钢筋混泥土材料的物理力学性能优秀课件

第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能,1,第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能,第一节混凝土的物理力学性能第二节钢筋的物理力学性能第三节钢筋与混凝土之间的粘结与锚固,2,材料的力学性能,钢筋,混凝土,两者间的粘结,强度,变形,粘结破坏的过程和机理,3,第一节混凝土的物理力学性能,混凝土材料,混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。,混凝土是由水泥结晶体、水泥凝胶体和内部微裂缝组成的,4,混凝土的强度1、混凝土强度等级混凝土结构中，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。混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2规范根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。与原规范GBJ10-89相比，混凝土强度等级范围由C60提高到C80，C50以上为高强混凝土。,5,混凝土的强度,混凝土立方抗压强度,混凝土轴心抗压强度,混凝土抗拉强度,6,立方体抗压强度的试验,尺寸效应及摩擦力的影响,7,立方体抗压强度的换算关系,立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）,100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系小于C50的混凝土，修正系数m=0.95。随混凝土强度的提高，修正系数m值有所降低。当fcu100=100N/mm2时，换算系数m约为0.9,200mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系，修正系数1.05。,8,轴心抗压强度,轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=23，我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试件，也常用150150300试件。,9,棱柱体抗压强度的试验方法,10,立方抗压与轴心抗压强度的关系,规范对小于C50级的混凝土取k=0.76，对C80取k=0.82，其间按线性插值。,对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。,11,轴心抗拉强度,也是混凝土的基本力学性能，用符号ft表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。,12,由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度。,13,混凝土的破坏机理,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,到达B点以后，混凝土产生部分塑性变形，应力应变逐渐偏离直线。B点时的裂缝发展已不稳定，试件的横向变形突然增大，常取sB作为混凝土的长期抗压强度；普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强混凝土sB可达0.95fc,到达C点时，内部微裂缝连通形成破坏面，试件承载力开始减小而进入下降段。B点时的应力称为峰值应力，即为混凝土棱柱体抗压强度；相应的纵向压应变称为峰值应变，约为0.002。继续发展至D点时，破坏面初步形成。,E点以后，纵向裂缝形成一个斜向的破坏面，此破坏面在正应力和剪应力的作用下形成破坏带。此时试件的强度由破坏面上骨料间的摩阻力提供。随着应变进一步发展，摩阻力不断下降，试件的残余强度约为0.10.4fc,14,不同强度混凝土应力应变关系的比较,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。,15,混凝土的弹性模量（ElasticModulus）,16,弹性模量的测定方法,17,混凝土的收缩和徐变ShrinkageandCreep,混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩，收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。,混凝土在长期不变荷载的作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。,18,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。通常，最终收缩应变值约为(25)10-4，而混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4，说明收缩会导致开裂。,混凝土收缩包括凝缩和干缩两部分，凝缩是由于水泥结晶体比原材料的体积小；干缩是混凝土内自由水分蒸发引起的。,19,混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；干燥失水及高温环境，收缩大；小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小；高强混凝土收缩大。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响。,混凝土收缩的影响因素,当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,20,随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。,混凝土的徐变,瞬时恢复,弹性后效,残余应变,徐变应变,瞬时应变,徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。,21,徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。,与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。,22,徐变与混凝土持续应力大小有密切关系，应力越大徐变也越大；混凝土加载龄期越长，徐变越小；水泥含量越大，徐变越大；骨料弹性模量高、级配好，徐变就小；干燥失水及高温环境，徐变大；高强混凝土徐变小。,混凝土徐变的影响因素,产生徐变的主要原因是水泥凝胶体和内部微裂缝的扩展,23,第二节钢筋的物理力学性能,钢筋的种类,热轧钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、钢丝或钢绞线,24,HPB235（HotRolledPlainSteelBar）热轧光面钢筋Q235HRB335（HotRolledRibbedSteelBar）热轧带肋钢筋20MnSiHRB400（HotRolledRibbedSteelBar）热轧带肋钢筋20MnSiV,20MnSiNb,20MnTiRRB400（RemainedheattreatmentRibbedSteelBar）余热处理钢筋,常用热轧钢筋的分类,25,主要成分为铁元素，还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素，力学性能主要与碳的含量有关：含碳量越高，则钢筋的强度越高，质地硬，但塑性变差。若含碳量低于0.25，则称为低碳钢，钢筋混凝土结构中多应用的是低碳钢。20MnSi前面的20指的是平均含碳量的万分数，其他化学元素的含量在1.5以下。,热轧钢筋的成分,26,HPB235：质量稳定，塑性好易成型，但屈服强度较低，不宜用于结构中的受力钢筋；HRB335：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是目前主要应用的钢筋品种之一；HRB400：带肋钢筋，有利于与混凝土之间的粘结，强度和塑性均较好，是今后主要应用的钢筋品种之一；RRB400：是HRB335钢筋热轧后快速冷却，利用钢筋内温度自行回火而成，淬火钢筋强度提高，但塑性降低，余热处理后塑性有所改善。,热轧钢筋的性能特点,27,钢筋的强度和变形,有明显屈服点的钢筋,无明显屈服点的钢筋,28,有明显屈服点钢筋的应力应变关系,cd段为屈服台阶df段为强化段,29,反映钢筋力学性能的基本指标：屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能,对于有明显屈服点钢筋，其屈服强度定义为屈服下限。屈强比为屈服强度与极限强度的比值，热轧钢筋通常在0.60.7之间。钢筋在拉断时的应变称为伸长率，定义为：,为试件的标距,30,冷弯性能是反映钢筋变形能力的另一个指标,31,无明显屈服点钢筋的应力应变关系,条件屈服点为残余变形为0.2时对应的应力,32,不同钢筋应力应变关系的比较,33,钢筋的冷拉性能,冷拉、冷拔和冷轧,34,混凝土结构对钢筋的要求,强度屈服强度,延性延伸率和冷弯性能,具有较好的可焊性,有较好的粘结力带肋钢筋,35,粘结破坏的机理,胶结力,摩擦力,机械咬合力,第三节钢筋与混凝土之间的粘结与锚固,36,粘结力的主要影响因素,混凝土强度：混凝土强度越高，钢筋与混凝土的粘结力也越高；保护层厚度：混凝土保护层较薄时，其粘结力降低，并在保护层最薄弱位置容易出现劈裂裂缝，促使粘