采用的圆柱体试件.ppt

钢筋和混凝土材料力学性能 混凝土结构基本原理 一 混凝土的强度和变形 混凝土组成 水泥 水 沙和碎石的混合物 水泥浆 基本相 骨料 分散相 以及结合面 包括界面微裂缝 毛细孔和凝胶 薄弱面 组成 水泥结晶体 骨料 弹性骨架 产生弹性变形结合面 界面微裂缝 毛细孔和凝胶 产生塑性变形 从微观看 一 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 1 立方体抗压强度fcuk 压力 试件 裂缝发展 扩张 整个体系解体 丧失承载力 试验条件 20 3C温度 95 相对湿度 养护28天 基本标准及强度等级划分标准 标准试块 150 150 150 非标准试块 100 100 100换算系数0 95200 200 200换算系数1 05 试块 一 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标 我国规范混凝土的强度等级有 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 表示混凝土Concrete 立方体抗压强度fcu k 一 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 a 试验方法 压力机垫板对试件端部的套箍约束作用 b 加载速率越大 测得的强度越大 一般规定 混凝土强度 C30 加载速率为0 3 0 5N mm2混凝土强度 C30 加载速率为0 5 0 8N mm2 影响因素 c 成型后的龄期有关 d 与试件尺寸有关 龄期越长 强度越大 试验规定龄期为28天 尺寸越小 强度越大 我国规范的方法 不涂润滑剂 一 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 2 棱柱体抗压强度fck 标准试块 150 150 300 非标准试块 100 100 300换算系数0 95200 200 400换算系数1 05 考虑到承压板对试件的约束 立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度 且有 fck 0 88 c1 c2fcukC50以下混凝土 fck 0 67fcuk 对国外 美国 日本 欧洲混凝土协会等 采用的圆柱体试件 d 150 h 300 有fck 0 79fcuk 圆柱体抗压强度 设计指标fc 棱柱体与立方体抗压强度之比 高强混凝土脆性折减系数 一 混凝土的强度和变形2 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度 1 直接受拉试验ftk 试验结果 ft 0 395fcu0 55考虑到构件和试件的区别 尺寸效应 加荷速度等的影响 混凝土设计规范 规定 一 混凝土的强度和变形2 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度 2 劈裂试验fts 我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验结果有 fts 0 19fcu3 4 一 混凝土的强度和变形3 复合受力状态下混凝土的强度 1 双轴应力下的强度 双向正应力下的强度曲线 法向应力和剪应力下的强度曲线 1 2 A B C D E F H 一 混凝土的强度和变形3 复合受力状态下混凝土的强度 2 三向受压时的混凝土强度 圆柱体试验 有侧向约束时的抗压强度 无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 1 单轴受压时的应力 应变关系 a 0 3 0 4fc 比例极限点b 0 7 0 8fc 长期抗压强度 u e 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 2 单轴受压时的应力 应变关系的数学模型 美国Hognestad模型 德国R sch模型 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 单轴受压时的应力 应变关系的数学模型 中国规范 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 3 侧向受约束时混凝土的变形特点 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 5 混凝土的弹性模量 原点切线模量 弹性模量 拉压相同 变形模量 割线模量 弹塑性模量 切线模量 受压时 为0 4 1 0 受拉破坏时 为1 0 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量的试验方法 150 150 300标准试件 5 10次 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 6 长期荷载作用下混凝土的变形性能 徐变 c 0 5fc 线性徐变 c 0 8fc 非线性徐变 原因之一 胶凝体的粘性流动 原因之二 混凝土内部微裂缝的不断发展 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 长期荷载作用下混凝土的变形性能 影响徐变的因素 应力 c0 8fc 造成混凝土破坏 不稳定 故一般取0 75 0 8fc作为混凝土长期抗压强度 加荷时混凝土的龄期 越早 徐变越大 水泥用量越多 水灰比越大 徐变越大 骨料越硬 徐变越小 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 徐变对混凝土结构的影响 使构件变形增加 钢筋混凝土构件中引起应力重分布 预应力构件中造成预应力损失 P拆去 钢筋受压混凝土受拉 可能会引起混凝土开裂 徐变 s c 一 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 7 混凝土的收缩 结硬过程中混凝土体积缩小的性质 影响混凝土收缩的因素有 1 水泥的品种 水泥强度等级越高制成的混凝土收缩越大 2 水泥的用量 水泥越多 收缩越大 水灰比越大 收缩也越大 3 骨料的性质 骨料的弹性模量大 收缩小 4 养护条件 在结硬过程中周围温 湿度越大 收缩越小 5 混凝土制作方法 混凝土越密实 收缩越小 6 使用环境 使用环境温度 湿度大时 收缩小 7 构件的体积与表面积比值 比值大时 收缩小 墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形 一 混凝土的强度和变形5 混凝土在重复荷载作用的性能 重复荷载下的应力 应变曲线 fcf的确定原则 100 100 300或150 150 450的棱柱体试块承受200万次 或以上 循环荷载时发生破坏的最大压应力值 混凝土的疲劳强度 疲劳破坏 损失累积的结果破坏特征 裂缝小 变形大 疲劳强度修正系数 二 钢筋的强度和变形1 钢筋级别和品种 柔性钢筋 普通钢筋 劲性钢筋 型钢 钢骨 钢管 用于钢骨 混凝土结构 光圆钢筋 肋纹钢筋 二 钢筋的强度和变形1 钢筋级别和品种 图2 20钢筋的外形 a 光圆钢筋 b 螺旋纹钢筋 c 人字纹钢筋 d 月牙纹钢筋 线形的普通钢筋统称为柔性钢筋 其外形有光圆和带肋两类 二 钢筋的强度和变形1 钢筋级别和品种 钢筋 热轧钢筋 热轧光面钢筋HPB300 热轧带肋钢筋HRB335 细晶粒HRBF335 HRB400 HRBF400 热处理钢筋RRB400 HRB500 HRBF500 符号表示 热处理钢筋 将钢筋通过加热 淬火 回火而成 柔性钢筋分类 预应力钢筋 消除应力钢丝 高碳镇静钢通过多次冷拔 应力消除 矫正 回火处理而成 强度高于1000MPA 预应力螺纹钢筋 直径18 25 32 50 钢绞线 若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 中强度预应力钢丝 直径5 7 9 强度小于1000MPA 二 钢筋的强度和变形热轧钢筋应用 混凝土结构设计规范 提出了高强度 高性能钢筋HRB400和HRB500的要求 因此 本教材的例题中 对梁 柱的纵向受力钢筋将主要采用这两种钢筋 特别是HRB400 箍筋宜采用HRB400 HRBF400 HRB335和HPB300 光圆钢筋HPB300虽然也可用作纵向受力钢筋 因其强度较低 故主要用作箍筋 当HRB500和HRBF500用作箍筋时 只能用于约束混凝土的间接钢筋 即螺旋箍筋或焊接环筋 见5 2 2节 细晶粒系列HRBF钢筋 HRB500和热处理钢筋RRB400都不能用作承受疲劳作用的钢筋 这时宜采用HRB400钢筋 工地上常把上述4个强度等级的钢筋俗称为 级 级 级和 级钢筋 但在施工图和正式文件中 都不应采用此俗称 二 钢筋的强度和变形2 钢筋的应力 应变曲线 上屈服点不稳定 下屈服点 出现颈缩 拉断 BC段为屈服平台CD段为强化段 有明显流幅的钢筋 软钢 热轧钢筋 无明显流幅的钢筋 硬钢 钢丝 热处理钢筋 钢筋受压和受拉时的应力 应变曲线几乎相同 二 钢筋的强度和变形2 钢筋的应力 应变曲线 强度指标 屈服强度fy 明显流幅的钢筋 下屈服点对应的强度作为设计强度的依据 因为 钢筋屈服后会产生大的塑性变形 钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝 以至不能使用 无明显流幅的钢筋 残余应变为0 2 时所对应的应力作为条件屈服强度 随着冶金系统采用国际标准及质量的提高 在相应的产品标准中明确规定屈服强度 0 2不得小于极限抗拉强度 b的85 0 85 b 因此 实际应用中可取极限抗拉强度 b的85 作为条件屈服点 二 钢筋的强度和变形2 钢筋的应力 应变曲线 变形指标 伸长率 钢筋拉断后的伸长与原长的比值 冷弯要求 将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂 伸长率越大 塑性越好 钢辊直径D越小 弯转角越大 则钢筋塑性越好 伸长率 钢筋拉断时的应变 是反映钢筋塑性性能的指标 延伸率大的钢筋 在拉断前有足够预兆 延性较好 s e 二 钢筋的强度和变形3 钢筋的冷加工和热处理 冷拉 无时效 经时效 K点的选择 应力控制和应变控制 特性 只提高抗拉强度 不提高抗压强度 强度提高 塑性下降 二 钢筋的强度和变形3 钢筋的冷加工和热处理 冷拔 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 二 钢筋的强度和变形3 钢筋的冷加工和热处理 热处理 对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理 强度提高 塑性降低 不降低强度的前提下 消除由淬火产生的内力 改善塑性和韧性 二 钢筋的强度和变形4 钢筋的疲劳 钢筋的疲劳破坏 钢筋在承受重复 周期性的动荷载作用下 经过一定次数后发生脆性断裂的现象 原因 内部和外部缺陷处应力集中 晶粒滑移 产生疲劳裂纹 钢筋的疲劳强度 静载作用下的强度 钢筋的疲劳强度 规定的应力幅度内 经一定次数的重复荷载后 发生疲劳破坏的最大应力值 应力幅是影响钢筋疲劳强度的主要因素 因此钢筋用疲劳应力幅限值来进行疲劳验算 疲劳应力幅 二 钢筋的强度和变形4 钢筋的疲劳 疲劳试验方法 单根原状钢筋的轴拉疲劳 疲劳强度最低 规范采用试验方法 钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯 疲劳强度稍高 疲劳验算时 纵向受拉钢筋的应力幅应不超过规范规定的应力幅限值 而应力幅限值根据应力比值查表取用不同的限值 二 钢筋的强度和变形5 混凝土结构对