钢筋溷凝土结构的基本概念.ppt

,第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能,BasicConcept,PhysicalandMechanicalPropertiesofMaterialsforReinforcedConcreteStructure,本章的主要内容,钢筋混凝土的基本概念混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能钢筋的品种、级别及其力学性能钢筋和混凝土的粘结(自学）,1.1钢筋混凝土结构的基本概念,一、钢筋混凝土结构的定义钢筋混凝土结构：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分发挥各自的优势。混凝土：非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低为抗压强度的（1/81/18）。钢筋：抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力,常见的钢筋混凝土结构,为什么常见的板、梁、柱中要设置钢筋？分析一些常见的板梁开裂现象：,？,问题,例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的试验梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土为C20。如图所示：,4000,A,A,F,a),200,300,AA,b),4000,B,B,BB,200,300,210,316,试验结果：,a）图中，素砼梁极限荷载P=8kN，由砼抗拉强度控制，破坏形态：脆性破坏,b）图中，钢筋砼梁极限荷载P=36kN，由钢筋受拉、砼受压而破坏，破坏形态：延性破坏（配筋适量）,由此可得出：钢筋和混凝土结合的有效性：,大大提高了结构的承载力,结构的受力性能得到改善,2、钢筋和混凝土共同工作的原因,优点：,3、钢筋混凝土结构的主要优缺点,缺点：,（2）抗裂性能差，带裂缝工作,（3）施工受气候条件影响，建造期长。,（4）耗费较多的模具和木料。,（5）加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差。,（1）自重大,轻骨料砼。,施加预应力,解决方法,解决方法,1.2混凝土,混凝土是用水泥、砂子和石子三种材料，经水拌和凝固硬化后制成的人工石材。,混凝土的要求：,和易性好,强度要高(重点),耐久性要好,经济上要节省,评定混凝土品质的主要指标,一、混凝土的强度,三个强度指标：立方体抗压强度棱柱体强度（轴心抗压强度)轴心抗拉强度,影响因素：材料的性质、混凝土配合比、养护环境、施工方法、试件的形状与尺寸，试验方法，加载条件和试件的受力性质。,（1）定义：按照标准方法制作养护（温度203、相对湿度不小于90%的潮湿空气中养护28d）的边长150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法（试件表面不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.150.25MPa/sec）测得的具有95%保证率的抗压强度。,1.混凝土的立方体抗压强度,-基本强度指标,（2）影响因素,试件尺寸(尺寸效应),直接受压(标准试验方法)间接受压(试块与承压板之间涂有油脂或填以塑料薄片),试验方法,加载速度越快,强度越高,（3）对混凝土强度等级的要求(P35),混凝土强度从C20C80共分为14个等级，中间以5MPa进级。C50以下为普通强度混凝土，C50及以上为高强度混凝土公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定：钢筋混凝土构件不应低于C20，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25预应力混凝土构件不应低于C40。,2.棱柱体强度（轴心抗压强度),（1）定义：真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度，用150mm150mm300mm棱柱体为标准试件测得的抗压强度。注：试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件,3.轴心抗拉强度(),是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标,试验方法,直接轴向拉伸法,劈裂法,直接轴向拉伸法,劈裂法,？,混凝土的强度指标是立方体强度是各种力学指标的基本代表值,4.复合应力状态下混凝土强度,1,2(压压)混凝土强度增加（第三象限）1,2(拉压)混凝土强度降低（第二、四象限）1,2(拉拉)混凝土强度基本不变（第一象限）,0,（1）双向正应力作用(如下图),（2）正应力和剪应力作用混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低,200,50N/mm2,35N/mm2,1,2,2,10N/mm2,150,100,50,0,5,10,15,20,25,12(N/mm2),1(),（3）三轴受压（抗压强度提高）,混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度与侧压的经验公式：,工程应用钢管砼、密配螺旋箍筋,纵向钢筋,螺旋箍筋,工程应用钢管混凝土、密配螺旋箍筋,二、混凝土的变形1、混凝土变形性能的特点,影响因素加载方式、荷载作用时间、温度、湿度、试验的尺寸、形状、混凝土强度等。,分类,（1）混凝土的应力应变曲线,2.混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能,受力过程：OA弹性阶段（0.3fc）AB弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（=0.3fc0.8fc）BX裂缝不稳定阶段：（=0.8fc1.0fc）,特征值fc：峰值应力（轴心抗压强度）0：对应于应力峰值点的应变规范c0=0.002cu：最大应变（混凝土极限压应变）规范cu=3.010-3,我国规范采用的混凝土单轴向受压应力-应变曲线模型该模型形式较简单，上升段采用二次抛物线，下降段采用水平直线。,、,特征值fc：峰值应力（轴心抗压强度）0：对应于应力峰值点的应变规范c0=0.002cu：最大应变（混凝土极限压应变）规范cu=3.010-3,（2）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土的强度加载速度测试技术和试验条件,k,c,c,ce,cp,h,（3）混凝土的模量抗压弹性模量（三种表示方法）原点弹性模量(绿线）切线弹性模量（红线）割线弹性模量（蓝线）,混凝土的剪切模量G：,混凝土的泊松比,规范中抗压弹性模量的测定方法,由统计分析得经验公式为：,4.混凝土在荷载长期作用下的变形徐变,在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为徐变。,徐变定义：,（3）周围湿度：混凝土周围的湿度是影响徐变大小的主要因素之一，外界相对湿度越低，混凝土的徐变就越大。,（4）混凝土的组成成份和配合比：水泥用量、水灰比、水泥品种，养护条件等对徐变有影响，水泥用量多，水灰比大，徐变则大，水泥的活性越低，徐变越大。,徐变的作用,不利方面：引起挠度增大，造成预应力损失。,有利方面：减少由于支座不均匀沉降产生的应力；分散应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力集中缓和）；降低温度应力。,5.混凝土的非荷载变形收缩,（1）定义：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为收缩。,蒸汽养护,常温养护,0,5,10,15,20,0.1,0.2,0.3,0.4,收缩(103),时间(月),构件未受荷之前产生裂缝预应力构件中预应力损失（预应力筋和混凝土一同回缩引起预应力损失）超静定结构产生次内力,（2）收缩对结构的影响,一、钢筋的品种,普通钢筋可选取R235、HRB335、HRB400、KL400热轧钢筋,预应力钢筋应选用钢绞线和钢丝，中小型构件或竖、横向钢筋也可选用精轧螺纹钢筋,预应力筋,1.3钢筋,碳素钢,普通低合金钢,低碳钢（含碳量少于0.25%）,中碳钢（含碳量0.25%0.6%）高碳钢（含碳量大于0.6%),按化学成份分,热轧钢筋按外型特征分类,光面钢筋,螺纹钢筋,月牙纹钢筋,人字纹钢筋,光圆钢筋（R235）,带肋钢筋(HRB335,HRB400,KL400),软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋),硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(高强碳素钢丝、钢绞线),按力学性能不同可分为,主要物理力学指标：,对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度fsk作为强度设计依据。,对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据。,屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、冷弯性能,1、软钢-有明显流幅钢筋的应力应变曲线,二、钢筋的强度和变形,oa弹性阶段,a比例极限,fd强化阶段,d极限强度,de颈缩阶段,cf屈服台阶,c屈服强度,极限压应变,四个受力阶段,四个特征值,2无明显流幅钢筋的应力应变关系曲线,主要针对强度高，塑性差，脆性大的钢筋。,条件流限（或条件屈服强度）经加载、卸载后尚存有0.2%的残余变形时的应力，用0.2表示。一般取极限强度的85%。,0.2%,0.2,0.2条件屈服强度,（2）影响因素：初始应力、温度、钢筋品种,（3）分类：分普通松弛和低松弛（低松弛约为普通松弛值的1/3）两类,3钢筋的松弛（徐舒）,（1）定义：钢筋受力长度保持不变的情况下，应力随