混凝土演示课件

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,2,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,3,土木工程常用钢筋品种,2.1.1钢筋的品种和级别,4,我国常用的热轧钢筋：,HPB235、HRB335、HRB400、RRB400,HPBHRBRRB,Bar,Plain,Hotrolled,Ribbed,Bar,Ribbed,Hotrolled,Bar,Rolled,5,2.1.2钢筋的强度和变形,1.有明显屈服点,6,2.无明显屈服点,7,3、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,8,4、钢筋延伸率,9,冷弯角度,弯心直径,5、钢筋冷弯试验,10,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：,11,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,12,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。,13,2、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,14,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,15,补充：钢筋的选用原则,16,2.2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,17,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。,18,a.不涂润滑剂b.涂润滑剂,混凝土立方体试件破坏情况,19,1,2,4,6,2,11,0,28,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,20,强度平均值之间的换算关系,0.950.90,21,2.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=150mmh=300mm,22,混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系,23,试验结果：,规范平均值的换算关系：,C50及以下取c10.76C80c10.82,C50C80之间按线性规律变化取值,24,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c21.0C80取c20.87C40C80之间按线性规律变化取值,25,换算关系改写为：,26,3.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,27,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系,28,规范考虑到：,1.修正系数取为0.882.高强混凝土脆性折减系数c2,平均值之间的换算关系：,29,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:,30,1.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,31,法向应力和剪应力组合下的强度,32,2.混凝土三轴应力状态,经验公式：,混凝土三轴应力状态,33,2.2.3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,34,不同强度等级的应力应变曲线,35,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0.2,0.4,0.6,1.0,0,0.8,：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,36,2.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,37,我国规范采用的模型,c0,0ccu,38,3.三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,39,4.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,40,原点切线模量,割线模量,切线模量,41,规范试验方法,（510）次,42,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,43,统计回归公式,剪变模量,规范取c0.2则Gc0.42Ec故近似取Gc0.4Ec,44,5.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0.5,45,6.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,46,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,47,7.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,48,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。,49,8.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。,50,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,51,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。,52,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