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文档简介

1、会计学1混凝土结构材料性能混凝土结构材料性能第1页/共99页第2页/共99页400840RRB400(K20MnSi)400650HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi)335650HRB335(20MnSi)235820HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符号种 类HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRibbedBarRRBRemained heat treatmentRibbedBar第3页/共99页第4页/共99页第5页/共99页第6页/共99页se热轧钢筋应力-应变曲线aabcdefua为比例极限a为弹性极限

2、de为强化阶段b为屈服上限c为屈服下限,即屈服强度 fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度 fu fyfef为颈缩阶段o第7页/共99页第8页/共99页热轧钢筋的简化应力应变曲线yyysfEeeseees 第9页/共99页热轧钢筋的塑性性能 伸长率1510100100%510100mmlllldldl l1ld: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。105第10页/共99页钢筋均匀伸长率的测定:均匀伸长率更真实反映钢筋在拉断前的平均伸长率,客观反映钢筋的变形能力。残余伸长已回复弹性应变第11页/共99页=90,180 ,反复弯曲要求:冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂

3、。D 愈小,要求愈高。反复次数愈高,要求愈高。Dd 冷弯 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。 第12页/共99页热轧钢筋的弹性模量和强度 钢筋的屈服应力不低于规定值 屈服应力/极限抗拉强度的比值(屈强比)不宜过大第13页/共99页中、高强钢丝和钢绞线第14页/共99页第15页/共99页第16页/共99页第17页/共99页第18页/共99页第19页/共99页v 钢筋的直径常用: 6mm,6.5mm,8mm,8.2mm,10mm,12mm, 14mm,16mm,18mm,20mm,22mm,25mm, 28mm,32mm,36mm,40mm,50mm。其中,

4、8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。v 钢筋的选用普通钢筋:宜用HRB400和HRB335钢筋 可用HPB235、RRB400和冷加工钢筋预应力筋:宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋d=650mm第20页/共99页1.2 混凝土1.2.1 组成及特点主要材料:水泥、水、砂、石 特点:1)以固相为主,包含固体、液体、气体的三相体;2)水化过程长,性能要很长时间才稳定; 3)水泥石收缩可形成微裂缝;4)受制作、养护、使用条件影 响大。 第21页/共99页第22页/共99页第23页/共99页第24页/共99页第25页/共99页ckc1c2cu,k0.88ff 混凝土强度与试块混凝

5、土强度的修正系数脆性影响系数 棱柱体强度与立方体强度之比值fckfcu,kh b1.00.5012345bbh混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87轴心抗压强度第26页/共99页混凝土受压破坏机理可概括为:随着应力的增大,沿粗骨料界面和砂浆内部的微裂缝逐渐延伸和扩展,导致砂浆的损伤不断积累;裂缝贯通后,混凝土的连续性遭到破坏,逐渐丧失其承载力,破坏的实质是由连续材料逐步变成不连续材料

6、的过程。第27页/共99页第28页/共99页第29页/共99页第30页/共99页45. 00.55kcu,2tk)645. 11 (395. 088. 0ff轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算系数 试验离散性的影响系数 试验离散性系数 轴心抗拉强度第31页/共99页双向受压时,两个方向的抗压强度都有所提高;双向受拉时,两个方向的抗拉强度均接近于单轴抗拉强度;拉压受力时,混凝土的强度均低于单轴受力(压或拉)强度。混凝土的复合受力强度双轴应力状态 Biaxial Stress State实际结构中,混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。如钢筋混凝土梁弯剪段的剪压区、框架的梁、

7、柱节点区、牛腿、深梁等。第32页/共99页 双向受力此图说明: 压-压:强度提高; 拉-拉:强度不变; 拉-压:抗拉和抗压强度都低。ft* 混凝土单轴抗拉强度;fc*混凝土单轴抗压强度第33页/共99页 剪力存在时:拉-剪:抗拉、抗剪强度都降低;压-剪:当 时,抗剪强度随压应力提高而增大; 当 时,内部裂缝增加,抗剪抗压强度 均降低。 6 . 0/cfs6 . 0/cfs第34页/共99页 三向受力:三轴应力状态有多种组合,实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。第35页/共99页三向受压时,强度增加,最大增加5倍。三向受

8、压时,试件由于侧压限制,其内部裂缝的产生和发展受到阻碍,因此破坏时的轴向抗压强度提高。第36页/共99页第37页/共99页 螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高; 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著,但对变形能力有显著改善。第38页/共99页1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形可分为两类:荷载作用下的受力变形和由于混凝土的收缩、温度变化等引起的非受力变形。1、单轴(单调)受力应力-应变关系Stress- strain Relationship 混凝土单轴短期荷载作用下的应力-应变关系是混凝土材料最基本的力学性能,是对混凝土进行理论分析的基本依据,是研究和建立混凝土构件的承载力、变形、延性以

9、及应用计算机进行构件的非线性全过程分析的重要依据。 混凝土单轴受压应力-应变关系曲线 常采用标准棱柱体或圆柱体试件来测定。第39页/共99页混凝土单轴受压应力-应变关系曲线,常采用棱柱体试件来测定。 在普通试验机上采用等应力速度加载,达到轴心抗压强度fc时,试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的应变能,会导致试件产生突然脆性破坏,只能测得应力-应变曲线的上升段。采用等应变速度加载,或在试件旁附设高弹性元件与试件一同受压,以吸收试验机内集聚的应变能,可以测得应力-应变曲线的下降段。作用是:超过峰值应力后,吸收试验机的变形能,测出下降段。第40页/共99页第41页/共99页第42页/共99页第

10、43页/共99页第44页/共99页第45页/共99页第46页/共99页第47页/共99页第48页/共99页第49页/共99页第50页/共99页混凝土的弹性模量 Elastic ModulusseEc= tan 原点切线模量Elastic Modulus0sesddEcseEc= tan 割线(变形)模量Secant ModulusseEc= tan 切线模量Tangent ModulusesddEc 弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小n =10.52.2 混凝土escEeeelcEcEn第51页/共99页 混凝土一次加载卸载时应力应变曲线:OA

11、BB0c卸载时瞬时恢复应变残余应变卸载后弹性后效第52页/共99页O13fcf 混凝土多次重复加载卸载的应力应变曲线:第53页/共99页剪切模量:Gc=0.4 Ec 泊松比 = 横向应变/纵向应变=0.2第54页/共99页 混凝土轴心受拉时的应力-应变关系第55页/共99页v 徐变 定义:在荷载保持不变的情况下,变形随时间推移 继续增大的现象。 特点:早期发展快,但可以延续数年。徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响。由于混凝土的徐变,会使构件的变形增加,在钢筋混凝土截面中引起应力重分布,在预应力混凝土结构中会造成预应力的损失。第56页/共99页混凝土徐变产生的原因混凝土中的水泥凝胶体在荷

12、载作用下产生粘性流动,并把它所承受的压力逐渐转给骨料颗粒,使骨料压应力增大,试件变形也随之增大;混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加,也使徐变增大。当应力不大时,徐变的发展以第一个原因为主;当应力较大时,则以第二个原因为主。第57页/共99页在应力(0.5fc)作用瞬间,首先产生瞬时弹性应变ee,荷载持续作用下逐渐完成徐变应变 。前4个月徐变增长较快,6个月可达最终徐变的(7080)%,以后增长逐渐缓慢,23年后趋于稳定。cre(103)00.51.01.52.051015202530(t/月)ecreecr第58页/共99页(103)00.51.01.52.05101520253

13、0(t/月)ecreecr如在时间t 卸载,则会产生瞬时弹性恢复应变ee。由于混凝土弹性模量随时间增大,故弹性恢复应变ee小于加载时的瞬时弹性应变 ee。再经过一段时间后,还有一部分应变ee可以恢复,称为弹性后效或徐变恢复,但仍有不可恢复的残留永久应变ecr第59页/共99页影响徐变的因素1) 应力大小当s0.5fc时,徐变与应力成正比,这种情况称为线性徐变。当s=(0.50.8)fc时,徐变的增长速度比应力的增长速度快,为非线性徐变。当s0.8fc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s=0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。第60页/共99页2) 龄期影响加载时混凝土的龄期

14、越长,徐变越小。为了减少徐变,应避免过早地给结构施加长期荷载,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。第61页/共99页3)材料组成在混凝土的组成成分中,水灰比愈大,水泥水化后残余的游离水愈多,徐变也愈大;水泥用量愈多,凝胶体在混凝土中所占比重也愈大,徐变也愈大;骨料愈坚硬,弹性模量愈大以及骨料所占体积比愈大,则由凝胶体流动后传给骨料压力所引起的变形也愈小,徐变也愈小。4)外部环境养护环境湿度愈大,温度愈高,则水泥水化作用愈充分,徐变就愈小;混凝土在使用期间处于高温、干燥条件下所产生的徐变比低温、潮湿时明显增大。第62页/共99页徐变

15、对结构的影响:使构件变形增大;在轴压构件中,使钢筋应力增加,混凝土应力减小;在预应力构件中,使预应力发生损失;在超静定结构中,使内力发生重分布。 PAsPAs ss1sc1Pss2As ss2P拆去,钢筋受压混凝土受拉,可能会引起混凝土开裂徐变: ss, sc第63页/共99页混凝土的收缩 混凝土在空气中硬化时体积会缩小,这种现象称为混凝土的收缩。 混凝土在水中结硬时体积会膨胀,这种现象称为混凝土的膨胀。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部(支座)或内部(钢筋)的约束时,将使混凝土中产生拉应力,甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应

16、力损失。 混凝土的非受力变形第64页/共99页墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形收缩对混凝土结构的影响AsssAs ss收缩: 钢筋受压, 混凝土受拉As第65页/共99页混凝土的收缩是随时间而增长的变形,早期收缩变形发展较快,两周可完成全部收缩的25%,一个月可完成50%,以后变形发展逐渐减慢,整个收缩过程可延续两年以上。最终收缩应变值约为(25)10-4,一般取收缩应变值为310-4。14d 28dtesh(25)10-425%50%第66页/共99页影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。 水泥用量

17、多、水灰比越大,收缩越大 骨料弹性模量高、级配好,收缩就小 干燥失水及高温环境,收缩大 小尺寸构件收缩大,大尺寸构件收缩小影响收缩的因素多且复杂,要精确计算尚有一定的困难。减少收缩的措施: 限制水泥用量;减小水灰比;加强振捣和养护;构造钢筋数量加强;设置变形缝;掺膨胀剂。第67页/共99页温度变形温度变形也是混凝土在非荷载状态下,产生内力的一个重要因素。水泥在水化作用时排出的热量导致构件内部的温度上升,构件表面由于便于散热而温度相对较低。构件内外的这种温差就会引起应力,从而导致混凝土开裂。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。第68页/共99页混凝土的选用原

18、则v 钢筋混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于C15。 用HRB335级钢筋时,不宜低于C20; 用HRB400和RRB400级钢筋时,不得低于C20。v 预应力混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于C30。 当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时,不宜低于C40。 第69页/共99页1.3钢筋与混凝土的粘结第70页/共99页第71页/共99页第72页/共99页第73页/共99页第74页/共99页试件的破坏是钢筋徐徐被拔出的剪切破坏。第75页/共99页 对于光面钢筋,表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力,但摩擦作用也很有限。此外,由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小,机械咬合作用也不大。因此,光面钢筋与混凝土的粘结强度较低。 光面钢筋的主要问题是强度低,滑移大。 为保证光面钢筋的锚固,通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。第76页/共99页第77页/共99页第78页/共99页第79页/共99页第80页/共99页第81页/共99页第82页/共99页第83页/共99页第84页/共99页普通钢筋锚固长度 按下列公式计算:aldffltya钢筋抗拉强度设计值 钢筋外形系数 钢筋直径 混凝土轴心抗拉强度设计值

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