結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 201297 chapter1

第1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1.1鋼筋混凝土(reinforcedconcrete)結(jié)構(gòu)基本概念1、為什么要將鋼筋配置在混凝土結(jié)構(gòu)中？素混凝土梁

破壞特征：一裂即斷，脆性，破壞無(wú)預(yù)兆；Fmax≈8kN

破壞特征：裂不等于壞，破壞有預(yù)兆；Fmax≈46kN鋼筋混凝土梁2在素混凝土結(jié)構(gòu)中加入少量鋼筋以后，構(gòu)件的承載能力有很大提高，受力性能和破壞特征有明顯改善。素混凝土柱與鋼筋混凝土柱鋼筋的作用：代替混凝土受拉或協(xié)助混凝土受壓2、鋼筋和混凝土為什么能共同工作？混凝土結(jié)硬后與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，能相互傳遞應(yīng)力，共同變形。鋼筋與混凝土有相近的溫度線膨脹系數(shù)鋼筋：

c=1.2×10-5℃-1

混凝土：

c=1.0×10-5—1.5×10-5℃-1混凝土可以保護(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕。材料性能

重點(diǎn)：混凝土和鋼筋的種類及選用原則，鋼筋與混凝土的黏結(jié)錨固問(wèn)題。

難點(diǎn)：混凝土的收縮與徐變性能，

混凝土的本構(gòu)關(guān)系與多軸受力下的強(qiáng)度。1.2混凝土concrete1.2.1混凝土的強(qiáng)度(thestrengthofconcrete)（1）混凝土立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu

形狀：邊長(zhǎng)為150mm的立方體

1）試件：溫度：20℃±3℃

相對(duì)濕度：90%以上養(yǎng)護(hù)時(shí)間：28天.2）影響因素:

——

試驗(yàn)方法（套箍作用）(圖1-3)——

試件尺寸（尺寸越小,摩阻力影響越大,強(qiáng)度越高）。換算系數(shù)：1.05和0.95(a)Withoutgrease

(b)Withgrease

Cubicsizeofside(mm)Thecalculatingcoefficient200×200×2001.05150×150×1501.00100×100×1000.95●Thecubestrengthofconcreteisclassifiedintothefollowinggrades:C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80◆The“C”standsfor“concrete”andthefollowingnumeralsindicatethestandardcubestrengthfcu,k-(立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值)oftheconcreteinMPa.立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：測(cè)得的具有95%以上保證率的抗壓強(qiáng)度作為立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。（2）混凝土軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c

(棱柱體強(qiáng)度)1)試件:150mm×150mm×300mm,制作方法同立方體試件.2)影響因素:

試件高度h與邊長(zhǎng)b之比,比值越大,軸心抗壓強(qiáng)度越小.(圖1-4)

Axially-compressedStrength(prismcompressivestrength)ofConcrete

測(cè)試方法(如下圖）

（3）TensileStrengthofConcreteft(混凝土抗拉強(qiáng)度)1）Directpullingtest(直接拉伸試驗(yàn))2）Splittingtest(劈裂試驗(yàn))Empiricalformulaforthetensilestrengthofconcrete(混凝土抗拉強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式)Directpullingtest:

Splittingtest:

◆Astheworkingconditionsbetweentheactualconcretememberandthespecimenaredifferent,intheChinesecode,thetensilestrengthofconcreteftistakenas

（4）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度1)雙向應(yīng)力：兩個(gè)垂直平面上作用有法向應(yīng)力,第三個(gè)平面上應(yīng)力為零.強(qiáng)度變化特點(diǎn):雙向受壓；雙向受拉；一向受拉、一向受壓

2)三向應(yīng)力

混凝土三向受壓時(shí)，各個(gè)方向上的抗壓強(qiáng)度都有很大的提高。軸心抗壓強(qiáng)度與側(cè)壓應(yīng)力

2的關(guān)系有如下線性經(jīng)驗(yàn)式.

混凝土強(qiáng)度提高的原因是由于側(cè)向約束了混凝土受壓后橫向變形，限制了混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，從而提高了混凝土在受壓方向上的抗壓強(qiáng)度

混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度三向受壓狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度1.2.2deformationofConcrete(混凝土的變形)1.混凝土在單調(diào)、短期加載作用下的變形性能(1)Stress-straincurve(應(yīng)力應(yīng)變曲線)1）

上升段

OA線性段—虎克定理

AB塑性，裂紋穩(wěn)定發(fā)展階段

BC塑性，裂紋非穩(wěn)定發(fā)展階段2）

下降段CD3）

收斂段DE影響混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的主要因素

1）混凝土的強(qiáng)度。上升段影響較小，下降段影響較大。強(qiáng)度越高，延性越差。延性是材料承受變形的能力）2）應(yīng)變速率。（即加載速度）應(yīng)變速率小，峰值應(yīng)力降低，

增大。3）測(cè)試技術(shù)和試驗(yàn)條件（2）混凝土的彈性模量，變形模量（如圖）

ModulusofElasticityofConcrete2)Tangentmodulusofelasticity(切線模量)3)Secantmodulusofelasticity(割線模量)彈塑性模量、變形模量適用于應(yīng)力較大的情況1)Initialmodulusofelasticity(原點(diǎn)彈性模量)適用于應(yīng)力較小的情況根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析Ec的經(jīng)驗(yàn)公式為彈性模量測(cè)定方法：受拉彈性模量=受壓彈性模量theshearmodulusofelasticity(剪切模量)ofconcrete=0.4EcthePoissonratio(泊松比=橫向應(yīng)變/縱向應(yīng)變)ofconcrete,inChinesecode=0.2.2.混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的變形性能Long-termPropertiesofConcrete（1）CreepofConcrete(混凝土的徐變)混凝土的徐變：是指在荷載長(zhǎng)期作用下應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象影響徐變的因素：1）混凝土長(zhǎng)期荷載作用下的應(yīng)力

應(yīng)力

≤0.5時(shí)，線性徐變；

0.5≤

≤0.8，時(shí)，非線性徐變

>0.8，非穩(wěn)定徐變,不收斂。

3）混凝土的組成成分和配合比水泥用量越多，徐變?cè)酱?；水灰比越大，徐變?cè)酱?；骨料的彈性模量愈大，骨料體積在混凝土中所占的比重愈高，則徐變愈小。2）加載時(shí)混凝土的齡期加載時(shí)混凝土的齡期越短，則徐變變形越大4）養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫度與濕度養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高，濕度大，則水泥水化作用充分，徐變減??；受荷后所處環(huán)境的溫度越高，濕度越低，則徐變?cè)酱?）構(gòu)件尺寸、體表比（圖1-17）尺寸越大，體表比越大，徐變?cè)叫⌒熳儗?duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響：產(chǎn)生應(yīng)力重分布結(jié)構(gòu)變形增大。在高應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致構(gòu)件破壞。（2）ShrinkageofConcrete(混凝土的收縮)混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積縮小的現(xiàn)象稱為收縮混凝土在水中或處于飽和濕度情況下結(jié)硬時(shí)體積增大的現(xiàn)象稱為膨脹①Plasticshrinkageofconcrete(混凝土的塑性收縮)硬化初期水泥石在水化凝固結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化②Dryingshrinkageofconcrete(混凝土的干燥收縮)自由水分蒸發(fā)而引起的干縮影響混凝土收縮的因素1）Amountofcement(水泥用量)和.Water-cementratio(水灰比).2）Aggregate(骨料).3）Mediumambientcondition(環(huán)境條件).4）Sizeoftheelement(構(gòu)件尺寸).se◆1.steelwithaclearyieldingstrength(mildsteel)a’—proportionallimit

s=Esea’a—elasticlimitade—strainhardeningstagebb—upperyieldstrengthc—loweryieldstrength，即yieldstressfyccd—yieldplateauefue—ultimatetensilestrength

fu

fyfod1.3鋼筋steelreinforcement1.3.1鋼筋的強(qiáng)度與變形力學(xué)性能指標(biāo)(1)Yieldingstrength(屈服強(qiáng)度)

(2)Ultimatetensilestrength(極限抗拉強(qiáng)度)

Theratioofultimatetensilestrength

toYieldingstrength(強(qiáng)屈比)(3)Percentageelongation(伸長(zhǎng)率)

(4)Cold-bentProperty(冷彎性能圖1-20)2.Hardeningsteelwithoutaclearyieldingstrength(硬鋼-沒(méi)有明顯流幅的鋼筋).a：

proportionallimit

，about0.75fu定義一個(gè)名義的屈服點(diǎn)，該點(diǎn)稱為條件屈服點(diǎn)。殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力《規(guī)范》取s0.2=0.85

sb

1.3.2鋼筋的成份、級(jí)別和品種1.成份碳素鋼：以鐵為主，加少量C、Mn等。按含C量又分為低碳

鋼（C≤0.22%），中碳鋼（C=0.25～0.6%），高碳

鋼（C>0.6%）.普通低合金鋼：在碳素鋼成分中加入少量的合金元素，如Si、

Mn等。

2.等級(jí)

《公路橋規(guī)》對(duì)熱軋鋼筋按照強(qiáng)度分為五個(gè)等級(jí)，即I、II、III。

3.品種按外形特征分為：光圓鋼筋和變形鋼筋。變形鋼筋分為螺旋鋼筋、“人”字形鋼筋和月牙形鋼筋(圖1-21。)HPB235(R235)HotrolledPlainBarHRB335HotrolledRibbedBarRRB400RolledRibbedBar1.4鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)一粘結(jié)力

1.粘結(jié)力：構(gòu)件中的鋼筋受到拉或壓后，混凝土與鋼筋之間存在水泥膠結(jié)力、摩擦力、機(jī)械咬合力，這些力統(tǒng)稱為粘結(jié)力。

2.粘結(jié)應(yīng)力：鋼筋與混凝土由于受變形差（相對(duì)滑移）沿鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力。3.平均粘結(jié)應(yīng)力鋼筋被拔出或者混凝土被劈裂時(shí)的最大平均粘結(jié)應(yīng)力。

4.鋼筋錨固長(zhǎng)度確定錨固長(zhǎng)度的原則：使鋼筋拉到屈服時(shí)，鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力未破壞。

2．變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)主要是變形鋼筋表面凸出的肋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用，如圖1-25。變形鋼筋的肋對(duì)混凝土的擠壓如同一個(gè)楔，會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械咬合