钢筋与混凝土材料的物理力学性能专题讲座.ppt

混凝土结构设计原理,主 讲：张海霞 单 位: 土木工程学院,第二章 钢筋与混凝土材料的物理力学性能,2.1 钢筋 2.2 混凝土,第二章 钢筋与混凝土材料的物理力学性能,2.1 钢筋 2.1.1 钢筋的品种和级别 2.1.2 钢筋的强度和变形 2.1.3 钢筋的疲劳 2.1.4 钢筋的选择,土木工程常用钢筋品种,2.1.1 钢筋的品种和级别,我国常用的热轧钢筋：,HPB235、HRB335、HRB400、RRB400,HPB HRB RRB,Bar,Plain,Hot rolled,Ribbed,Bar,Ribbed,Hot rolled,Bar,Rolled,2.1.2 钢筋的强度和变形,1. 有明显屈服点,2.无明显屈服点,3、弹性模量,当钢筋的应力在比例极限范围内时，其受拉弹性模量,常数,4、钢筋延伸率,冷弯角度,弯心直径,5、钢筋冷弯试验,钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复并带有周期性动荷载作用下，经过一定次数后，钢筋由原塑性破坏变成脆性突然断裂破坏的现象。,2.1.3 钢筋的疲劳,钢筋疲劳断裂的原因 ：,一般认为是重复荷载作用下，由于钢筋内部和外部的缺陷引起的应力集中。高应力作用下钢筋中弱晶粒滑移，产生疲劳裂纹，随着重复作用次数的增加，疲劳裂纹的不断扩展，最终导致钢筋断裂。,钢筋疲劳的概念 ：,影响钢筋疲劳的因素,疲劳应力幅 钢筋外表面几何尺寸和形状 钢筋直径、钢筋强度等级 钢筋轧制工艺和试验方法,钢筋疲劳应力比值,、 构件疲劳验算时,同一层钢筋的最小应力、最大应力,补充：钢筋的冷加工,无时效,经时效,K点的选择：应力控制和应变控制,温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉,特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降,钢材在常温下经剪切、冷弯、辊压、冷拉、冷拔等冷加工过程，性能将发生显著改变，强度提高、塑性降低，使钢材产生硬化，有增加钢结构脆性的危险。,1、钢筋的冷拉将钢筋拉伸至超过其屈服强度的某一应力， 然后卸载，以提高钢筋强度的方法。,2、钢筋的冷拔用强力将钢筋拔过比其直径略小的硬质合金拔 丝模，钢筋受到纵向拉力和横向挤压力的作用 ，截面变小而长度伸长，内部结构发生变化。,经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅 冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度 塑性显著降低,钢筋的强度 钢筋的塑性 钢筋的可焊性 钢筋与混凝土的粘结力,2.1.4 钢筋的选择,补充：钢筋的选用原则,2.2 混凝土,2.2.1 单轴应力状态下混凝土的强度,1.混凝土立方体强度,150,150,混凝土立方体标准试件,标准试验方法,试件在温度为200C30C，相对湿度90%以上的标准条件下养护28天 加载速度为：混凝土强等级低于C30时，控制在0.3MPaS0.5MPaS ；混凝土强等级等于或高于C30时， 控制在0.5MPaS0.8MPaS 。,a. 不涂润滑剂 b. 涂润滑剂,混凝土立方体试件破坏情况,1,2,4,6,2,11,0,28,d,20,10,30,40,50,在干燥环境下,在潮湿环境下,立方体强度随龄期的变化关系,强度平均值之间的换算关系,0.95 0.90,2.混凝土轴心抗压强度,混凝土棱柱体试件,我国采用混凝土棱柱体标准试件：,b=150mm h=300mm,混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系,试验结果：,规范平均值的换算关系：,C50及以下取c10.76 C80 c10.82,C50C80之间按线性规律变化取值,规范考虑到 :,1. 实际结构中混凝土的制备、构件尺寸、混凝土成型和养护方法、加荷方式及受力情况与棱柱体试件之间存在的差异, 取修正系数取为0.88,2.考虑高强混凝土脆性，脆性折减系数c2,C40及以下取c21.0 C80取 c20.87 C40 C80之间按线性规律变化取值,换算关系改写为 ：,3.混凝土轴心抗拉强度,轴心抗拉试验,圆柱体劈拉试验 立方体劈拉试验,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系,规范考虑到：,1.修正系数取为0.88 2.高强混凝土脆性折减系数c2,平均值之间的换算关系 ：,混凝土强度劈拉强度与立方体抗压强度的换算关系:,根据弹性理论的劈拉强度:,1.混凝土二轴应力状态,2.2.2 复合应力状态下混凝土的强度,双轴应力状态下的强度,法向应力和剪应力组合下的强度,2.混凝土三轴应力状态,经验公式 ：,混凝土三轴应力状态,2.2.3 混凝土的变形,1.一次短期加载下混凝土的变形性能,混凝土棱柱体受压应力应变曲线,不同强度等级的应力应变曲线,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0.2,0.4,0.6,1.0,0,0.8,：横向变形系数或称泊松比,混凝土横向变形系数与应力的关系,横向应变与纵向应变的比值,2.混凝土单轴向受压应力-应变曲线数学模型,美国E.Hognestad建议的模型,00,0,u,我国规范采用的模型,c0,0ccu,3.三向受压状态下混凝土的变形特点,螺旋箍,方形箍,非约束区,螺旋箍筋约束混凝土的应力应变曲线,4.混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量,混凝土的弹性模量、变形模量,原点切线模量,割线模量,切线模量,规范试验方法,（510）次,试验结果,2,4,3,10,20,30,10,40,10,50,10,60,10,70,10,80,弹性模量与立方体强度的关系,统计回归公式,剪变模量,规范取c0.2 则 Gc0.42Ec 故近似取 Gc0.4Ec,5.混凝土轴向受拉时的应力-应变关系,t0（70120）106,混凝土受拉应力应变曲线,试验表明：,1.受拉弹性模量与受压弹性模量值基本相同,2.当ft时的弹性系数0.5,6.混凝土在荷载重复作用下的变形,荷载重复作用下混凝土应力应变曲线,规范混凝土轴心抗压、轴心抗拉疲劳强度,疲劳强度修正系数， 由,查表确定,7.混凝土的收缩,混凝土在空气中硬化时体积缩小的现象称为 收缩,混凝土收缩与时间的关系,产生收缩变形的主要原因: (1)水泥水化凝结作用引起体积的凝缩 (2)混凝土内游离水分蒸发逸散引起的干缩,影响混凝土的收缩主要因素,水泥的品种：水泥强度等级越高，则混凝土的收缩量越大； 水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大； 骨料的性质：骨料的弹性模量大，则收缩小； 养护条件：在结硬过程中，周围的温、湿度越大，收缩越小； 混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小； 使用环境：使用环境的温度、湿度大时，收缩小； 构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。,8.混凝土的徐变,混凝土徐变与时间的关系曲线,混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力)不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。,徐变系数,瞬时应力c0.5fc时，两年后的徐变系数为cr24,混凝土产生徐变的原因,填充在结晶体间尚未水化的凝胶体具有粘性流动性质 混凝土内部的微裂缝在载荷长期作用下不断发展和增加的结果,压应力与徐变的关系,徐变对结构的不利影响：,受弯构件的长期挠度为短期挠度的两倍或更多； 长细比较大的偏心受压构件，侧向挠度增大，承载力下降； 由于徐变产生预应力损失。,徐变对结构的有利影响：,截面应力重分布或结构内力重分布，使构件截面应力分布或结构内力分布趋于均匀。,影响徐变的主要因素：,混凝土的龄期：龄期越长，硬结程度越好，徐变就越小，反之，越大。 混凝土组成成分：水灰比越大，徐变越大；水泥用