第一章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能

第一章鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能第1頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PP鋼筋（加筋）+混凝土鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（材料，構(gòu)件）拉壓性能均好抗壓性能好利用混凝土抗壓，鋼筋受拉（亦可受壓）----各盡其能，相得益彰第2頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*2)鋼筋和混凝土能很好的一起工作的原因1混凝土和鋼筋之間有良好的粘結(jié)力，兩者可共同受力，共同變形2、兩者的溫度線膨脹系數(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：1.0×10-5~1.5×10-5，鋼筋：1.2×10-53、混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化

第3頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3)混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：耐久性好耐火性好整體性好可模性好就地取材(價(jià)低）缺點(diǎn)：自重大易開裂（耗模板）施工受季節(jié)性影響修補(bǔ)拆裝困難第4頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2混凝土

1.2.1強(qiáng)度（影響因素：材料、配合比、養(yǎng)護(hù)環(huán)境、施工方法、試件形狀尺寸、實(shí)驗(yàn)方法等）1)立方體抗壓強(qiáng)度fcu標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×15020℃28天承壓板試塊摩擦力我國(guó)規(guī)范的方法：不涂潤(rùn)滑劑不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑強(qiáng)度大于壓力試件裂縫發(fā)展擴(kuò)張整個(gè)體系解體，喪失承載力非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×100換算系數(shù)0.95200×200×200換算系數(shù)1.05第5頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)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（d=150,h=300），用fc’2)棱柱體抗壓強(qiáng)度fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×300非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×300換算系數(shù)0.95200×200×400換算系數(shù)1.05考慮到承壓板對(duì)試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，且有：fc=0.76fcu(試驗(yàn)結(jié)果)圓柱體抗壓強(qiáng)度第6頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3)抗拉強(qiáng)度

直接受拉試驗(yàn)ft100100150150500試驗(yàn)結(jié)果：ft=0.26fcu2/3考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷速度等的影響，取ft=0.23fcu2/3第7頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月劈裂試驗(yàn)ftsddftsFFFF規(guī)定150mm立方體第8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）.復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度

2/fc

/fc

/fc0.20.1-0.1

0.00.61.01.01.01.21.2-0.2-0.2

1/fc拉壓?jiǎn)屋S抗拉強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度雙向正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線第9頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度

1=fcc’

1=fcc’

2=3=fLfL----側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗(yàn)有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng)度無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度第10頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5）混凝土的疲勞強(qiáng)度fcf

3

2

1

疲勞強(qiáng)度<fc破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf的確定原則：100×100×300或150×150×450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)力值第11頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2混凝土的變形性能1）單調(diào)、短期受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系記住幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)及其值

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810D反彎收斂點(diǎn)2)影響因素(強(qiáng)度、加載速度、設(shè)備）第12頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）重復(fù)荷載下混凝土的變形性能包羅線與一次性加載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似

p

e

第13頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同變形模量（割線模量、彈塑性模量）4）混凝土的彈性模量

0

c

c

c

c

e

p

1切線模量受壓時(shí)，為0.4~1.0；受拉破壞時(shí)，為1.0第14頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試件）

c/fc

c0.55~10次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec第15頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混凝土的泊松比μc，在壓力較小時(shí)為0.15~0.18，接近破壞時(shí)可達(dá)0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量為混凝土的泊松比和剪切模量第16頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

chr5）長(zhǎng)期荷載作用下混凝土的變形性能----徐變0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

c<0.5fc，線性徐變

c<0.8fc，非線性徐變

cc

i

cir

cpP原因：水分蒸發(fā)、膠凝體的粘性流動(dòng)、結(jié)晶體的移動(dòng)、混凝土內(nèi)部微裂縫的閉合、發(fā)展第17頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響徐變的因素應(yīng)力：

c<0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比----線性徐變0.5fc<

c<0.8fc，非線性徐變

c>0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定加荷時(shí)混凝土的齡期，越早，徐變?cè)酱笏嘤昧吭蕉?，水灰比越大，徐變?cè)酱蠊橇显接?，徐變?cè)叫〉?8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6）混凝土的收縮----結(jié)硬過程中混凝土體積縮小的現(xiàn)象影響因素水泥品種：等級(jí)越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小養(yǎng)護(hù)條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等第19頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs

s1

c1P

s2As

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

第20頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響As

sAs

s收縮：鋼筋受壓，混凝土受拉As第21頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3鋼筋(要求強(qiáng)度高、塑性、可焊性、與混凝土粘接性好）

1.3.1.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（力學(xué)指標(biāo)強(qiáng)度、變形）

AB’BCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段0.2%

0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同第22頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)度指標(biāo)*明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度）作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)?，鋼筋屈服后?huì)產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度

變形指標(biāo)*伸長(zhǎng)率：鋼筋拉斷后的伸長(zhǎng)量與原長(zhǎng)的比值*冷彎要求：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生裂紋、鱗落、斷裂第23頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2.鋼筋的成分、級(jí)別和品種按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）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（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系第24頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋鋼絲碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋R235，熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，余熱處理鋼筋KL400冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、KL400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成第25頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月按表面形狀光圓鋼筋變形鋼筋（書）鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋：R235，HRB335，HRB400，KL400預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋第26頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無時(shí)效經(jīng)時(shí)效

BKZZ’K’殘余變形冷拉伸長(zhǎng)率1.3.3鋼筋的冷加工和熱處理a:冷拉K點(diǎn)的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制溫度的影響：溫度達(dá)700oC時(shí)恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性下降第27頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不降低強(qiáng)度的前提下，消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力，改善塑性和韌性b: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)度熱處理對(duì)特定鋼號(hào)的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理強(qiáng)度提高，塑性降低第28頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)

粘結(jié)力的大?。喊纬鰧?shí)驗(yàn)1.5-3.5MP2.5-6MP粘結(jié)機(jī)理：力來源于三方面（化學(xué)膠著、摩擦、機(jī)械咬合）影響因素：混凝土的強(qiáng)度、鋼筋的位置、鋼筋凈距、保護(hù)層厚度、鋼筋表面形狀第29頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)一、簡(jiǎn)答：

1、結(jié)構(gòu)按材料分那些類？2、構(gòu)件按受力狀態(tài)分那些類？3、什么是混凝土的收縮？它對(duì)混凝