混凝土结构设计原理材料性能学习教案

1、会计学1混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 材料材料(cilio)性能性能第一页，共75页。1.1 钢筋钢筋(gngjn)（steel reinforcement）热轧热轧(r zh)钢筋钢筋冷加工钢筋冷加工钢筋(gngjn)钢丝及钢绞线钢丝及钢绞线1.1.1 钢筋的品种钢筋的品种(reinforcement types)与性能与性能第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第1页/共75页第二页，共75页。按化学成分按化学成分碳素钢碳素钢 普通普通(ptng)(ptng)低合金钢低合金钢 锰系锰系 硅矾系硅矾系 低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢硅钛系硅钛系 硅锰系硅锰

2、系 硅铬系硅铬系 C0.8fcsh时，混凝土内部的微裂缝进入非稳态发展，导致混凝土破坏。取时，混凝土内部的微裂缝进入非稳态发展，导致混凝土破坏。取=0.8fcsh作为混凝土的长期抗压强度。初应力越大，徐变也越大。作为混凝土的长期抗压强度。初应力越大，徐变也越大。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第45页/共75页第四十六页，共75页。加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期(ln q)越长，徐变越小。越长，徐变越小。为了减少徐变，应避免过早地给结构为了减少徐变，应避免过早地给结构(jigu)施加长期荷载，例如在施加长期荷载，例如在施工期内避免过早地撤除构件的模板支柱等，也

3、可以采取加快混凝土施工期内避免过早地撤除构件的模板支柱等，也可以采取加快混凝土硬结的措施来减小龄期对徐变的影响。硬结的措施来减小龄期对徐变的影响。 4) 龄期龄期(ln q)影响影响第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第46页/共75页第四十七页，共75页。2. 混凝土的非受力变形混凝土的非受力变形(bin xng) 混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩与膨胀 混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的现象称为混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的现象称为(chn wi)膨胀膨胀 。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为(

4、chn wi)收缩。收缩。混凝土的收缩混凝土的收缩(shu su)第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第47页/共75页第四十八页，共75页。影响混凝土收缩影响混凝土收缩(shu su)(shu su)的因素的因素 水泥用量越多、水灰比越大，收缩就越大。骨料的级配好、弹性模量高，可减小混凝土的收缩。高温蒸养，收缩减少；使用环境的温度越高，相对湿度水泥用量越多、水灰比越大，收缩就越大。骨料的级配好、弹性模量高，可减小混凝土的收缩。高温蒸养，收缩减少；使用环境的温度越高，相对湿度(xingdu shd)(xingdu shd)越低，收缩就越大。此外，水泥品种、混凝土的密实度

5、、构件的体表比等都会对混凝土的收缩有影响。越低，收缩就越大。此外，水泥品种、混凝土的密实度、构件的体表比等都会对混凝土的收缩有影响。收缩和膨胀是在混凝土不受力的情况下而产生的变形，一般来说，收缩值比膨胀值大得多。混凝土的膨胀特性收缩和膨胀是在混凝土不受力的情况下而产生的变形，一般来说，收缩值比膨胀值大得多。混凝土的膨胀特性(txng)(txng)对混凝土构件往往是有利的，故一般不予考虑。对混凝土构件往往是有利的，故一般不予考虑。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第48页/共75页第四十九页，共75页。收缩收缩(shu su)的性质的性质自由自由(zyu)收缩收缩约束约

6、束(yush)收缩收缩来自内部的钢筋约束来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响收缩对结构的影响自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂梁板或其他构件，由于养护不好，在使用前就可能因混凝土收缩而产生裂缝；梁板或其他构件，由于养护不好，在使用前就可能因混凝土收缩而产生裂缝；整片大面积的混凝土地面或楼面，在施工后就可能因混凝土的收缩而产生裂缝整片大面积的混凝土地面或楼面，在施工后就可能因混凝土的收缩而产生裂缝；在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩会导致预应力的损失。收缩也对超静；

7、在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩会导致预应力的损失。收缩也对超静定结构（如拱）产生不利的内力，导致钢筋混凝土结构出现过大裂缝，造成不定结构（如拱）产生不利的内力，导致钢筋混凝土结构出现过大裂缝，造成不利影响。利影响。 收缩的不利影响收缩的不利影响第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第49页/共75页第五十页，共75页。温度的变化与水泥种类、水泥含量温度的变化与水泥种类、水泥含量(hnling)(hnling)、新拌混凝土的温度、混凝土硬化速度、构件尺寸等因素有关。、新拌混凝土的温度、混凝土硬化速度、构件尺寸等因素有关。影响温度变化影响温度变化(binhu)的因素的因素

8、第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第50页/共75页第五十一页，共75页。混凝土与钢筋的线膨胀系数是相近的。温度变化混凝土与钢筋的线膨胀系数是相近的。温度变化(binhu)(binhu)时，在混凝土和钢筋之间引起的内应力很小，不致产生相对的变形。时，在混凝土和钢筋之间引起的内应力很小，不致产生相对的变形。温度变形温度变形(bin xng)(bin xng)的影响的影响 水泥在水化作用时排出的热量导致构件水泥在水化作用时排出的热量导致构件(gujin)(gujin)内部的温度上升，构件内部的温度上升，构件(gujin)(gujin)表面由于便于散热而温度相对较低。构件表

9、面由于便于散热而温度相对较低。构件(gujin)(gujin)内外的这种温差就会引起应力，从而导致表层混凝土开裂。内外的这种温差就会引起应力，从而导致表层混凝土开裂。大体积混凝土结构以及水池、烟囱等结构由温度变化引起的温度应力必须予以考虑。大体积混凝土结构以及水池、烟囱等结构由温度变化引起的温度应力必须予以考虑。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第51页/共75页第五十二页，共75页。第第1 1章章 混凝土结构用材料混凝土结构用材料(cilio)(cilio)的性能的性能第52页/共75页第五十三页，共75页。产生钢筋和混凝土粘结力的主要产生钢筋和混凝土粘结力的主要(

10、zhyo)(zhyo)原因：原因： 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； 混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力； 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部机械咬合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部机械咬合力； 钢筋端部在混凝土内的锚固作用。钢筋端部在混凝土内的锚固作用。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第53页/共75页第五十四页，共75页。是指相邻是指相邻(xin ln)(xin ln)两个开裂截面之间产生的钢筋拉力，通过裂缝两侧的粘结应力部分地向混凝

11、土传递，使未开裂的混凝土受拉。两个开裂截面之间产生的钢筋拉力，通过裂缝两侧的粘结应力部分地向混凝土传递，使未开裂的混凝土受拉。 裂缝之间局部粘结应力裂缝之间局部粘结应力粘结应力粘结应力局部粘结应力局部粘结应力锚固粘结应力锚固粘结应力第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第54页/共75页第五十五页，共75页。是指钢筋是指钢筋(gngjn)(gngjn)伸入支座或支座负弯矩钢筋伸入支座或支座负弯矩钢筋(gngjn)(gngjn)在跨间截断时，必须具有足够的锚固长度，通过锚固长度积累的粘结力。在跨间截断时，必须具有足够的锚固长度，通过锚固长度积累的粘结力。按钢筋所处部位和所起

12、作用不同受压、受拉、支座、节点按钢筋所处部位和所起作用不同受压、受拉、支座、节点(ji din)(ji din)及钢筋截断时，锚固长度各异。及钢筋截断时，锚固长度各异。 钢筋端部的锚固粘结钢筋端部的锚固粘结(zhn ji)(zhn ji)应力应力第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第55页/共75页第五十六页，共75页。lTdmax 以锚固粘结以锚固粘结(zhn ji)(zhn ji)应力为例：应力为例：udlTu 锚固设计的基本锚固设计的基本(jbn)原则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，即原则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，

13、即yufddl42 ndldfly 一一般般取取， 4u 第第1 1章章 混凝土结构混凝土结构(jigu)(jigu)用材用材料的性能料的性能第56页/共75页第五十七页，共75页。第第1 1章章 混凝土结构混凝土结构(jigu)(jigu)用用材料的性能材料的性能第57页/共75页第五十八页，共75页。 摩擦力摩擦力混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住，当钢筋和混凝土产生相对滑移时，在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住，当钢筋和混凝土产生相对滑移时，在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢

14、筋的径向(jn xin)压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙，则摩擦力越大。压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙，则摩擦力越大。第第1 1章章 混凝土结构混凝土结构(jigu)(jigu)用材料的用材料的性能性能第58页/共75页第五十九页，共75页。钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械(jxi)(jxi)咬合作用而产生的力，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力，取决于混凝土的抗剪强度。咬合作用而产生的力，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力，取决于混凝土的抗剪强度。 机械机

15、械(jxi)(jxi)咬合力咬合力变形钢筋的横肋会产生这种咬合力，它的咬合作用往往很大，是变形钢筋粘结力的主要变形钢筋的横肋会产生这种咬合力，它的咬合作用往往很大，是变形钢筋粘结力的主要(zhyo)(zhyo)来源。来源。 钢筋端部的锚固力钢筋端部的锚固力采取锚固措施后所造成的机械锚固力。采取锚固措施后所造成的机械锚固力。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第59页/共75页第六十页，共75页。2. 光面光面(un min)钢筋的粘结性能钢筋的粘结性能光面钢筋的粘结力以化学光面钢筋的粘结力以化学(huxu)(huxu)胶结力和摩擦力为主。胶结力和摩擦力为主。钢筋与混凝土

16、的粘结强度通常采用拔出试验来测定。设拔出力为钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定。设拔出力为F F，则以粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂，则以粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂(p li)(p li)）时钢筋与混凝土截面上的最大平均粘结应力作为粘结强度。）时钢筋与混凝土截面上的最大平均粘结应力作为粘结强度。 dlFb 第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第60页/共75页第六十一页，共75页。3. 变形变形(bin xng)钢筋的粘结性能钢筋的粘结性能粘结强度仍由化学胶结力、摩擦力和钢筋表面凹凸不平的机械咬合力组成，但主要是钢筋表面突出肋与混凝土之间的机械咬合力。变形

17、钢筋和光圆钢筋的主要区别是钢筋表面具有不同粘结强度仍由化学胶结力、摩擦力和钢筋表面凹凸不平的机械咬合力组成，但主要是钢筋表面突出肋与混凝土之间的机械咬合力。变形钢筋和光圆钢筋的主要区别是钢筋表面具有不同(b tn)(b tn)形状的横肋或斜肋。形状的横肋或斜肋。 变形钢筋变形钢筋(gngjn)外围混凝土的内裂缝外围混凝土的内裂缝第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第61页/共75页第六十二页，共75页。4. 影响粘结强度影响粘结强度(qingd)的因素的因素(1) 混凝土的强度等级混凝土的强度等级(dngj)高，粘结强度高；高，粘结强度高；(2) 保护层厚度大，钢筋的净

18、距大，粘结保护层厚度大，钢筋的净距大，粘结(zhn ji)强度高；强度高；(3) 钢筋的直径小，粘结强度高；螺纹钢筋比月牙钢筋高；钢筋的直径小，粘结强度高；螺纹钢筋比月牙钢筋高； (4) 横向箍筋，提高粘结强度；横向箍筋，提高粘结强度；(5) 横向压应力，提高粘结强度；横向压应力，提高粘结强度；(6) 钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施，提高粘结强度。钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施，提高粘结强度。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第62页/共75页第六十三页，共75页。1.3.3 保证保证(bozhng)可靠粘结的构造措施可靠粘结的构造措施第第1 1章章 混凝土结

19、构用材料混凝土结构用材料(cilio)(cilio)的性能的性能第63页/共75页第六十四页，共75页。2.4.1 普通普通(ptng)钢筋钢筋 钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的纵向普通钢筋应选用钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的纵向普通钢筋应选用R235（Q235）、）、HRB335、HRB400及及KL400钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋应选用其中钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋应选用其中(qzhng)的带肋钢筋。钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于的带肋钢筋。钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。的保证率。第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能第64页/共75页第

20、六十五页，共75页。普通钢筋普通钢筋(gngjn)(gngjn)的抗拉强度标准值的抗拉强度标准值普通普通(ptng)(ptng)钢筋的抗拉强度设计值和抗压强度设计值钢筋的抗拉强度设计值和抗压强度设计值第第1 1章章 混凝土结构用材料混凝土结构用材料(cilio)(cilio)的性的性能能第65页/共75页第六十六页，共75页。预应力钢筋预应力钢筋(gngjn) (gngjn) 第第1 1章章 混凝土结构混凝土结构(jigu)(jigu)用用材料的性能材料的性能第66页/共75页第六十七页，共75页。预应力钢筋预应力钢筋(gngjn) (gngjn) 第第1 1章章 混凝土结构用材料混凝土结构用

21、材料(cilio)(cilio)的性的性能能第67页/共75页第六十八页，共75页。弹性模量弹性模量(tn xn m lin)(tn xn m lin)第第1 1章章 混凝土结构混凝土结构(jigu)(jigu)用材料的用材料的性能性能第68页/共75页第六十九页，共75页。2.4.2 混凝土混凝土 公路桥规中同样公路桥规中同样(tngyng)是按边长为是按边长为150mm的立方体试件的抗压强度标准值确定，抗压强度标准值的测试方法与混凝土结构设计规范相同，混凝土强度等级用的立方体试件的抗压强度标准值确定，抗压强度标准值的测试方法与混凝土结构设计规范相同，混凝土强度等级用C表示，采用表示，采用C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C55，C60，C65，C70，C75，C80 14个等级。个等级。C50及以下为普通混凝土，及以下为普通混凝土，C50以上为高强混凝土。以上为高强混凝土。1. 强度强度(qingd)等级等级 公路桥涵的混凝土强度等级公路桥涵的混凝土强度等级(dngj)应按以下规定选用：钢筋混凝土构件不应低于应按以下规定选用：钢筋混凝土构件不应低于C20，当用，当用HRB400、KL400级钢筋时，不应低于级钢筋时，不应低于C25；预应力混凝土构件不应低于；预应力混凝土构件不应低于C40。 第第1 1章章