第二章-混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理知識講解

第22.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.1單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度凝土的強(qiáng)度是復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度的基礎(chǔ)和重要參數(shù)。國對各種單軸向受力下的混凝土強(qiáng)度都規(guī)定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。1混凝土的抗壓強(qiáng)度(1)混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度f和強(qiáng)度等級cu,k我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定以邊長為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在℃的溫度和相對濕度90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，單位為“N/mm。2用上述標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度作為混凝土的強(qiáng)度等級?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的混凝土強(qiáng)度等級有C15C20C25C30C35C40C45、C50、C55、C60、、C70、C75和C80，共14個等級。例如，C30表示立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30N/mmC50～C80屬高強(qiáng)度混凝土范疇。2圖(2)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的形狀有關(guān),采用棱柱體比立方體能更好地反映混凝土結(jié)構(gòu)的實際抗壓能力。用混凝土棱柱體試件測得的抗壓強(qiáng)度稱為軸心抗壓強(qiáng)度。圖我國《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T—2002)規(guī)定以150mm×150mm×300mm的棱柱體作為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗的標(biāo)準(zhǔn)試件。95%保證率的抗壓強(qiáng)度為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號f表示，下標(biāo)c表示受壓，k表示標(biāo)準(zhǔn)值。ck圖立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系按下式確定：f0.88f1c2,k為棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之比，對混凝土強(qiáng)度等級為C50及以下的取10.76，對C80取0.82，兩者之間按直線規(guī)律變化取值。為高強(qiáng)度混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40及以下取，對C80取c2線規(guī)律變化取值。0.88為考慮實際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。土協(xié)會都采用直徑6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)，記作。對C60以下的混凝土，圓柱體抗壓強(qiáng)度f′c和立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k之間的關(guān)系可按下式計算。當(dāng)f超過60N/mm后隨著抗壓強(qiáng)度的提高，f′c與f的比值（即公式中2cu,kcu,k的系數(shù)）也提高。CEB-FIP和MC-90給出：對C60的混凝土，比值為0.833；對C70的混凝土，比值為0.857；對C80的混凝土，比值為0.875。ffc,cu,k2混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是混凝土的基本力學(xué)指標(biāo)之一，其標(biāo)準(zhǔn)值用f表示，下標(biāo)tk表示標(biāo)準(zhǔn)值?；炷恋妮S心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉的試驗方法來測定。tk圖ff0.55tk)0.45cu,kc22Ff0dlt圖2.1.2復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件實際上大多處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，例如框架梁要承受彎矩和剪力的作用；時，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度，對于認(rèn)識混凝土的強(qiáng)度理論也有重要的意義。圖圖2圖f,f(4.57.0)f,cccL2.1.3混凝土的變形1圖混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀和特征是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)標(biāo)志。較大的差異，混凝土強(qiáng)度越高，下降段的坡度越陡，即應(yīng)力下降相同幅度時變形越小，延性越差。圖混凝土單軸向受壓應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系曲線圖圖混凝土軸向受拉時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖混凝土的變形模量混凝土的彈性模量（即原點模量）混凝土的變形模量EtanC0EcceEE,1cCcc混凝土的切線模量,,tanCE可以看出，混凝土的切線模量是一個變值，它隨著混凝土應(yīng)力的增大而減小。需要注意的是，混凝土不是彈性材料，所以不能用已知的混凝土應(yīng)變乘以規(guī)范中所給近似相等?；炷恋膹椥阅Ａ靠砂聪率接嬎悖?02E(KN/mm)234.7c2.2fcu,k2荷載長期作用下混凝土的變形性能圖)圖3混凝土的收縮與膨脹圖2-18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(qiáng)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(hù)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。2.1.4混凝土的疲勞混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。載作用下的破壞稱為疲勞破壞。圖2-19混凝土在重復(fù)荷載作用下的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞試驗測定。疲勞試驗采用100mm×100mm×300mm或150mm×150mm×450mm200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度。隨著疲勞應(yīng)力比值的減小而增大。2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1鋼筋的種類框架梁、柱以及剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)中。鋼筋是低碳鋼、普通低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成的軟鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的屈服點和流幅，斷裂時有頸縮現(xiàn)象，伸長率比較大。國產(chǎn)普通鋼筋按其屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的高低，分為4個強(qiáng)度等級：、335MPa、400MPa和500MPa。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》提出了推廣高強(qiáng)度、高性能鋼筋HRB400和HRB500的要求。HRB400。箍筋宜采用HRB400、、HRB335和HPB300。光圓鋼筋HPB300雖然也可用作縱向受力鋼筋，因其強(qiáng)度較低，故主要用作箍筋。當(dāng)HRB500和HRBF500用作箍筋時，只能用于約束混凝土的間接鋼筋，即螺旋箍筋或焊接環(huán)筋，見5.2.2節(jié)。細(xì)晶粒系列HRBF鋼筋、HRB500和熱處理鋼筋RRB400都不能用作承受疲勞作用的鋼筋，這時宜采用HRB400鋼筋。工地上常把上述4個強(qiáng)度等級的鋼筋俗稱為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級鋼筋，但在施工圖和正式文件中，都不應(yīng)采用此俗稱。2.2.3鋼筋的強(qiáng)度與變形圖對有明顯流幅的鋼筋，在計算承載力時以屈服點作為鋼筋強(qiáng)度限值。有明顯流幅的熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的。圖對沒有明顯流幅或屈服點的預(yù)應(yīng)力鋼筋，一般取殘余應(yīng)變0.2%所對應(yīng)的應(yīng)力作為其條件屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。2.2.4鋼筋本構(gòu)關(guān)系鋼筋單調(diào)加載的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系曲線有以下三種：1描述完全彈塑性的雙直線模型雙直線模型適用于流幅較長的低強(qiáng)度鋼材2描述完全彈塑性加硬化的三折線模型應(yīng)力強(qiáng)化，并能正確地估計高出屈服應(yīng)變后的應(yīng)力。3描述彈塑性的雙斜線模型雙斜線模型可以描述沒有明顯流幅的高強(qiáng)鋼筋或鋼絲的應(yīng)力應(yīng)變曲線。2.2.5鋼筋的疲勞斷裂的現(xiàn)象。吊車梁、橋面板、軌枕等承受重復(fù)荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用期間會由于疲勞發(fā)生破壞。應(yīng)力集中。應(yīng)力過高，鋼材晶?；?，產(chǎn)生疲勞裂紋，應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增加，裂紋擴(kuò)展，高。度試驗結(jié)果是很分散的。我國采用直接做單根鋼筋軸拉試驗的方法。2.2.6混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3.1粘結(jié)的意義圖2.3.2粘結(jié)力的組成光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用主要由以下三部分組成：漿體對鋼筋表面氧化層的滲透以及水化過程中水泥晶體的生長和硬化。這種膠結(jié)力一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑移時即消失。力。這種壓應(yīng)力越大，接觸面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。粗糙不平。圖τ2.3.4鋼筋的錨固1基本錨固長度labGB—2010規(guī)定的受拉鋼筋錨固長度l為鋼筋的基本錨固長度。ab圖flabdytf2受拉鋼筋的錨固（1）受拉鋼筋的錨固長度200mm。llaa1）當(dāng)帶肋鋼筋的公稱直徑大于25mm時，取1.10；2）環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋取1.25；3）施工過程中易擾動的鋼筋取1.10；4）當(dāng)縱向受力鋼筋的實際面積大于其設(shè)計計算面積時，修正系數(shù)取設(shè)計計算面積與實際配筋面積的比值，但對有抗震設(shè)防要求及直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)考慮此項修正；53d時修正系數(shù)可取0.805d時修正系數(shù)可取0.70，中間按內(nèi)插取值，此處d為錨固鋼筋直徑；6）當(dāng)多于上述一項時，可按連乘計算，但不應(yīng)小于0.6；對預(yù)應(yīng)力筋，可取1.0。（2）錨固區(qū)的橫向構(gòu)造鋼筋當(dāng)錨固鋼筋的保護(hù)層厚度不大于5d時，錨固長度范圍內(nèi)應(yīng)配置直徑不小于d/4的橫向構(gòu)造鋼筋。（3）錨固措施當(dāng)縱向受拉普通鋼筋末端采用彎鉤或機(jī)械錨固措施時，包括彎鉤或錨固端