建筑结构PPT第二章

1、 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢筋钢筋强度和变形强度和变形粘结力粘结力影响粘结力的因素影响粘结力的因素锚固锚固连接连接新材料的出现导致建筑结构的三次飞跃新材料的出现导致建筑结构的三次飞跃 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能常用结构材料的应力常用结构材料的应力- -应变关系曲线应变关系曲线常用结构材料的基本力学性质常用结构材料的基本力学性质弹性弹性塑性塑性延性延性弹性模量和变形模量（弹性模量和变形模量（E E、EE）极限应力和极限应变（极限应力和极限应变（u、u）概述概述

2、1 1、混凝土和钢筋、混凝土和钢筋 各种各种力学性能指标力学性能指标 的的 测定方法测定方法2 2、混凝土和钢筋、混凝土和钢筋 在在不同受力条件不同受力条件 的的 强度和变形的变化规律强度和变形的变化规律3 3、混凝土和钢筋、混凝土和钢筋 共同工作共同工作 的的 性能性能 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能混凝土混凝土 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能骨料骨料水泥凝胶体水泥凝胶体粗骨料粗骨料细骨料细骨料混凝土运输混凝土运输搅拌车搅拌车混凝土浇筑混凝土浇筑 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能混凝土强度混凝土强度

3、 立方体抗压强度立方体抗压强度 轴心抗压强度轴心抗压强度 轴心抗拉强度轴心抗拉强度确定混凝土标号确定混凝土标号的强度指标的强度指标最基本的混凝土最基本的混凝土强度指标强度指标重要的混凝土强重要的混凝土强度指标度指标312 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能cu,kcu,k fcu,k = cu - 1.645cu cu 混凝土立方体抗压强度的平均值 cu 混凝土立方体抗压强度的标准差f fcu,kcu,k强度值强度值出出现现概概率率cucucucucucu 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能试件表面不涂润滑剂，保证全截面受力试件表面不涂润

4、滑剂，保证全截面受力 混凝土等级是根据混凝土等级是根据（fcu,k）确定的。确定的。 规范规定混凝土强度分为规范规定混凝土强度分为14个等级：个等级：C15、C20、C25、C30、C75、C80。 其中，数值表示以其中，数值表示以N/mm2为单位的立方体抗压为单位的立方体抗压强度的大小。强度的大小。支撑面上支撑面上无摩阻力无摩阻力 支撑面上支撑面上有摩阻力有摩阻力 最基本的强度指标最基本的强度指标 试验数据的回归分析试验数据的回归分析 得出与立方体强度得出与立方体强度之间的关系之间的关系 修正系数修正系数 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 fc，k = c -

5、1.645c ,12,0.88c kcu kff 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能h=150hb3h=150内向摩擦力内向摩擦力 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 试验方法：直接拉伸、弯折和试验方法：直接拉伸、弯折和 试验数据的回归分析试验数据的回归分析 得到与立方体强度得到与立方体强度 之间的关系之间的关系0.55,2,0.88 0.395t kcu kff混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有只有抗压强度抗压强度的的1/101/101/181/18 混凝土材料强度分项系数取值，混凝土结构设计规范中规定

6、的是混凝土材料强度分项系数取值，混凝土结构设计规范中规定的是取取1.41.4。 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能双向正应力双向正应力123 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 6.04.02.00.12.18.04.02.06.08.00.12.12112c2/ fc1/ fc227.1f1c22c1c25.12fc127.1maxfc15.0f01.0 1 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能2 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材

7、料的力学性能 三向受压三向受压( (约束受压约束受压) )：强度和延性明显提高：强度和延性明显提高33r1r2rcr4rrccckff 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能的应力的应力-应变关系曲线，可以较应变关系曲线，可以较全面的反映混凝土的强全面的反映混凝土的强度和变形特点，是确定度和变形特点，是确定构件截面上混凝土受压构件截面上混凝土受压区应力分布图形的主要区应力分布图形的主要依据。依据。0.3fc fc0 00 低强混凝土低强混凝土高强混凝土高强混凝土u 0.8fc0-0.3fc阶段，应力应变基本

8、成线性关系，弹性阶段阶段，应力应变基本成线性关系，弹性阶段0.3fc-0.8fc阶段，应变增长比应力快，呈现塑性变形，弹塑性阶段阶段，应变增长比应力快，呈现塑性变形，弹塑性阶段0.8fc-fc阶段，连续裂缝迅速发展阶段阶段，连续裂缝迅速发展阶段达到极限应变，标志混凝土破坏达到极限应变，标志混凝土破坏0=0.002u=0.0033 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能我国规范所采用的混凝土我国规范所采用的混凝土-曲线曲线 为了结构构件正截面设计的需要，为了结构构件正截面设计的需要，规范规范采用简化的混凝采用简化的混凝土应力应变关系曲线（土应力应变关系曲线（-曲线）如图曲

9、线）如图3.6所示所示 0c0cu =f 1-(1- )ccc0n)()(2200c 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能)N/mm(7 .342 . 2102kcu,5cfEGc = 0.4Ec 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能kcc 0 cecp 0 h 第2章cee0ctgE)N/mm(7 .342 . 2102cu5cfE 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能ccpcecececcpceccccEtgE 弹性特征系数弹性特征系数01.0cccddtgE c = ce + cpcee0ctgEGc = 0.

10、4Ec 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 混凝土在受到荷载长期作用下，在荷载混凝土在受到荷载长期作用下，在荷载(应力应力) 不变不变的情况下，变形的情况下，变形(应变应变)随时间而不断增长的现象。随时间而不断增长的现象。t t( (月）月）( (1010-3-3) )0 00.20.20.60.61.01.01.41.41.61.62 26 61010181824241414瞬时应变瞬时应变徐徐 变变残余应变残余应变瞬时恢复瞬时恢复应变应变弹性后效弹性后效 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能徐变的影响因素：徐变的影响因素： 徐变的成因：

11、徐变的成因： 工程中减小徐变的措施方法：工程中减小徐变的措施方法： （1）选用较坚硬和均匀的骨料）选用较坚硬和均匀的骨料 （2）控制水泥用量）控制水泥用量 （3）减少水灰比（）减少水灰比（W/C） （4）养护期间控制温度，保持湿度）养护期间控制温度，保持湿度 （5）推迟混凝土受荷时的龄期）推迟混凝土受荷时的龄期 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能混凝土在空气中结硬会收缩，在水中结硬会膨胀混凝土在空气中结硬会收缩，在水中结硬会膨胀收缩对结构不利，膨胀有利。收缩对结构不利，膨胀有利。在养护期，高温湿养，减少

12、收缩在养护期，高温湿养，减少收缩钢筋钢筋 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢材钢材钢筋钢筋热轧带肋（光圆）钢筋、热轧细晶粒钢热轧带肋（光圆）钢筋、热轧细晶粒钢 筋、余热处理带肋钢筋、筋、余热处理带肋钢筋、 钢丝、钢绞钢丝、钢绞线线型钢型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢钢管、薄壁型钢 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能外形分为：光圆钢筋和带肋钢筋（人字纹、螺旋纹、月牙纹）外形分为：光圆钢筋和带肋钢筋（人字纹、螺旋纹、月牙纹）供货形式分为：盘圆和条状供货供货形式分为：盘圆和条状供货钢绞线钢绞

13、线 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 热轧钢板热轧钢板 按化学成份分类按化学成份分类 钢材钢材碳素钢碳素钢合金钢合金钢低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.6%）钢材钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢钢管、薄壁型钢 按化学成份分类按化学成份分类 钢材钢材碳素钢碳素钢合金钢合金钢低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.6%）钢材钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、

14、圆钢、型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢钢管、薄壁型钢 热轧钢筋热轧钢筋 冷拉钢筋冷拉钢筋 热处理钢筋热处理钢筋（HT） 钢丝钢丝 热轧型钢热轧型钢 按化学成份分类按化学成份分类 钢材钢材碳素钢碳素钢合金钢合金钢低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.6%）钢材钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢钢管、薄壁型钢 按化学成份分类按化学成份分类 钢材钢材碳素钢碳素钢合金钢合金钢低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.6%）钢材钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理

15、钢钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢钢管、薄壁型钢 热轧钢筋热轧钢筋 冷拉钢筋冷拉钢筋 热处理钢筋热处理钢筋（HT） 钢丝钢丝 薄壁型钢薄壁型钢常用薄壁型钢断面形式常用薄壁型钢断面形式薄壁型钢生产线薄壁型钢生产线 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢材的化学成分钢材的化学成分 碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢（在低碳钢中（在低碳钢中加入低量合金元素）加入低量合金元素）按碳的含量，小于按碳的含量，小于0.25% 0.25% 的为低碳钢，的为低碳钢，大于大于0.25% 0

16、.25% 而小于而小于0.6% 0.6% 的为中碳钢，的为中碳钢，大于大于0.6% 0.6% 的为高碳钢。的为高碳钢。 锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不会过多降低塑性和冲击韧性。会过多降低塑性和冲击韧性。 钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好的塑性、韧性。的塑性、韧性。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铬和镍是提高钢材强度的合金元素。铬

17、和镍是提高钢材强度的合金元素。 硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。 热轧钢筋：热轧钢筋：余热处理钢筋：余热处理钢筋：1、HPB300：Hot rolled plain steel bars for the reinforcement of concrete.（热轧光圆钢筋）（热轧光圆钢筋） 300指该种钢筋的屈服强度标准值。指该种钢筋的屈服强度标准值。fyk=300N/mm22、HRB335：Hot rolled ribbed steel bars

18、for the einforcement of concrete.（热轧带肋钢筋）（热轧带肋钢筋） fyk=335N/mm2；提倡用此钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋提倡用此钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋3、 HRB400：fyk=400N/mm2 （热轧带肋钢筋）（热轧带肋钢筋） 4、RRB400：Remained heat treatment ribbed steel bars for the reinforcement of concrete. fyk=400N/mm2 （余热处理带（余热处理带肋钢筋）肋钢筋） 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢筋

19、常用的品种和级别钢筋常用的品种和级别 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能sykyff钢筋的材料分项系数，热轧钢筋钢筋的材料分项系数，热轧钢筋1.10，预应力钢筋，预应力钢筋1.20。s22N/mm6 .2131 . 1/235/ 1 . 1N/mm235235HRB sykysykfff，则，级钢筋，如：强度设计值强度设计值 普通纵向受力钢筋普通纵向受力钢筋宜采用宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，也可采用钢筋，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300和和RRB400钢筋；钢筋； 预应力钢筋预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢

20、丝和预应力宜采用预应力钢绞线、钢丝和预应力螺纹钢筋；螺纹钢筋； 普通箍筋普通箍筋宜采用宜采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500钢筋；也可采用钢筋；也可采用HRB335、HRBF335和和HPB300钢筋。钢筋。表表4.2.3-1 普通钢筋强度标准值（普通钢筋强度标准值（N/mm2）种类种类符符号号公称直径公称直径d（mm）屈服强屈服强度度fyk抗拉强抗拉强度度ftk极限应变极限应变（%）HPB300 622 300420不小于不小于10HRB335、HRBF335 650 335 455不小于不小于7.5 HRB400、HRBF400、RRB400 650 400 54

21、0HRB500、HRBF500 650 500630 注：当采用直径大于注：当采用直径大于40 mm的钢筋时，应经相应的试验检验的钢筋时，应经相应的试验检验或有可靠的工程经验或有可靠的工程经验 FFRF钢筋性能要求：钢筋性能要求：、可焊性、粘结能力、可焊性、粘结能力 钢筋强度和变形特性，根据钢筋单向拉伸试验，测得的应力钢筋强度和变形特性，根据钢筋单向拉伸试验，测得的应力- -应变曲线来表征应变曲线来表征 曲线分为两类：有明显流幅、无明显流幅曲线分为两类：有明显流幅、无明显流幅 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形 第二章第二章 钢筋混凝

22、土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能有明显屈服点的钢材：有明显屈服点的钢材：低碳钢和低合金钢低碳钢和低合金钢由于到达由于到达后构件产生后构件产生较大变形，故把它取为计较大变形，故把它取为计算构件的强度标准；到达算构件的强度标准；到达 u u时构件开始断裂破坏，时构件开始断裂破坏，故以故以 u u作为材料的强度储作为材料的强度储备。备。 yu 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能无明显屈服点的钢材：无明显屈服点的钢材： 高强钢材（如高碳钢材）高强钢材（如高碳钢材） 对于无明显屈服点的钢材，对于无明显屈服点的钢材，以残余变形为以残余变形为0.2%0.2%时的应力时的应

23、力作为作为，其值约为，其值约为极限强度的极限强度的85%85% yu 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能A A模型采用了两点简化模型采用了两点简化1 1、应力小于屈服点应力时、应力小于屈服点应力时 为直线关系为直线关系2 2、不利用应力强化阶段。超过、不利用应力强化阶段。超过屈服应力点后处于流幅内。屈服应力点后处于流幅内。规范模型su=0.01 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能伸长率伸长率 冷弯性能冷弯性能 断裂前试件的永久变形与原标定长断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的

24、重要指标。钢材塑性的重要指标。 冷弯性能由冷弯试验来确定，试验冷弯性能由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成用冲头加压，使试件弯成180180，如试件外表面不出现裂纹和分层，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。即为合格。 冷弯试验冷弯试验伸长率测试仪伸长率测试仪 钢筋与混凝土的共同作用钢筋与混凝土的共同作用 为什么两者能共同作用：为什么两者能共同作用： 相近的线膨胀系数相近的线膨胀系数 混凝土充当钢筋保护层混凝土充当钢筋保护层 若梁中的钢筋与混凝土没有粘结（图若梁中的钢筋与混凝土没有粘结（图 (a)(a)），则在荷载作用下，

25、），则在荷载作用下，钢筋不受力，该梁如同钢筋不受力，该梁如同素混凝土梁。素混凝土梁。若梁中的钢筋与混凝土有粘结（图若梁中的钢筋与混凝土有粘结（图 (b)(b)），则在荷载作用下，），则在荷载作用下，钢筋与混凝土共同受力钢筋与混凝土共同受力 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 粘结应力粘结应力粘结应力的概念粘结应力的概念 - - 是钢筋和混凝土接触面上的是钢筋和混凝土接触面上的分布剪应力分布剪应力，在钢筋和周，在钢筋和周围混凝土之间起到传递内力的作用。围混凝土之间起到传递内力的作用。 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 粘结应力的分类粘结应

26、力的分类 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能锚固粘结应力锚固粘结应力 对于存在锚固对于存在锚固粘结应力的地粘结应力的地方，必须保证方，必须保证足够的锚固长足够的锚固长度，必要时采度，必要时采取机械锚固措取机械锚固措施，避免产生施，避免产生脆性粘结破坏。脆性粘结破坏。 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能轴心受拉构件开裂前，粘结应力仅发生在构件端部。轴心受拉构件开裂前，粘结应力仅发生在构件端部。 开裂后（见图），粘结应力发生在裂缝截面两侧开裂后（见图），粘结应力发生在裂缝截面两侧 裂缝间粘结应力裂缝间粘结应力 粘结应力的形成粘结应力的形成 化

27、学吸附作用化学吸附作用是混凝土内的水泥胶体生成的对于钢筋表面是混凝土内的水泥胶体生成的对于钢筋表面的粘结力的粘结力 摩擦力作用摩擦力作用 钢筋表面与混凝土所形成的摩擦力钢筋表面与混凝土所形成的摩擦力 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢筋与砼之间摩擦力钢筋与砼之间摩擦力摩擦力摩擦力混凝土混凝土钢筋钢筋 机械咬合作用机械咬合作用由于钢筋表面凸凹不平而产生的机械咬合力由于钢筋表面凸凹不平而产生的机械咬合力 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能 带肋钢筋带肋钢筋与砼之间的挤压力与砼之间的挤压力 光圆钢筋光圆钢筋端部弯钩与砼之间的挤压力端部弯钩与砼

28、之间的挤压力机械咬合作用机械咬合作用附加咬合作用附加咬合作用钢筋表面形状钢筋表面形状混凝土强度等级混凝土强度等级浇筑混凝土时钢筋的位置浇筑混凝土时钢筋的位置保护层厚度和钢筋间距保护层厚度和钢筋间距横向钢筋、侧向压力横向钢筋、侧向压力 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能钢筋的锚固与连接钢筋的锚固与连接是指钢筋除了受力的部分，还要有一定的长度起锚固作用，保是指钢筋除了受力的部分，还要有一定的长度起锚固作用，保证钢筋混凝土共同作用，是证钢筋混凝土共同作用，是。是指钢筋由于长度不够，而将两根钢筋连接在一起，作为一个是指钢筋由于长度不够，而将两根钢筋连接在一起，作为一个整体受

29、力，是整体受力，是。 第二章第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋混凝土材料的力学性能（规范规定）（规范规定）锚固设计的基本原则锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固粘结强度是必须保证足够的锚固粘结强度以使钢筋强度得以充分利用。以使钢筋强度得以充分利用。 规范给出当受拉钢筋强度充分利用时的基本锚固长度为规范给出当受拉钢筋强度充分利用时的基本锚固长度为laT=Asfydmaxuyatfldf钢筋类型 光面钢筋 带肋钢筋 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 三股钢绞线 七股钢绞线0.16 0.14 0.190.130.160.176.1 黏结q当当HRB335、HRB400和和RRB400级钢筋的直径大于级钢筋的直径大于25mm时，其锚固时，其锚固长度应乘以修正系数长度应乘以修正系数1.1;qHRB335、HRB400和和RRB400级的环氧树脂涂层钢筋，其锚固长度级的环氧树脂涂层钢筋，其锚固长度应乘以修正系数应乘以修正系数1.25;q当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，其当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，其锚固长度应乘以修正系数锚固长度应乘以修正系数1.1;q当当HRB33