第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能_第1頁(yè)
第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能_第2頁(yè)
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第一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的根本

概念及材料的物理力學(xué)性能1/12/20231目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的根本概念混凝土結(jié)構(gòu)的開展?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1/12/2023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)〔ConcreteStructures〕。1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的根本概念素混凝土PlainConcrete纖維增強(qiáng)混凝土FiberReinforcedConcrete鋼骨混凝土SteelReinforcedConcrete鋼筋混凝土ReinforcedConcrete鋼管混凝土ConcreteFilledSteelTube預(yù)應(yīng)力混凝土PrestressedConcrete鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)CompositeStructure1根本概念1/12/2023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1/8~1/20

破壞時(shí)具有明顯的脆性特征混凝土的材料特性1根本概念1/12/2023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根本概念1/12/2023混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)素混凝土梁L=1500mm120200C20P鋼筋混凝土梁L=1500mm1202002f14C20PP=4.4kNP=62.5kN由上述比照試驗(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(méi)有明顯預(yù)兆;而鋼筋混凝土梁那么表現(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根本概念1/12/2023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*兩者的溫度線膨脹系數(shù)很接近,防止產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力破壞兩者的粘結(jié)力,混凝土:1.0×10-5~1.5×10-5/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根本概念1/12/2023目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的根本概念混凝土結(jié)構(gòu)的開展?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1/12/20232.混凝土結(jié)構(gòu)的開展?fàn)顩r混凝土結(jié)構(gòu)的開展取決于混凝土材料的開展2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生*1824年,英國(guó)人J.Aspdin創(chuàng)造了波特蘭水泥,有了混凝土;*1849年,法國(guó)人JosephLouisLambot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)的創(chuàng)造者;*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(lái),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。1/12/2023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年代:42N/mm2,有特殊需要時(shí):40N/mm2~100N/mm2,試驗(yàn)室中:300N/mm2輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用容重一般為:14kN/m3~18kN/m3(普通混凝土為24kN/m3),加氣混凝土、陶粒混凝土、火山巖混凝土、碎磚混凝土等無(wú)砂混凝土(Non-finesconcrete):只有粗骨料,無(wú)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材料方面的開展2開展?fàn)顩r1/12/2023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)特的豎條毛竹模板清水混凝土剪力墻

1/12/2023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1/12/20232.3結(jié)構(gòu)方面的開展2開展?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1/12/20232.4理論研究方面的開展2開展?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K·S≤R≤[]=f/KS(kqi·qik)≤R(fck/kc,fsk/ks,As,b)1/12/2023結(jié)構(gòu)根本理論----如何設(shè)計(jì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)荷載確實(shí)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)用與開展,結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用2.4理論研究方面的開展2開展?fàn)顩r1/12/20232.4理論研究方面的開展結(jié)構(gòu)根本理論----舊結(jié)構(gòu)的維護(hù)、改造與加固〔80年代中期開展起來(lái)〕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開展?fàn)顩r1/12/20232.4理論研究方面的開展2開展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)根本理論----計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用Ansys,Abaqus,Femap,PKPM,ADINA1/12/20232.5混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用2開展?fàn)顩r房屋工程:我國(guó)超過(guò)100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或?yàn)榛炷梁弯摰慕M合結(jié)構(gòu)臺(tái)北101大樓:位于中國(guó)臺(tái)北,2004年建成,共101層,樓高1671英尺(509米),八根巨型的鋼管混凝土1/12/2023上海環(huán)球金融中心:目前為中國(guó)大陸第一高樓、世界最高的平頂式大樓,樓高492米〔1,614英尺〕,地上101層。1/12/2023馬來(lái)西亞首都吉隆坡的雙子塔:(PetronasTowers),高1483英尺(452米),88層。這兩座高樓于1998年完工,也是目前世界上最高的雙子樓。鋼骨混凝土,C802開展?fàn)顩r1/12/20231/12/2023交通工程:隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵大都采用混凝土結(jié)構(gòu)。2開展?fàn)顩r蘇通大橋跨徑為1088米,是當(dāng)今世界跨徑最大斜拉橋

1/12/2023水利工程大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)2開展?fàn)顩r三峽大壩全景圖1/12/2023特種工程:核電站的平安殼、熱電廠的冷卻塔、儲(chǔ)水池、儲(chǔ)氣灌、海洋石油平臺(tái)、電視塔等多倫多電視塔〔549米〕預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)2開展?fàn)顩r1/12/2023東方明珠電視塔僅次于加拿大多倫多電視塔和前蘇聯(lián)的莫斯科電視塔,名列世界第三,居亞洲第一。其主體結(jié)構(gòu)高350米,全塔總高度為468米.50米、45米及14米的巨型鋼結(jié)構(gòu)球體,分別重450噸800噸50噸;最引人矚目的是長(zhǎng)118米、重450噸的鋼天線桅桿1/12/2023鋼筋混凝土兩者間的粘結(jié)強(qiáng)度變形粘結(jié)破壞的過(guò)程和機(jī)理1/12/2023目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的根本概念混凝土結(jié)構(gòu)的開展?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1/12/20233.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)和硬化形成的復(fù)合材料。1/12/20233砼3.1混凝土強(qiáng)度(StrengthofConcrete)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CubicCompressiveStrengthCompressiveStrengthTensileStrengthMulti-Strength抵抗外力產(chǎn)生的某種應(yīng)力的能力1/12/20233砼混凝土立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu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-strengthconcretehigh-strengthconcretefm-1.645σfm正態(tài)分布1/12/2023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:150mm×150mm×150mm非標(biāo)準(zhǔn)試塊:100mm×100mm×100mm

換算系數(shù)200mm×200mm×200mm

換算系數(shù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu摩擦力不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑1/12/2023混凝土軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c: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:150×150×300mm

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;C55取0.78,對(duì)C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化;c2—C40以上混凝土脆性折減系數(shù),對(duì)C40取,對(duì)C80取,中間按線性規(guī)律變化。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6×12in(152×305mm)1/12/20231/12/2023混凝土抗拉強(qiáng)度f(wàn)t3砼劈裂強(qiáng)度f(wàn)tsSplittingStrength實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:ft<fts1/12/2023巴西圓盤-巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試方法1/12/2023f150—150mm立方體抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)。1/12/2023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(BiaxialStressState)3砼①雙向受拉,接近單軸抗拉強(qiáng)度;②雙向受壓,混凝土的側(cè)向變形受到約束,強(qiáng)度提高;③一拉一壓,加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的開展,抗拉、抗壓強(qiáng)度均降低。1/12/2023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(shearandnormalstress)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fc左右時(shí),抗剪強(qiáng)度到達(dá)最大,壓應(yīng)力繼續(xù)增大,那么由于內(nèi)裂縫開展明顯,抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。3砼1/12/2023復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度三向受壓強(qiáng)度(Triaxialcompressivestrengthtesting

)1=fcc’1=fcc’2=32----側(cè)向約束壓應(yīng)力(加液壓)無(wú)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)(4.5-7.0)3砼1/12/2023混凝土的疲勞強(qiáng)度FatigueStrength破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強(qiáng)度<fcfcf確實(shí)定原那么:100×100×300或150×150×450的棱柱體試塊承受200萬(wàn)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1/12/20233砼1/12/2023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:徐變屢次重復(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(DeformationofConcrete)3砼1/12/2023混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能Stress-strainRelationship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)行非線性分析的根底。3砼02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO試件為棱柱體或圓柱體1/12/2023A點(diǎn)以前,微裂縫沒(méi)有明顯開展,混凝土的變形主要彈性變形,應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加,對(duì)普通強(qiáng)度混凝土sA約為(0.3~0.4)fc,對(duì)高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.5~0.7)fccu02468102030s(MPa)e×10-3ABCEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線1/12/2023到達(dá)B點(diǎn)以后,混凝土產(chǎn)生局部塑性變形,應(yīng)力-應(yīng)變逐漸偏離直線。B點(diǎn)時(shí)的裂縫開展已不穩(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0.8fc,高強(qiáng)混凝土sB可達(dá)0.95fccu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線1/12/2023到達(dá)C點(diǎn)時(shí),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。C點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力稱為峰值應(yīng)力,即為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。繼續(xù)開展至D點(diǎn)時(shí),破壞面初步形成。(fc,0)cu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFOe0

fc軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線1/12/2023E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)一步開展,摩阻力不斷下降,試件的剩余強(qiáng)度約為0.1~0.4fc02468102030s(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1/12/2023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cu2.混凝土是一種彈塑性材料3.曲線上升段上下反映混凝土強(qiáng)度大小,下降段陡緩反映混凝土變形能力的大小(fc,0)cu1/12/2023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

c02c0

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cco環(huán)箍斷裂3砼1/12/2023彈性模量(ModulusofElasticityorElasticModulus)混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能3砼1/12/2023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%到達(dá)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1/12/2023混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法〔150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試件〕c/fcc0.55~10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)公式(Poisson’sratio):在壓力較小時(shí),接近破壞時(shí)以上,一般混凝土的剪切模量為ShearModulus3砼1/12/2023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。1/12/2023Oεσσ1σ3fcf混凝土屢次重復(fù)加載卸載的應(yīng)力—應(yīng)變曲線1/12/2023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1/12/2023

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1/12/2023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)部的微裂縫開展的結(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1/12/2023徐變的影響因素應(yīng)力大小

fc,線性徐變=(0.5-0.8)fc,非線形徐變

fc,曲線為發(fā)散性。可用作為普通混凝土長(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1/12/2023材料組成 骨料本身沒(méi)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,骨料的剛度越大,在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例越大,那么徐變?cè)叫 K冶刃?,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,那么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,外表積相對(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1/12/2023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(dilationorswelling)收縮變形與時(shí)間的關(guān)系早期收縮變形開展較快,兩周可完成全部收縮的25%,一個(gè)月可完成50%,以后變形開展逐漸減慢,整個(gè)收縮過(guò)程可延續(xù)兩年以上。通常,最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4。3砼1/12/2023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(SettingShrinkage):水泥水化作用過(guò)程中形成的晶體比原材料體積小干縮(DryingShrinkage):混凝土硬化后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā)或濕度下降引起混凝土的收縮(Shrinkage)3砼1/12/2023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,外表積相對(duì)大,加快蒸發(fā),收縮也大。混凝土的收縮(Shrinkage)3砼1/12/2023AssAss收縮:鋼筋受壓,混凝土受拉AsPAsPAss1c1Ps2Ass2P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1/12/2023目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的根本概念混凝土結(jié)構(gòu)的開展?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1/12/20234.1鋼筋的分類(SteelReinforcement)碳素鋼(Fe,C,Si,Mn,P,S)低碳鋼〔含碳量<0.25%〕中碳鋼〔含碳量0.25~0.6%〕高碳鋼〔含碳量0.6~1.4%〕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CarbonsteelLowalloy-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1/12/2023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(guò)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:在鋼絲外表刻痕,以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力(indentedwire)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:與刻痕鋼絲(4-9mm),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1/12/2023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:hotrolled鋼筋:barHRB335hotrolledribbedbarRRB400Remainedheattreatmentribbedbar1/12/2023HPB235: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1/12/2023強(qiáng)度指標(biāo)確實(shí)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)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1/12/2023BKZZ’K’殘余變形冷拉伸長(zhǎng)率無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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。為了防止冷拉鋼筋再焊接時(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(guò)屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力值,然后卸載至零。1/12/2023冷拔經(jīng)過(guò)冷拔后鋼筋沒(méi)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(guò)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1/12/20231/12/2023按外形4.1鋼筋的分類光圓(round):外表平整,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1/12/2023按供給方式4.1鋼筋的分類盤圓或盤條鋼筋:直徑為6-10mm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1/12/20234.2鋼筋的強(qiáng)度和變形有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(軟鋼)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(硬鋼)單向拉伸實(shí)驗(yàn)4鋼筋1/12/2023AB’BCDE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)算的根本指標(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(guò)大的變形和裂縫,結(jié)果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,截面到達(dá)破壞時(shí)鋼筋不大可能進(jìn)入這樣大的應(yīng)變狀態(tài)。fyfy/fu屈強(qiáng)比(強(qiáng)屈比):反映出結(jié)構(gòu)可靠性能的大小,小說(shuō)明結(jié)構(gòu)的可靠?jī)?chǔ)藏越大,一般要求。 極限強(qiáng)度1/12/2023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1/12/2023有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋塑性性能:延伸率,冷彎性能延伸率(ElongationRate)(ductilityrate)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(5)或l0=10d(10),

d為鋼筋的直徑。??5>=<10l—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。斷面收縮率((PercentageReductionofArea))

延性好4鋼筋l0l1/12/2023l0—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1/12/2023有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋冷彎性能(ColdBendingProperty)伸長(zhǎng)率一般不能反映鋼材的脆化傾向,為使鋼筋在彎折加工時(shí)不致斷裂和在使用過(guò)程中不致脆斷,應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)。將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一定的角度(冷彎角度),用放大鏡檢查試件外表,如無(wú)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,那么鋼筋的冷彎性能越好,說(shuō)明鋼筋的塑性好。4鋼筋1/12/2023無(wú)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(méi)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(méi)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)于剩余應(yīng)變?yōu)?.2%的應(yīng)力,用表示,一般相當(dāng)于b的70-85%,條件屈服強(qiáng)度:=0.85b4鋼筋1/12/2023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StressRelaxation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1/12/20234.4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)藏?!?〕適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比〔2〕足夠的塑性防止發(fā)生脆性破壞?!?〕耐久性和耐火性〔3〕可焊性要求鋼筋具備良好的焊接性能?!?〕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)件耐火極限的要求?!?〕寒冷地區(qū),防止鋼筋低溫冷脆導(dǎo)致破壞。1/12/2023公路橋涵受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)按以下規(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混凝土和鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)要求1/12/20234.4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)按以下規(guī)定采用1鋼筋

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