钢筋混凝土结构概要.ppt

2钢筋混凝土结构,2.1钢筋混凝土材料的力学性能2.2受弯构件正截面承载力2.3受弯构件斜截面承载力2.4受弯构件的其他构造要求2.5受压构件承载力计算2.6钢筋混凝土构造变形和裂缝的计算2.7预应力混凝土构件,2,钢筋混凝土结构的优缺点钢筋混凝土结构的优点：钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有下列优点：就地取材节约钢材耐久、耐火可模性好现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好，刚度大。,3,钢筋混凝土结构的缺点：自重大。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3抗裂性差普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作施工的周期较长补强维修较难。,一、钢筋的种类及其力学性能二、混凝土的力学性能三、钢筋与混凝土的粘结和锚固,2.1钢筋混凝土材料的力学性能,一、钢筋的种类及其力学性能,1、建筑用钢筋的种类,钢筋的力学性能主要决定于其化学成份碳素钢：主要成份是铁元素，少量的碳、锰、硅、硫、磷等元素。低碳钢（含碳量不大于0.25%）中碳钢（含碳量大于0.25%，小于0.6%）高碳钢（含碳量大于0.6%）普通低合金钢：除碳素钢已有的成份外，再加入少量的合金元素。如硅、锰、钛、钒、铬等。,（1）热轧钢筋：普通低碳钢、低合金钢,1、建筑用钢筋的种类,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,热轧钢筋的力学性能,应力应变曲线的一般特征热轧钢筋具有明显的屈服点和屈服台阶。,塑性性能A.伸长率伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸长率越大，塑性越好。伸长率用表示，我国以往用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变作伸长率，即,:,:,:,同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。,B.冷弯试验,=90,180,反复弯曲要求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。弯芯直径D越小，弯转角越大，说明钢材的塑性越好。,冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。,强度及弹性模量热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据。（下屈服点）为什么不采用极限抗拉强度为依据？这是因为钢筋应力超过屈服点后将产生过大的应变，导致混凝土的裂缝将过宽。但是作为一种安全储备，钢筋的极限抗拉强度仍有重要意义。即通常希望构件的某个(或某些)截面已经破坏时，钢筋仍不致被拉断而造成整个结构倒塌。要求钢筋的屈服应力不低于规定值。而且“屈服应力极限抗拉强度”值(通常称为“屈强比”)不宜过大。钢筋强度用标准值和设计值表示。规范取具有95以上的保证率的屈服强度作为钢筋的强度标准值fyk。,（2）热处理钢筋：由特定强度的热轧钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。热处理后，钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低并不多。其抗拉强度为1470MPa，伸长率106，无明显的屈服点和屈服台阶。,（3）中、高强钢丝、钢绞线,做预应力筋用。,中强：8001370MPa高强：14701860MPa,中、高强钢丝直径为410mm，捻制成钢绞线后也不超过15.2mm。钢丝外形有光面、刻痕、月牙肋及螺旋肋几种，而钢绞线则为绳状，由2股、3股或7股钢丝捻制而成，均可盘成卷状。,图中0.2为对应于残余应变为0.2的应力，称之为无明显屈服点钢筋的条件屈服点。（即85%的极限抗拉强度）,（4）冷加工钢筋冷加工钢筋是指在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。常用的加工工艺有冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭四种。其目的都是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。但是，经冷加工后的钢筋在强度提高的同时，延伸率显著降低，除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋均无明显屈服点和屈服台阶。,（1）冷拉钢筋,可以提高钢筋的抗拉强度，冷拉经时效的冷拉钢筋具有一定的塑性,（2）冷拔钢筋冷拔是将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拨丝模。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。,钢筋冷拔示意图,钢筋冷拉前后的应力应变曲线,2、混凝土结构对钢筋性能的要求1）强度高2）塑性好3）可焊性好4)耐火性好5）与混凝土的粘结锚固性能好寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。,二、混凝土,混凝土水泥和粗细骨料加水搅拌经养护而形成的人造石。混凝土构造复杂、具有各向异性、抗拉强度低（易开裂），是一种弹塑性材料。1、混凝土的强度混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。此外，试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。,（1）混凝土的抗压强度立方体抗压强度fcu,k混凝土强度的基本代表值边长为150mm、203、相对湿度在90以上、养护28d，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度并用符号fcu,k表示。,(1-4),混凝土强度等级一般可划分为：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土，数字即为混凝土立方体抗压强度的标准值，其单位为Nmm2例如C60表示混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k=60Nmm2,边长为100mm0.95,边长为200mm1.05,轴心抗压强度fck棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。棱柱体抗压强度，用fck表示。棱柱体试件是在与立方体试件相同的条件下制作的，试件承压面不涂润滑剂且高度比立方体试件高，因而受压时试件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。试验量测到fck值比fcu,k值小，并且棱柱体试件高宽比(即h/b)越大，它的强度越小。我国采用150mm150mm300mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件。,式中,1棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强度等级不大于C50时，1=0.76；当混凝土的强度等级为C80时，1=0.82；当混凝土的强度等级为中间值时，在0.76和0.82之间插人；2混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于C40时，2=1.0；当混凝土的强度等级为C80时，2=0.87；当混凝土的强度等级为中间值时，在1.0和0.87之间插入；0.88考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。,（2）混凝土的抗拉强度ftk混凝土的抗拉强ftk比抗压强度低得多。一般只有抗压强度的510，fcu,k越大ftk/fcu,k值越小，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘接强度。采用表面粗糙的骨料及较好的养护条件可提高ftk值。轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。,轴心抗拉强度可采用如图的试验方法，试件尺寸为100mm100mm500mm的柱体两端埋有伸出长度为150mm的变形钢筋(d16mm)，钢筋位于试件轴线上。试验机夹紧两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时裂缝产生在试件的中部，此时的平均破坏应力为轴心抗拉强度ftk。,在测定混凝土抗拉强度时，上述试验方法存在对中的困难。故国内外多采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度,抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k,式中，系数0.88和2的意义同式(1-5)。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系，而(1-1.645)0.45则反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。,式中c混凝土的材料分项系数，取c=1.40,（3）混凝土强度设计值fc和ft,2、混凝土的变形,混凝土的变形分为：受力变形、非受力变形1.混凝土的受力变形(1)受压混凝土一次短期加荷的-曲线,（2）混凝土的弹性模量、变形模量初始弹模：通过原点受压混凝土-曲线切线的斜率为混凝土的初始弹性模量E0。但是它的稳定数值不易从试验中测得。割线弹模：在-曲线的弹性阶段取某点，做其与原点0的割线，其斜率为割线弹模，不精确。,实用弹模Ec：目前我国规范弹性模量Ec值是用下列方法确定的：采用棱柱体试件，取应力上限为0.5fc重复加载510次。变形趋于稳定，混凝土的-曲线接近于直线，自原点至-曲线上=0.5fc对应的点的连线的斜率为混凝土的弹性模量。混凝土的泊松比(横向应变与纵向应变之比)c=0.2。混凝土的切变模量c=0.4Ec。,（1）混凝土的收缩混凝土在空气中硬化、体积减小的现象。,3、混凝土的收缩与徐变,混凝土的收缩,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。,（2）混凝土的徐变在不变荷载的长期作用下其应变随时间而增长的现象。徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。徐变的特点：徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定。,产生徐变的原因：a.水泥石由结晶体荷凝胶体组成，在外力长期持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产生持续变形；b.混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩展，导致应变的增加。,3、混凝土的收缩与徐变,徐变对混凝土结构的影响：a.使钢筋与混凝土产生应力重分布，b.造成结构应力变大对结构不利c.引起预应力混凝土结构中预应力损失对于预应力结构建立有效预应力不利减小徐变的措施：加强养护、减小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密实度等,影响徐变的因素：a.混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素b.加荷时混凝土的龄期c.混凝土的组成和配合比d.骨料e.构件形状及尺寸f.养护及使用条件下的温湿度,3、混凝土的选用原则,建筑工程中：钢筋混凝土构件的混凝士强度等级：一般情况下不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土的强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重量荷载的构件，混凝土的强度等级不得低于C40。预应力混凝土结构的混凝土强度等级：一般情况下不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时混凝土强度等级不宜低于C40。,三、钢筋与混凝土的粘结与锚固1、钢筋与混凝土的粘结钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要原因是：混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；钢筋的线膨胀系数为1.210-5-1，混凝土的为1.010-5-11.510-5-1，二者数值相近。因此，当温度变化时，钢筋与混凝土之间不会存在较大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏。,1、粘结力的定义及组成（1）定义：当钢筋于混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。（2）组成：胶结力钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。,摩擦力混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。（钢筋表面微锈摩擦力增加）。咬合力钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。机械锚固力钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施（布置不当，会产生较大的钢筋与混凝土的相对滑移、混凝土内部裂缝和局部混凝土破碎）。,2、影响粘结强度的因素,（1）混凝土的强度等级：钢筋的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高（2）混凝上保护层c和钢筋之间净距离越大，劈裂抗力越大，因而粘结强度越高（3）横向钢筋限制了纵向裂缝的发展，可使粘结强度提高（4）钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施（5）侧向压力约束粘接强度也有提高作用。,3、保证可靠粘结的措施（1）混凝土的保护层不宜过小保护层厚度是指构件边缘到钢筋外边缘的距离。（2）钢筋之间的净距不宜过小（3）一般情况下，宜优先选用小直径的变形钢筋（增加局部粘结