1钢筋溷凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能25822

第一章钢筋混凝土结构的基本概念和材料的物理力学性能、基本概念、prosityandmicallpropotersofthematialsorrrriefecontrectructures、 本章主要内容为钢筋混凝土基本概念混凝土受力状态下的强度和变形性能钢筋品种，等级及其力学性能钢筋和混凝土的粘结，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：受力普通钢筋和钢筋配置的混凝土构成钢筋混凝土的发生：钢筋和混凝土结合共同工作，混凝土受压，钢筋受拉力，能够充分发挥各自的优势。 混凝土：不均匀材料：抗压强度高，抗拉强度低是抗压强度的(1/81/18 )。 钢筋：抗拉强度和压缩强度高，主要承受抗拉强度的常见钢筋混凝土结构，为什么在常见板、梁、柱上设置钢筋？ 分析常见板梁裂纹现象？ 问题：跨度为4m，集中荷载作用于其中的试梁，梁截面尺寸为200300mm，混凝土为C20。 如图所示：，B-B，200，300，210，316，210，316 a )图中混凝土梁极限载荷P=8kN，由混凝土抗拉强度控制，破坏形态：脆性破坏，b )图中钢筋混凝土梁极限载荷P=36kN，钢筋被拉伸，混凝土受到压力而破坏，破坏形态：由于延性破坏(配筋适量)， 钢筋与混凝土结合的有效性：结构承载力大幅度提高，结构受力性能得到改善，2、钢筋与混凝土共同作用的原因，优点： 3、钢筋混凝土结构的主要优点和缺点： (2)耐裂性能差，得到有裂缝的工作，(4)需要很多模具和木材。 (5)加固和改建困难，隔热和隔音性能差。 (一)自重、轻骨料混凝土； 预应力、解决方法、解决方法、1.2混凝土、混凝土为水泥、砂石3种材料，是用水混凝固成的人造石材。 混凝土要求：和易性高、强(重点)、耐久性高、经济节约、评价混凝土质量的主要指标、一、混凝土强度、三个强度指标：影响因素：材料性质、混凝土配合比、养护环境、施工方法、试件形状和尺寸、试验方法、加载条件和试件受力性质。 (1)定义：用标准方法制作养护(温度203、相对湿度90%以上的湿空气养护28d )的边长150mm的立方体试验片，在28d龄期用标准的试验方法(试验片表面不涂抹润滑剂，全截面受压，负荷速度0.150.25MPa/sec )测定的95%保证率的抗压强度。 1、混凝土立方体抗压强度、-基本强度指标、(2)影响因素、试验片尺寸(尺寸效应)、直接受压(标准试验方法)间受压(试验片与受压板之间涂抹油脂或填充塑料片)、试验方法、载荷速度越快，强度越高，对混凝土强度等级的要求、混凝土强度为cc C50以下由普通强度混凝土规定，C50以上由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：钢筋混凝土构件不在C20以下，采用HRB400、KL400级钢筋时，C25的预应力混凝土构件不在C40以下。 混凝土结构设计规范规定：钢筋混凝土构件不应低于C15，采用HRB335级钢筋，混凝土强度等级不应低于C20，采用HRB400、RRB级钢筋和重复载荷构件时， 混凝土强度等级不得低于C20预应力混凝土构件，混凝土强度等级不得低于C30的钢绞线、钢丝、热处理钢筋为预应力钢筋时，混凝土强度等级不得低于C40。 例如，将美国、日本和欧洲混凝土协会、(CEB )直径6英寸(152mm )、高度12英寸(305mm )的圆柱标准试样的抗压强度作为轴心抗压强度的指标。对于C60以下的混凝土，圆柱抗压强度与立方体抗压强度的基准值fcu、k的关系可以用以下的式子换算：在海外采用混凝土圆柱试验片确定混凝土轴抗压强度，在fcu、k超过60N/mm2后，随着抗压强度的提高，与fcu、k之比(即式中的对于C80混凝土，CEB-FIPMC-90使用0.875比例，该比例示出了混凝土相对于C60的比例为0.833，其中C70混凝土的比例为0.857。 2 .方柱体的强度(轴心抗压强度)，(1)定义：真实反映以压迫为主的混凝土构造构件的抗压强度，以150mm150mm300mm方柱体为标准试样测定的抗压强度。 注：试验片制作、养护和负荷试验方法与立方体试验片相同，(2)轴心抗压强度基准值与立方体抗压强度基准值的换算：注： C50及以下混凝土，=0.76； 认为C55C80混凝土、=0.760.82c40以上的混凝土具有脆性，并且，将减速系数C40C80设为1.00.87，以直线插入中间。 3 .轴心拉伸强度()是钢筋混凝土构件设计中决定混凝土拉伸强度的重要指标，边长为150mm的立方体试验片拉伸强度的变动系数，式：式：试验方法，直接轴向拉伸法，分裂法，直接轴向拉伸法，分裂法， 混凝土强度指标是立方体强度为各种力学指标的基本代表值，4 .在复合应力状态下混凝土强度、1，2 (压)混凝土强度增加(第三象限) 1，2 (压)混凝土强度降低(第二、四象限) 1，2 (压)混凝土强度基本不变， 0 (1)双向正应力作用(下图)、(2)正应力和剪切应力作用(混凝土的抗压强度因剪切应力的存在而降低)/fc(0.50.7)时，剪切强度随着压缩应力的增大而增大，/fc(0.50.7)时，剪切强度随着压缩应力的增大而减小， 压缩应力在左右时，剪切强度最大，压缩应力持续增大，内裂纹扩展显着，因此剪切强度随压缩应力的增大而减小。，200，50 n m/mm 2，35 n/mm 2，1，2，2，10 n/mm 2，150，100，50，0，5，10，15，20，25，1-2 (n/mm2)，1()， (3)三轴承受压(提高抗压强度)混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度和侧压经验公式：工程应用钢管混凝土、密接螺旋明星、纵钢筋、螺旋明星、工程应用钢管混凝土、密接螺旋明星、二、混凝土变形1、混凝土变形性能的外加载荷引起的受力变形：体积变形：包括温度变形和收缩变形在内的长期载荷引起的变形，一次短期载荷引起的变形，重复载荷引起的变形，分类，(1)混凝土的应力应变曲线，2 .混凝土的单调，短期载荷引起的变形性能受力过程： OA弹性阶段(0.3fc ) AB弹塑性阶段(裂纹稳定阶段) (=0.3fc0.8fc)BX裂纹不稳定阶段： (=0.8fc1.0fc )特征值fc :峰值应力(轴心抗压强度)0:与应力峰值点对应的应变规范 c0=0.002cu :最大应变(混凝土极限压力) 规范 cu=3.010-3，(2)影响混凝土轴心压力应变曲线的主要原因：混凝土的强度：， 40，30，20，10，00.0010.0020.0030.004强度等级不同的混凝土的应力应变曲线，混凝土强度越高，应力应变曲线的降低越剧烈，延展性越差(延展性是接受材料变形的能力)。 负荷速度应变速度小，峰应力fc降低，c0增大，下降段曲线梯度显着减慢。 测试技术和试验条件应采用等应变载荷。 对试验机刚度下降段的影响很大。 试验机刚度不足，不能检测应力应变曲线下降段。 对应变测量的比例也有影响，应变测量的比例越大，曲线的斜率变陡的标间距离越小，斜率越平缓。c )在受压板和试验片的上下面之间涂抹润滑脂润滑剂，不添加润滑脂润滑剂的试验方法b )破坏状态，侧方约束试验片的上下面和试验片的受压板之间存在摩擦阻力，破坏时，形成两对重叠的截面棱锥。 (测量的强度高)在试验片的上下面和试验机支撑板之间涂抹润滑剂，其破坏形态如c )图所示。 (测定的强度低，应力应变曲线没有下降阶段)、k，c，c，ce，cp，混凝土的弹性模量压坏弹性模量切线弹性模量(初始弹性模量) 越过原点成为切线将过应力应变曲线上的某个点作为切线，将该切线的斜率：切线弹性模量、原点弹性模量、混凝土应变曲线的原点o和曲线上的某个点k连接起来，该切线的斜率也称为切线弹性模量或弹性模量，即式中： 弹性特性系数，即， 反映混凝土的弹塑性特性，越大越小，变形弹性模量、(，)、混凝土的剪切弹性模量g :混凝土的泊松比， 规范的抗压弹性模量测定方法采用方柱体标准试样，增加应力卸载至零，510次负荷消除塑性变形，直至应力-应变曲线逐渐稳定成直线，该直线的斜率为混凝土弹性模量，统计分析表明经验公式为3， 混凝土单轴承应力-应变曲线的数学模型在国内外，混凝土单轴承应力-应变曲线模型的上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。 上升段：下降段：式中峰值应变极限压应变，中国规范采用的混凝土单轴承应力-应变曲线模型形式比较简单，上升段采用二次抛物线，下降段采用水平直线。 上升段：水平段：公式中，参数取以下值：4 .混凝土载荷长期作用的变形： -缓变，载荷长期作用时混凝土的变形随时间增加，即应力不变时，混凝土的变形随时间持续增加的现象称为缓变、徐变定义：载荷的长期作用下，混凝土凝胶中的水分逐渐挤出，水泥石逐渐粘性流动，微孔逐渐闭合，晶体内部逐渐滑动，逐渐产生微裂缝等各种因素的综合结果。 (凝胶体粘性流动持续较长时间，内部裂缝不断发生发展)、渐变原因、塑性变形：仅当混凝土中结合面裂缝扩展产生的应力超过材料弹性极限强度时，才发生塑性变形，不可恢复。 徐变：应力不大时因混凝土内未结晶水泥胶体的应力再分布(水泥石中胶体具有流动性质)。 应力大时，是混凝土内微裂缝发展的结果(裂缝促进渐变发展)。 应力小时发生，部分恢复。 缓变与塑性变形的不同，影响混凝土缓变的因素，(1)加载龄期：加载龄期越老，水泥石晶体所占比重越大，胶体粘性流越小，缓变越小。 应力、时、徐变几乎与应力成正比，产生线性徐变。 (2)载荷应力的大小：那么，逐渐急剧增加，不收敛。 发生非线性渐变。 时，徐变生长应力快，应避免应力、工程应用、工程应用、预应力混凝土构件预应力过高的危险，(3)周围湿度：混凝土周围湿度是影响徐变大小的主要因素之一，外界相对湿度越低，混凝土的徐变越大。 (4)混凝土的组成成分和配比：水泥用量、灰白比、水泥品种、养护条件等影响渐变，水泥用量多，灰白比大，渐变大，水泥活性越低，渐变越大。 徐变作用，不利方面：引起挠度增大，导致预应力损失。有利之处：降低台座不均匀沉降引起的应力分散应力集中，引起应力重新分布(应力集中因渐变而缓和)。 降低温度应力。 应力重新分布：在梁的不同阶段，特定截面的拉伸区域和受压区域的应力相对于初始弹性分布时期发生变化。 5 .混凝土的非荷载变形收缩，(1)定义：混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间减少的现象称为收缩。，蒸汽养护，常温养护，0，5，10，15，20，0.1，0.2，0.3，0.4，收缩(10-3 )，时间(月)，(2)收缩的原因，(3)混凝土的组成和配合构件的养护条件，使用环境的温度和影响混凝土中水分保持的主要部件的体表比：比越小， 收缩越大，在构件不承受载荷前产生裂纹预应力构件的预应力损失(预应力筋和混凝土一起收缩导致的预应力损失超静定结构产生二次内力，(4)收缩对结构的影响，另一方面，钢筋的品种普通钢筋产生r 235 (hpb ) 可选择HRB335、HRB400、KL400(RRB400 )热轧钢筋注：括号中蓝色字体的表示方法适用于混凝土结构设计规范，如下所示，预应力钢筋应选择钢绞线和钢丝，中小型构件和纵向、横向钢筋也应选择精轧螺纹、预应力钢筋、1.3钢筋普通低合金钢低碳钢(含碳量小于0.25% )、中碳钢(含碳量为0.25%0.6% )高碳钢(含碳量超过0.6% )、1 .化学成分分别，注：由于冷加工钢筋延展性差，目前使用较少，工程采用时必须遵守专业规程的规定。 热轧钢筋、光圈钢筋(R235(HPB235 ) )、带肋钢筋(HRB335、HRB400、KL400(RRB400 ) )、2、钢筋加工方法、冷轧钢筋、带冷轧肋钢筋冷轧扭转钢筋、热处理钢筋、冷加工钢筋、2、热轧钢筋按外形特征分类、光面钢筋人字钢筋光圈钢筋(R235(HPB235 ) )、带肋钢筋(HRB335、HRB400、KL400(RRB400 ) )、软钢：具有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)、硬钢：不具有明显屈服台阶的钢筋(高强度碳钢丝、钢绞线)、3、力学性能分析以无明显屈服台阶的硬钢条件屈服强度0.2为强度设计依据。 屈服强度、拉伸极限强度、伸长率、冷弯性能、1、软钢-明显流向钢筋的应力应变曲线、2、钢筋的强度和变形