钢筋和混凝土材料的力学性能.ppt

？,混凝土的强度指标是 立方体强度是各种力学指标的基本代表值,三个强度指标如何使用,第二章 混凝土结构材料的物理力学性能,立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度,2.1 混凝土的物理力学性能,本节课重点,1.混凝土的强度等级立方体抗压强度,混凝土结构,压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力,另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等,影响实验强度值因素分析,影响立方体抗压强度的因素： 内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。 外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。,由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 fcu(200),注意问题：,混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。 混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。,砼的立方体抗压强度标准值fcu，k,C Concrete（混凝土）,普通混凝土,高强混凝土,C15C50,C55C80,掺入高效减水剂,混凝土的强度等级的选用,混凝土结构中混凝土强度最低等级,（GB50010-2010）,钢筋种类,混凝土强度等级,素混凝土结构,不应低于C15,钢筋混凝土结构,不应低于C20,强度等级400MPa及以上的钢筋时,不应低于C25,不应低于C30,不宜低于C40,预应力混凝土结构,采用预应力钢绞线、钢丝、预应力螺纹钢筋,重复荷载的构件,不应低于C30,2.混凝土的轴心抗压强度,(1)混凝土的轴心抗压强度fc,h/b=23，fck趋于稳定,“套箍效应”,300,轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为,fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。,c1 和 c2 值,混凝土轴心抗压强度 与立方体抗压强度的关系,(2)混凝土的轴心抗拉强度ft,间接测试法：,(2)混凝土的轴心抗拉强度ft,间接测试法：,P-破坏荷载,d-圆柱体直径或立方体边长,l-圆柱体长度或立方体边长,计算钢筋混凝土和预应力混凝土构件的抗裂和裂缝宽度,第2章 物理力学性能,3.复合应力状态下混凝土的强度,1, 2 (压压) 混凝土强度增加 （第三象限） 1, 2 (拉压) 混凝土强度降低 （第二、四象限） 1, 2 (拉拉) 混凝土强度基本不变（第一象限）,（1）双向正应力,200,50N/mm2,35N/mm2,1,2,2,10N/mm2,150,100,50,0,5,10,15,20,25,12(N/mm2),1 (),（3）三轴受压（抗压强度提高）,混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 与侧压 的经验公式：,（4）正应力和剪应力作用 （混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低） 当/fc（0.50.7)时,抗剪强度随压应力的增大而增大 当/fc（0.50.7)时,抗剪强度随压应力的增大而减小 当压应力在 左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。,复合应力状态下混凝土的强度小结,1. 双向应力状态下的强度变化规律,（1）双向受压时，混凝土抗压强度,单向；,大于,（2）双向受拉时，混凝土抗拉强度于,接近,单向；,（3）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压）强度,均低于,相应的单向强度；,（4）由于剪应力的存在，混凝土抗压强度,低于,单向；,（5）由于压应力的存在，混凝土抗剪强度有限增加, 但当压应力大于0.6fc时，随压应力增大而减小。,2. 三向受压状态下的强度变化规律 结论：三向受压状态下的混凝土抗压强度大于双向和单向。 3. 实际工程应用约束混凝土 （1）采用约束混凝土不仅可以提高混凝土的抗压强度，也可以提高构件的耐受变形能力； （2）工程中应用约束混凝土的实例，如螺旋钢箍柱、钢管混凝土等。,4. 砼的变形,1.混凝土轴心受压应力-应变曲线有何特点?,本节重点,2.什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响?通常认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变?,4. 砼的变形,受力变形,砼在荷载一次短期作用下的变形,砼在荷载多次重复作用下的变形,混凝土硬化时的收缩与膨胀,体积变形,变形,温、湿度变化产生的变形,(1)混凝土曲线,1.混凝土在短期荷载作用下的变形,（用h/b=34的柱体试件测定）,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。,A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。,混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。,达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。,达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。,纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。,随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e = (23) e 0，应力s = (0.40.6) fc。,2.1 混凝土的物理力学性能,2.1 混凝土,不同强度混凝土的应力-应变关系曲线,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。,2.1 混凝土的物理力学性能,2. 砼单轴受压时的应力变形模型,（1）. 美国E.Hongnestad模型,（2）. 德国Rusch模型,（3）. 我国规范模型,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,规范应力-应变关系,上升段：,下降段：,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力学性能,(1)混凝土的收缩,4.混凝土的收缩和徐变,（收缩与荷载无关）,（蒸气养护可使砼收缩减小）,(1)混凝土的收缩,4.混凝土的收缩和徐变,B、减少混凝土收缩的措施,限制水灰比和水泥用量,加强砼的振捣和养护,配置适量的构造钢筋和设置伸缩缝,A、收缩对结构产生的不利影响,当砼收缩变形受到约束时，将使结构,（构件）产生收缩裂缝；,使预应力砼构件的预应力产生损失。,(2)混凝土的徐变,4.混凝土的收缩和徐变,混凝土在不变荷载的长期作用下应变随时间而增长的现象,（徐变与荷载有关）,(2)混凝土的徐变,4.混凝土的收缩和徐变,A、产生徐变的原因,尚未转化为结晶体的水泥胶凝体粘性流动的结果。,混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和扩展的结果。,B、影响徐变的因素,（1）时间因素；,（2）应力大小；,应力大，徐变大，且徐变性质发生变化，呈不稳定发展，控制长期应力大小；,（3）环境因素；,养护时温度高湿度大，徐变小；受荷时温度高 湿度低，徐变大。,（4）加载时荷载大，徐变大；,（5）水泥用量大，水灰比大，徐变大，构件尺寸小，徐变小。,（6）钢筋可减小徐变；,C、徐变对结构的影响,构件变形和裂缝宽度增大,预应力砼的预应力损失,D、减少混凝土徐变的措施,限制水灰比和水泥用量,加强砼的振捣和养护,按生产工艺分,（1）热轧钢筋,热轧钢筋,光面钢筋,带肋钢筋,HPB235级（淘汰）,HRB335级,HRB400级,RRB400级,HPB300级,HRB500级,HRBF400级,HRBF500级,逐步淘汰,（2）钢绞线,1 钢筋的应力应变曲线 （1 ）有明显屈服点的钢筋的应力应变曲线,特点：,有屈服台阶，延伸率大， 塑性好，破坏前有明显预兆。,（2 ）无明显屈服点的钢筋的应力应变曲线,无屈服台阶，延伸率小， 塑性差，破坏前无明显预兆。,2.钢筋的强度,（1）钢筋强度标准值,对有明显屈服点钢筋，以屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据。对无屈服点钢筋，通常取其条件屈服强度作为设计强度的依据。,普通钢筋的强度标准值,预应力钢筋的强度标准值,2.钢筋的强度,（2）钢筋强度设计值,钢筋的材料分项系数,（2）钢筋强度设计值,常用钢筋强度标准值和设计值如表所列,2.钢筋的强度,3.钢筋的变形性能,（1）延伸率 ,钢材受拉破坏时的应变值。,钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。,试件受力前的标距长度,试件拉断后的标距长度,3.钢筋的变形性能,（2）冷弯性能,通过冷弯冲头加压，使试件弯曲，发生裂缝时试件的弯转角度越大，塑性性能越好。,3.钢筋的变形性能,4.混凝土结构对钢筋的要求,强度高：,强度愈高，用量愈少；用高强钢筋作预应力钢筋，预应力效果比低强钢筋好。,塑性好：,钢筋塑性性能好，破坏前构件就有明显的预兆。,可焊性好：,除圆盘条钢筋供货长度不受限制外一般的钢筋均均采用直条供货，长度为915m。故钢筋需搭接。,粘结力强：,HPB235级钢筋(光面)须做弯钩，HRB335级、 HRB400级钢筋表面带肋,5.混凝土结构中的配筋,梁,5.混凝土结构中的配筋,箍筋的肢数和形式：,5.混凝土结构中的配筋,板,5.混凝土结构中的配筋,柱,1纵向受力钢筋,2普通箍筋,3螺旋箍筋,6. 构件的混凝土保护层,2.3 混凝土与钢筋的粘结,(a)砼硬化后钢筋与砼之间产生了良好的粘结力；,(b)钢筋与砼的温度线膨胀系数非常接近；,钢筋与砼共同工作的基础,(c)钢筋由于砼的保护而避免锈蚀。,1.粘结作用,摩擦力,胶结力,机械咬合力,(1)粘结作用机理,粘结作用,砼收缩且裹紧钢筋,砼颗粒的化学作用,钢筋表面凹凸不平,1.粘结作用,第2章 物理力学性能,(2)粘结强度及其主要影响因素,粘结强度,钢筋与混凝土粘结作用的大小,1.粘结作用,第2章 物理力学性能,(2)粘结强度及其主要影响因素,A、混凝土的强度等级,B、浇筑混凝土时钢筋的位置,C、钢筋的表面特征,D、混凝土保护层厚度,E、箍筋的横向约束,影响钢筋与混凝土粘结强度的因素,2.钢筋的锚固措施,第2章 物理力学性能,(1)支座内钢筋应有足够的锚固长度,1）纵向受力钢筋的锚固长度,受拉钢筋的锚固长度,钢筋的抗拉强度设计值,锚固钢筋的公称直径；,2.钢筋的锚固措施,第2章 物理力学性能,(1)支座内钢