现代预应力混凝土结构理论..补充PPT课件

1 1 3 2钢筋ReinforcingBar 1 3 2 1钢筋的强度与变形1 热轧低碳钢和普通热轧低合金钢钢筋的 曲线 图1 19 P12 2 1 过程点以前 与 成比例 即 E为弹性模量 点应力称为比例极限点过后 与 不再成比例 但仍为弹性变形 a点以后为非弹性 a点称为弹性极限达到b点时 出现塑性流动现象 b点位置与加载速度 断面形式 表面光洁度等因素有关 称为屈服上限 降至c点后 不增加而 急剧增加 关系接近水平 直至d点 c点称为屈服下限 cd段称为屈服台阶 3 d点以后 随 的增加而继续增加 至e点 达最大值 e点对应的 称为钢筋的极限强度 de段称为强化段 e点以后 试件的薄弱位置将产生颈缩现象 变形迅速增加 断面缩小 应力降低 直至f点拉断 2 特点 明显屈服点 比例极限 屈服强度 极限强度确定计算强度的依据 极限强度 作为安全储备 4 2 高碳钢的 曲线 5 特点 无明显的流幅取用残余应变为0 2 时的相应应力作为屈服强度 称之为条件屈服强度或协定屈强 或条件流限或协定流限 3 RC结构对钢筋性能的要求 1 强度屈服强度极限强度适当的屈强比 2 塑性断裂时有足够的变形 防脆性破坏 衡量指标 屈服强度 极限强度 伸长率和冷弯率 6 3 可焊性不裂纹和变形 良好的机械性能1 3 2 2REBAR的等级 成分和品种1 按化学成分 1 碳素钢钢筋 Fe C 低碳钢 含C0 6 高强度 2 普通低含金钢 加少量合金元素 如Si Mn V Ti B等 2 按生产工艺 机械性能与加工条件分 7 1 钢筋热轧钢筋冷拉低合金钢筋热处理钢筋 2 钢丝 3 钢绞线 热轧钢筋分为R235 HRB335 HRB400和KL400四个等级R235级钢筋为光面钢筋 多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋HRB335 HRB400和KL400级钢筋为变形钢筋 多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋 8 冷拉低合金钢筋通常将 级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋 抗拉强度可达580MPa 为解决粗直径钢筋的连接问题 钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹 可用套筒直接连接 但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产 这种预应力筋的应用已很少 中高强钢丝中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条 经过几次冷拔后得到 中强钢丝的为800 1200MPa 高强钢丝的强度为1470 1860MPa 钢丝直径为3 9mm 为增加与混凝土粘结强度 钢丝表面可采用 刻痕 或 压波 也可制成螺旋肋 消除应力钢丝 钢丝经冷拔后 存在有较大的内应力 一般都需要采用低温回火处理来消除内应力 消除应力钢丝的比例极限 条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高 塑性也有所改善 9 钢绞线钢绞线是用2 3 7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋 其中以7股钢绞线应用最多 7股钢绞线的公称直径为9 5 15 2mm 通常用于无粘结预应力筋 强度可高达1860MPa 2股和3股钢绞线用途不广 仅用于某些先张法构件 以提高与混凝土的粘结强度 热处理钢筋用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋 直径为6 10mm 抗拉强度为1470MPa 除冷拉低合金钢筋外 其余预应力筋的应力 应变曲线均无明显屈服点 采用残余应变为0 2 的条件屈服点作为抗拉强度设计指标 10 11 3 外形形状热轧光圆钢筋热轧带肋钢筋 螺旋 月牙及人字纹 12 13 1 3 2 3预应力砼中的钢筋 非预应力钢筋 预应力筋 预应力钢筋的强度越高越好 而且在预应力混凝土制作和使用过程中 由于种种原因 预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失 因此 为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力 也必须使用高强钢筋 丝 作预应力筋 为避免在超载情况下发生脆性破断 预应力筋还必须具有一定的塑性 同时还要求具有良好的加工性能 以满足对钢筋焊接 镦粗的加工要求 对钢丝类预应力筋 还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能 通常采用 刻痕 或 压波 方法来提高与混凝土粘结强度 材质要求 按国家 预应力砼用钢丝 GB5223 95 执行 主要有以下方面内容 14 15 强度 塑性 加工性 液压冷作镦头 16 粘结 应力松驰 显微镜下的金属多晶体结构 松驰损失的终值 以百分比表示 时间 小时 17 1000小时松驰值 70 80 一般最终应力松驰值为1000小时应力松驰值的2 4倍 抗腐蚀 抗应力腐蚀 镀锌 环氧涂层 西卡Sika钢筋砼阻锈剂 18 预应力钢筋种类 钢丝 钢铰线 热处理钢筋 冷拉钢筋 非钢材预应力筋 纤维加劲塑料 19 20 1 4预应力混凝土的分类及裂缝控制等级一 预应力混凝土的分类 1 全预应力混凝土在使用荷载下 截面不出现拉应力 sc spc 0对于受弯构件有M M02 有限预应力混凝土在使用荷载下 截面出现拉应力 但未达到混凝土的抗折强度 sc spc gmftk对于受弯构件有M0 M Mcr3 部分预应力混凝土使用荷载大于开裂荷载 即 M Mcr构件出现裂缝 但最大裂缝宽度控制在容许范围内 21 在预应力混凝土发展的早期 大多按全预应力混凝土来设计 抗裂性高 抗疲劳性能好 刚度大 设计计算简单 适用于对抗裂有很高要求的结构 如有防渗漏要求的压力容器 核反应堆压力容器和安全壳 储液罐和在严重腐蚀环境下需防止钢材锈蚀的结构 以及承受高频反复荷载易产生疲劳破坏的结构 但全预应力混凝土也存在着以下的缺点 对抗裂要求过高 导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控制 而不是由承载力条件确定 反拱过大 特别是在恒载小 活荷载大的情况下 混凝土处于长期高预压应力状态 引起徐变和反拱不断增长 以致影响结构的正常使用 从开裂到破坏的过程很短 且破坏后延性小 施加预应力大 对张拉设备 锚具等有较高的要求 制作费用高 22 事实上 结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因 温度 收缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时 如沉降 水化热等 都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝 有的还比较严重 此外全预应力混凝土构件中 由于局部高压应力会产生横向拉应力 剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝 因此 要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝 不仅技术很难做到 而且在经济上也是不合理的 23 另一方面 近年来对裂缝控制的研究表明 细微裂缝宽度对结构耐久性并无影响 而且施加预应力的构件 即使出现裂缝 当活荷载移去后 裂缝还可以闭合 裂缝的开展是短暂的 因此 从满足结构功能要求的角度 很多情况不必采用全预应力混凝土 适当降低预压应力 容许混凝土出现拉应力或开裂 作成有限预应力或部分预应力混凝土 可以使设计更加合理和经济 采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力钢材 有效地控制反拱 提高延性 部分的开裂产生的刚度降低 也有助于结构内力的调整 以减小由于约束变形 如温差 不均匀沉降等 而产生的内力 24 预应力度 l 1 全预应力混凝土l 1 钢筋混凝土1 l 0 部分预应力混凝土 25 按粘结方式划分 有粘结预应力砼 无粘结预应力砼 体内式 26 体外式 27 三 裂缝控制等级 规范 根据环境条件 对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级 一级 严格要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时 构件受拉边缘不应产生拉应力 二级 一般要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时 构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值ftk 而按荷载准永久组合计算时 构件受拉边缘不应产生拉应力 三级 允许出现裂缝的构件 按荷载标准组合并考虑荷载长期作用影响计算时 构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值 28 29 本章小结 1 混凝土的最基本力学性能 抗压强度高 但抗拉强度却很低 一般混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1 20 1 8 另一方面 混凝土破坏时具有明显的脆性性质 2 钢材的最基本力学性能 抗拉和抗压强度都很高 且钢材一般均具有屈服现象 破坏时表现出较好的延性 3 钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高 钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用 且破坏过程有明显预兆 30 4 钢筋和混凝土两种物理力学性能很不相同的材料之所以可结合在一起共同工作 是由于钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力 保证两种材料协调变形 共同受力 且由于钢筋和混凝土基本相同的温度膨胀系数 这种粘结力不会因温度变化丧失 5 混凝土结构的优点 耐久性好 可模性好 耐火性好 易于就地取材 造价和维护费用低 材料利用合理 整体性好 刚度大 6 混凝土结构的缺点 自重大 抗裂性差 承载力有限 施工复杂 克服和解决混凝土结构的缺点是混凝土结构的发展方向 31 7 混凝土主要强度指标有 立方体强度 轴心抗压强度和轴心抗拉强度 立方体强度不代表实际构件中混凝土的受力状况 仅用来作为划分混凝土的强度等级 轴心抗压强度和轴心抗拉强度的平均值可分别根据混凝土立方体强度的平均值计算得到 8 混凝土的破坏机理是由于内部微裂缝的发展导致横向变形增大 并最终因微裂缝连通而导致破坏 对横向变形加以约束 即限制微裂缝的发展 可提高混凝土的抗压强度 且可显著提高混凝土的变形能力 混凝土在复杂应力状态下的强度规律也可以由破坏机理得到解释 32 9 混凝土单轴受压应力 应变关系曲线 包括上升段 下降段和收敛段 它反映了混凝土受力全过程的重要力学特征 是混凝土构件应力分析和建立承载力及变形计算理论的依据 10 混凝土的变形包括弹性变形和塑性变形 计算弹塑性变形时应采用变形模量 11 混凝土的收缩随时间增长 且不可回复 最终收缩变形约为 2 5 当收缩变形受到约束会引起混凝土的开裂 33 12 混凝土的徐变变形随时间增长 且不可完全回复 当其它条件相同时 徐变变形主要取决于初始应力 初始应力小于0 5fc时为线性徐变 即徐变变形与初始变形的比值为常数 该比值称为徐变系数 最终徐变系数约为2 4 13 钢筋力学性能的基本指标主要有屈服强度 延伸率和强屈比 14 根据钢筋的应力 应变关系