高柔軟，盤彎運(yùn)輸，在大跨橋中用。螺旋肋鋼絲

29、：先張法預(yù)應(yīng)力混凝土，粘結(jié)性能良好4.1 鋼筋的分類4 鋼筋第五十八頁，共92頁。2022/10/9外形種類強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)ftk屈服強(qiáng)度(MPa)工程符號(hào)直徑范圍d/mm光圓鋼筋低碳鋼IR235(HPB235)2358-20帶肋鋼筋低合金鋼IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余熱處理KL400(RRB)4408-40常用熱軋鋼筋R4 鋼筋表面形狀：plain 屈服強(qiáng)度 HPB235 生產(chǎn)工藝： hot rolled 鋼筋：bar HRB335 hot rolledribbed bar RRB400 Remained heat treatmentribbed ba

30、r 第五十九頁，共92頁。2022/10/9HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強(qiáng)度較低，不 宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和 塑性均較好，是目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和 塑性均較好，是今后主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；RRB400：是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫 度自行回火而成，淬火鋼筋強(qiáng)度提高，但塑性降 低，余熱處理后塑性有所改善。一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋第六十頁，共92頁。2022/10/9混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010牌號(hào)符號(hào)公稱直徑d（mm）屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

31、fyk（N/mm2）極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fstk（N/mm2）HPB300 622300420HRB335 650335455HRBF335 HRB400 650400540HRBF400 RRB400 HRB500 650500630使用原則：優(yōu)先使用400MPa級(jí)鋼筋;積極推廣500MPa 級(jí)鋼筋;取消235MPa 光圓鋼筋;逐步限制、淘汰335MPa 級(jí)鋼筋。第六十一頁，共92頁。2022/10/9第六十二頁，共92頁。2022/10/9強(qiáng)度指標(biāo)的確定(鋼材廢品限值)ftk強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率（鋼筋為97.73%）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)

32、度平均值-2均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值公路橋規(guī)：鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。4 鋼筋第六十三頁，共92頁。2022/10/9BKZZK殘余變形冷拉伸長(zhǎng)率無時(shí)效經(jīng)時(shí)效特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性下降冷拉經(jīng)過停放或加熱后進(jìn)一步提高了屈服強(qiáng)度并恢復(fù)了屈服臺(tái)階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時(shí)效硬化。* 溫度過高(450度以上)強(qiáng)度有所降低而塑性性能卻有所增加,溫度超過700度，鋼材會(huì)恢復(fù)到冷拉前的力學(xué)性能，不會(huì)發(fā)生時(shí)效硬化。為了避免冷拉鋼筋再焊接時(shí)高溫軟化，要先焊好后再進(jìn)行冷拉！4 鋼筋在常溫下用機(jī)械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力值，然

33、后卸載至零。第六十四頁，共92頁。2022/10/9冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度，但塑性降低。將鋼筋(HPB235)用強(qiáng)力拔過比本身直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)拉伸力和擠壓力。4 鋼筋第六十五頁，共92頁。2022/10/9第六十六頁，共92頁。2022/10/9按外形4.1 鋼筋的分類光圓(round)：表面平整，截面為圓形變形或帶肋(deformed,ribbed)螺紋鋼筋人字紋月牙紋4 鋼筋第六十七頁，共92頁。2022/10/9第六十八頁，共92頁。2022/10/9按供應(yīng)方式4.1 鋼筋的分類盤圓或盤條鋼筋：直徑為6

34、-10mm的鋼筋卷成圓盤直條或碾條鋼筋：直徑大于12mm的鋼筋軋成6-12m長(zhǎng)一根4 鋼筋第六十九頁，共92頁。2022/10/94.2 鋼筋的強(qiáng)度和變形有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(軟鋼)無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(硬鋼)單向拉伸實(shí)驗(yàn)4 鋼筋第七十頁，共92頁。2022/10/9ABBCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)fu拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段標(biāo)距有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋鋼筋計(jì)算的基本指標(biāo)fy 屈服下限結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一截面屈服后，將在荷載不增加的情況下產(chǎn)生持續(xù)的塑性變形，構(gòu)件可能在鋼筋未進(jìn)入強(qiáng)化段前就產(chǎn)生過大的變形和裂縫，結(jié)構(gòu)不能正常使用或已破壞。在RC構(gòu)件中，受到混凝土極限應(yīng)變的限制，截面達(dá)到破壞時(shí)鋼筋不大可能

35、進(jìn)入這樣大的應(yīng)變狀態(tài)。 fyfy/fu屈強(qiáng)比:反映出結(jié)構(gòu)可靠性能的大小, 小表明結(jié)構(gòu)的可靠?jī)?chǔ)備越大,一般要求0.8。極限強(qiáng)度第七十一頁，共92頁。2022/10/9鋼筋種類Es (105MPa)R2352.1HRB335,HRB400,KL4002.04 鋼筋（1）理想彈塑性模型（2）三段線性模型鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同：Es 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變簡(jiǎn)化模型 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋第七十二頁，共92頁。2022/10/9有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋塑性性能：延伸率，冷彎性能延伸率(Elongation Rate) (ductility rate) l0鋼筋拉伸試驗(yàn)試件的應(yīng)變量側(cè)標(biāo)距，常采用l0=5d

36、(5)或l0=10d(10)，l鋼筋拉斷或重新拼和后量側(cè)斷口兩側(cè)的標(biāo)距，即產(chǎn)生殘留伸長(zhǎng)后的標(biāo)距。延性好4 鋼筋l0l第七十三頁，共92頁。2022/10/9延伸率缺陷 僅反映鋼筋殘余變形，包含斷口頸縮區(qū)域的局部變形；忽略彈性變形，不能反映鋼筋的總體變形能力；人為誤差影響較大第七十四頁，共92頁。2022/10/9l0不包含頸縮區(qū)拉伸前的量測(cè)標(biāo)距長(zhǎng)度l拉伸斷裂后不包含頸縮區(qū)的量測(cè)標(biāo)距長(zhǎng)度b最大拉伸應(yīng)力Es鋼筋的彈性模量4 鋼筋均勻拉伸率第七十五頁，共92頁。2022/10/9有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋冷彎性能(Cold Bending Property)將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一

37、定的角度(冷彎角度)，用放大鏡檢查試件表面，如無裂縫、分層以及鱗落等現(xiàn)象，認(rèn)為材料的冷彎性能合格。 D越小，越大，則鋼筋的冷彎性能越好，說明鋼筋的塑性好。4 鋼筋第七十六頁，共92頁。2022/10/9無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(硬鋼)硬鋼(消除應(yīng)力鋼絲，鋼絞線):強(qiáng)度高，但低，塑性差，脆性大加載到拉斷，沒有明顯的屈服段。用其配筋的RC構(gòu)件，受拉往往突然斷裂，沒有明顯的預(yù)兆 曲線特性：比例極限a點(diǎn)前:直線，彈性變化a點(diǎn)后:一定的塑性，應(yīng)力和應(yīng)變均持續(xù)增長(zhǎng)極限強(qiáng)度b :頸縮出現(xiàn)下降段，直到拉斷?！皡f(xié)定流限”(條件屈服點(diǎn))作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，即加載及卸載后，相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的應(yīng)力，用表示，一般相當(dāng)于b的

38、70-85%，條件屈服強(qiáng)度：0.2=0.85 b4 鋼筋第七十七頁，共92頁。2022/10/94.3鋼筋的徐變和松弛徐變(蠕變)Creep應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)變繼續(xù)增加松弛Stress Relaxation長(zhǎng)度不變，隨時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)力降低對(duì)結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施4 鋼筋第七十八頁，共92頁。2022/10/94.4 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求4 鋼筋 保證構(gòu)件具有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備。（1）適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比（2）足夠的塑性 避免發(fā)生脆性破壞。（4）耐久性和耐火性（3）可焊性 要求鋼筋具備良好的焊接性能。 （5）與混凝土具有良好的粘結(jié) 必要的混凝土保護(hù)層厚度以滿足對(duì)構(gòu)件耐

39、火極限的要求。 （6）寒冷地區(qū)，防止鋼筋低溫冷脆導(dǎo)致破壞。 第七十九頁，共92頁。2022/10/9公路橋涵受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)按下列規(guī)定采用：鋼筋混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C20，當(dāng)用HRB400、KL400級(jí)鋼筋時(shí)，不應(yīng)低于C25。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40。嚴(yán)寒區(qū)、海水區(qū)或使用除冰鹽且受影響的橋涵構(gòu)件，不應(yīng)低于C30；有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)的環(huán)境不應(yīng)低于C35。3 砼4.5 混凝土和鋼筋的規(guī)范要求第八十頁，共92頁。2022/10/94.4 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求公路橋規(guī)：公路混凝土橋涵的鋼筋應(yīng)按下列規(guī)定采用 1 鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋宜選用熱扎R235、HRB335、HRB400和KL400鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的箍筋選用其中