《结构设计原理》课件-项目1：1.2 混凝土结构材料

结构的基本知识><目录01结构的相关概念02结构与构件分类03常见结构的特点及使用范围结构的相关概念01一、结构的相关概念

桥梁、涵洞、隧道等都是土木基础设施工程中的构造物，作为单项工程实体，必须由它的承重骨架来承受各种外荷载的作用。我们就把构造物的承重骨架组成部分统称为结构。1.结构一、结构的相关概念

构造物的结构都是由若干基本构件连接而成的，因此，把组成结构的基本杆件称为构件。2.构件结构与构件分类02二、结构与构件分类构件按受力特点分类结构按照材料分类受弯构件受压构件受拉构件受扭构件钢结构混凝土结构圬工结构木结构素混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构常见结构的特点及使用范围03特点：承载能力较强；砂、石等材料便于就地取材，价格低廉；可模性好，结构造型灵活；结构整体性好、耐火性、耐久性较好；自重较大、抗裂性较差、修补困难。三、常见结构的特点及使用范围1.钢筋混凝土结构适用范围：房屋建筑；地下结构；桥梁工程；隧道工程；水利工程；港口等。注意：由于钢筋混凝土结构抗裂性较差,正常使用条件下一般是带裂缝工作,故一般不能用于对抗渗性能有要求的结构。特点：构件截面尺寸比钢筋混凝土结构减小；构件自重比钢筋混凝土结构减轻；腐蚀性环境中可保护钢筋免遭侵蚀；材料单价高、施工工序多；要求有经验、熟练的技术人员和施工人员；要求较多的、严格的现场技术监督和检查。三、常见结构的特点及使用范围2.预应力混凝土结构适用范围：由恒荷载控制设计的大跨径桥梁；海洋工程结构；有防渗要求的结构等。特点：易于就地取材；具有良好的耐久性、耐火性；自重较大；施工机械化程度较低。三、常见结构的特点及使用范围3.圬工结构适用范围：中小跨径的拱桥；桥墩（台）；挡土墙；涵洞；道路护坡等。特点：构件截面尺寸较小；构件自重较轻；工作的可靠性高；施工机械化程度高。三、常见结构的特点及使用范围4.钢结构适用范围：大跨径的钢桥；高层建筑；海洋钻井采油平台；钢屋架；临时结构等。小结1.结构的相关概念2.结构与构件分类3.常见结构的特点及使用范围思考题生活中常见的结构有哪些，组成这些结构的主要构件有哪些？混凝土在单轴应力状态下的强度><目录01混凝土抗压强度02混凝土抗拉强度混凝土抗压强度01一、混凝土抗压强度标准试件和标准试验方法得到的混凝土强度基本表混凝土的立方体抗压强度是按规定的代表值，用符号fcu示。

标准试件150mm150mm150mm在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d。试件表面不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15～0.25MPa/sec。非标准尺寸试件？《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081）标准试验方法一、混凝土抗压强度实际工程中可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试件尺寸，但在计算抗压强度时，应乘以换算系数，以得到相当于标准试件的试验结果。注意：混凝土的立方体抗压强度并不能代表实际构件中的受力状态，因此不能作为设计时的强度指标，只能作为衡量混凝土质量和强度的一种标准，用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平的高低和混凝土品质的好坏。Dmax（mm）折算系数试块尺寸（mm）≤300.951003≤4011503≤601.052003一、混凝土抗压强度通常钢筋混凝土构件的长度比它的截面边长要大得多，因此，棱柱体试件的受力状态更接近于实际构件中混凝土的受力情况。按照与立方体试件相同条件制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符号fc表示。一、混凝土抗压强度国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081）规定，混凝土的轴心抗压强度试验以150mm×150mm×300mm的试件为标准试件。棱柱体试件的抗压强度较立方体抗压强度低；棱柱体试件高度h与边长b之比越大，则强度越低；当h/b由1增至2时，混凝土强度降低很快；当h/b由2增至4时，其抗压强度变化不大。一、混凝土抗压强度立方体抗压强度只是一组混凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉及数理统计和保证率的概念。而立方体抗压强度标准值（fcu,k）是按数理统计方法确定，具有不低于95%保证率的立方体抗压强度。一、混凝土抗压强度混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的。它的表示方法用“C”和“立方体抗压强度标准值”两项内容表示。“C50”即表示混凝土立方体抗压强度标准值为50MPa。《公路桥规》划分的强度等级：普通混凝土：C25、C30、C35、C40、C45；高强度混凝土：C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。轴心抗拉强度02二、轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度直接轴拉试验劈裂试验（间接试验）二、轴心抗拉强度1.直接轴拉试验由100×100×500mm的标准试件，两端埋入直径为16mm的带肋钢筋（埋入深度为150mm）并对钢筋进行张拉。150200150PP二、轴心抗拉强度2.劈裂试验（间接试验）由于直接试验法很难保证施加的拉力为轴心拉力，故在工程实践中较少采用，而是通过劈裂试验测定混凝土的抗拉强度。劈裂试验的试件可以采用圆柱体或立方体试块。二、轴心抗拉强度2.劈裂试验（间接试验）当测得试块劈裂破坏时压力机的压力F

，则根据弹性理论，可按下式计算混凝土的劈裂抗拉强度：

A：试件劈裂面的面积

由劈裂抗拉强度便可以得到轴心抗拉强度，其换算关系如下：小结1.混凝土抗压强度构件尺寸、制作条件、立方体抗压强度、轴心抗压强度、强度等级、非标尺寸；2.轴心抗拉强度直接轴拉试验、劈裂试验。思考题无论在学校的实训中心还是工地试验室，都可以看到一些不同形状和大小的混凝土试块，想想它们起什么作用？复杂应力下混凝土的强度01双向正应力状态下混凝土强度02正应力与剪应力共同作用下混凝土强度03三向受压时混凝土强度01双向正应力状态下混凝土强度一、双向正应力状态下混凝土强度在双向正应力状态下混凝土强度的变化曲线如下图所示，从图中可以看出如下特点：混凝土双向受力的强度特点：（1）混凝土双向受压时强度可以提高，最多可比单向受压提高27%；

（2）一向受拉，一向受压使强度降低；

（3）混凝土双向受拉时强度变化不大。σ2/σ0σ1/σ00.10.1－1.0－1.0σ1σ2σ2σ1ⅡⅢⅣⅠ02正应力与剪应力共同作用下混凝土强度二、正应力与剪应力共同作用下混凝土强度正应力与剪应力共同作用形成压剪或拉剪复合应力状态时其强度变化曲线如下图所示。τ/fcσ/fc1.00-0.10.1σσττ从图中可看出：（1）随着法向压力增加抗剪强度开始增加，当法向应力增大到一定值后抗剪强度下降；（2）抗剪强度随拉应力的增大而减小，或者说剪应力的存在使抗拉强度降低，也使抗压强度降低。03三向受压时混凝土的强度三、三向受压时混凝土强度通过常规三轴试验可知，当σ2

＞0，则σ1方向的强度可以大大提高，并且该方向的强度可按下式近似计算：σ1σ2σ2σ2σ1σ2工程上，可以通过在混凝土受压构件中设置密排螺旋箍筋或环箍来约束核心混凝土，使之处于三向受压状态，以提高混凝土的抗压承载力。钢管混凝土就是利用混凝土的这个性质。1.双向正应力状态下混凝土强度双向受压时强度提高。一向受拉，一向受压时强度降低。混凝土双向受拉时强度变化不大。2.三向受压时混凝土强度三向受压时混凝土强度。复杂应力状态下混凝土强度的变化中，哪些性质对工程结构设计是有利的？混凝土的应力-应变曲线><目录01应力-应变曲线分析02特别注意应力-应变曲线分析01一、应力-应变曲线分析1.应力-应变曲线分析A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc0OA段：A点应力为0.3ƒc，σ-ε曲线近似呈直线，可认为是理想弹性变形，此阶段为弹性阶段。一、应力-应变曲线分析1.应力-应变曲线分析A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc0AB段：σ-ε曲线呈曲线，混凝土呈现塑性性质，为弹塑性阶段。此时混凝土内已产生微裂缝，如不再增加荷载，裂缝的开展是稳定的。B点应力约为0.8ƒc。一、应力-应变曲线分析1.应力-应变曲线分析A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc0BC段：此时裂缝的开展进入不稳定状态，应变增长进一步加快，当应力达到C点即为混凝土的最大承载力ƒc，称为峰值应力，相应的应变εc0=0.0015~0.0025，常取εc0=0.002，称为峰值应变。一、应力-应变曲线分析1.应力-应变曲线分析A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc0在应力达到峰值后，试件的承载力随应变增长逐渐减小，即出现“应变软化”现象。注意：下降段是在试验机刚度很大的前提下才能测出的。应力-应变曲线分析02二、特别注意A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc01.几个特征点A点：比例极限B点：临界应力点C点：应力最大点D点：反弯点E点：收敛点F点：破坏点二、特别注意A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc02.混凝土的极限压应变混凝土的极限压应变εcu一般可达0.004～0.006，εcu中包括弹性应变和塑性应变，如果塑性应变大则混凝土的延性好。一般混凝土的强度等级越高则εcu越小，延性越差。在计算时一般取εcu=0.0033。二、特别注意A(比例极限)B(临界点)C(峰值点)D(反弯点)E(收敛点)FOσε0.8ƒcƒc0.3ƒcεc03.εcu混凝土σ-ε曲线εcu混凝土σ-ε曲线的形状和特征是混凝土内部结构发生变化的力学标志。二、特别注意4.不同强度的混凝土的σ-ε曲线形状相似但也有本质的不同，高强混凝土加载时的线性段范围增大（可达0.7~0.9fc），峰值应变εc0也略有增大，但过峰值后曲线骤然下跌，表现出明显的脆性，强度越高，下跌越陡。Oσεεc02fc3fc1fc2εc01εc03(0.3~0.4)ƒc1(0.7~0.9)ƒc3不同强度σ-ε曲线比较二、特别注意5.加载速率加载速率影响混凝土的σ-ε曲线，加载速率（应变速率）越快测得的混凝土强度越高。Oσεε02fc3fc1fc2ε01ε030.001/min0.001/h0.001/d加载应变速度不同时的σ-ε曲线比较小结1.应力-应变曲线分析OA段、AB段、BC段、下降段2.特别注意几个特征点混凝土的极限压应变混凝土应力应变曲线与力的关系不同强度的混凝土应力应变曲线形状比较加载应变速度不同的应力应变曲线比较思考题为什么下降段需要在试验机刚度很大的前提下才能测出来？高强混凝土01混凝土耐久性危机02高强混凝土介绍01混凝土耐久性危机一、混凝土耐久性危机水泥混凝土从问世以来，经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近几十年以来，混凝土结构物因材质劣化造成过早失效以至破坏崩塌的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是由于强度不足，而是由于混凝土耐久性不良。1.耐久性危机一、混凝土耐久性危机2.耐久性危机混凝土冻融破坏混凝土腐蚀破坏一、混凝土耐久性危机混凝土氯离子破坏02高强混凝土介绍二、高强混凝土介绍美国混凝土学会：以设计强度等于6000psi（即41Mpa）以上的混凝土为高强混凝士。我国：从我国当前的设计施工技术水平出发，将强度等级为C50以上的混凝土定义为高强混凝士。1.高强混凝土定义水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、矿粉、矿渣、石硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强度混凝土。2.高强混凝土原材料二、高强混凝土介绍3.高强混凝土的特点二、高强混凝土介绍（1）强度等级一般来说，混凝土强度越高，结构内部越密实，能更好地抵抗诸如水、氯离子及二氧化碳等外界环境因素的不良影响，所以从理论上来说，强度较高的混凝土，其耐久性也较好。（2）抗渗性渗透性是对高强度混凝土耐久性影响最大的影响因素。混凝土发生破坏往往是因为腐蚀介质渗入而发生化学反应后破坏其内部结构造成的。换而言之，混凝士渗透性越差，耐久性就越好。4.提高高强混凝土耐久性的方法二、高强混凝土介绍（3）含气量增加气泡数量可有效改善高强混凝士的耐久性，故可通过改变混凝土内部含气量，来改善混凝土的耐久性。相比较于普通混凝士，这种含气泡较多的混凝土主要有两个优点：①在混凝土承受冻融时，这些气泡可以充填部分水分，缓解冻融力；②气泡可以对外部环境中的有害物质起到隔离作用，并减少碱骨料的膨胀作用。加气混凝土二、高强混凝土介绍5.高强混凝士与普通混凝土的区别1.混凝土耐久性危机混凝土由于耐久性不足造成的破坏。2.高强混凝土介绍高强混凝士的定义高强混凝士的原材料高强混凝士的特点提高高强混凝土耐久性的方法高强混凝士与普通混凝士的区别请查阅相关资料，高强混凝土在实际工程中的应用情况如何？存在哪些问题？高性能混凝土01高性能混凝土的介绍02高强混凝土和高性能混凝土的区别01高性能混凝土的介绍一、高性能混凝土的介绍高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。1.高性能混凝土的定义以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。2.高性能混凝土的要求一、高性能混凝土的介绍3.高性能混凝土的特点一、高性能混凝土的介绍（1）高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。（2）高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性和自密实性能。（3）高性能混凝土的使用寿命长，对于一些工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。4.高性能混凝土的独特性能一、高性能混凝土的介绍（4）能够使混凝土结构安全可靠地工作50~100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。（5）高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝士结构的使用年限，降低工程造价。一、高性能混凝土的介绍高性能混凝士与普通混凝士耐久性能比较。02高强混凝土和高性能混凝土的区别二、高强混凝土和高性能混凝土的区别高性能混凝土可以认为是在高强混凝土基础上的发展和提高，也可说是高强混凝土的进一步完善。由于近些年来，在高强混凝土的配制中，不仅加入了超塑化剂，往往也掺入了一些活性磨细矿物掺合料，与高性能混凝土的组分材料相似。因此，可以认为高强混凝土也是高性能混凝土的一种。1.高强混凝土和高性能混凝土的相似之处二、高强混凝土和高性能混凝土的区别（1）高强混凝土是以强度的大小来确定其何谓普通混凝土、高强混凝土与超高强混凝土，而且其强度指标随着混凝土技术的进步而不断有所变化和提高。（2）高性能混凝土由于其技术物性的多元化，诸如良好的工作性（施工性），体积稳定性、耐久性、物理力学性能等等，而难以用定量的性能指标给该混凝土一个定义。2.高强混凝土和高性能混凝土的区别1.高性能混凝土的介绍高性能混凝土的定义高性能混凝土的要求高性能混凝土的特点高性能混凝土的独特性能2.高强混凝土和高性能混凝土的区别高性能混凝土是高强混凝土的进一步完善高性能混凝土：耐久性、工作性高强混凝士：强度高强混凝土会有一些不利于耐久性的因素高性能混凝土还应包括中等强度混凝土高性能混凝士具有哪些独特性能？混凝土的徐变><目录01徐变的概念02徐变的特点03产生徐变的原因04影响徐变的因素05徐变对工程结构的影响徐变的概念01一、徐变的概念在荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间而增加，即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间持续增长，这种现象称为混凝土的徐变。εccεciεeirεehrεcpεT（徐变）（瞬时应变）（残余应变）（时间）（瞬时恢复应变）（弹性后效）ABCD徐变的特点02二、徐变的特点εccεciεeirεehrεcpεT（徐变）（瞬时应变）（残余应变）（时间）（瞬时恢复应变）（弹性后效）ABCD徐变开始时发展很快，2～3年后趋于稳定，一般前6个月可完成总徐变的70～80%，一年内完成90%；徐变变形比较大，一般为瞬时变形的1～4倍；卸荷后可恢复部分变形为“瞬时恢复+弹性后效”。产生徐变的原因03三、产生徐变的原因混凝土凝胶体中的水分被逐渐压出；水泥石逐渐发生粘性流动；微细空隙逐渐闭合；结晶体内部逐渐滑动；微细裂缝逐渐产生。影响徐变的因素04四、影响徐变的因素1.应力大小当σ≤0.5ƒc

时，徐变与初应力σ成正比，称为线性徐变；当0.5ƒc<σ<0.8ƒc时，徐变比应力增加快，称为非线性徐变；当σ＞0.8ƒc

时，徐变的发展将最终导致破坏，所以一般取σ=(0.75～0.8)ƒc

作为混凝土在长期荷载作用下的抗压强度。四、影响徐变的因素2.加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大。四、影响徐变的因素3.混凝土的组成成分和配合比水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝土中所占的比重愈高，则徐变愈小。四、影响徐变的因素4.养护及使用条件下的温度和湿度养护时温度高，湿度大，则水泥水化作用充分，徐变减小；受荷后所处环境的温度越高，湿度越低，则徐变越大。四、影响徐变的因素5.构件尺寸、体表比尺寸越大，体表比越大，徐变越小。徐变的对工程结构的影响05五、徐变的对工程结构的影响徐变使结构构件的变形增加；徐变对预应力混凝土构件会产生较大的预应力损失；引起钢筋与混凝土应力的重分布（对构件受力是有利的）。根据以上分析可知：

构件的混凝土经常处在不变的高应力状态是不安全的。小结1.徐变的概念应力大小、加载时混凝土的龄期、混凝土的组成成分和配合比、养护及使用条件下的温度与湿度、构件尺寸、体表比；2.徐变的特点3.产生徐变的原因4.影响徐变的因素5.徐变对工程的影响思考题以承受恒荷载为主的钢筋混凝土结构能否长时间处于高应力状态？混凝土的收缩><目录01收缩的概念02收缩的原因03影响收缩的因素04收缩对结构的影响收缩的概念01一、收缩的概念混凝土在凝结和硬化过程中体积随时间推移而减小的现象，称为混凝土的收缩。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩(

10–3)时间(月)混凝土的收缩一般2年后趋于稳定，前2周可完成25%，1个月可完成50%，3个月后增长缓慢。收缩的原因02二、收缩的原因生成物的体积小于反应物的体积。水分的丧失；水化反应消耗掉部分水分。体积变化水分的丧失收缩的影响因素03三、收缩的影响因素水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，收缩小。养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。使用环境：环境温度高、湿度小时，收缩大。构件体表比：体表比大时，收缩小。收缩对结构的影响04四、收缩对结构的影响在钢筋混凝土中会使钢筋受压，混凝土受拉，从而引起混凝土的开裂；会使预应力混凝土构件产生预应力损失。小结1.概念水泥的用量、骨料性质、养护条件、混凝土制作方法、使用环境、构件体表比；2.收缩的原因3.影响收缩的因素4.收缩对结构的影响收缩；体积变化、水分的丧失；开裂、预应力损失。思考题混凝土开裂是非常普遍的现象，在生活当中是否能够识别收缩裂缝？混凝土的徐变和收缩及对混凝土结构的影响><目录01混凝土的徐变02混凝土的收缩04预应力混凝土的徐变效应03徐变和收缩对混凝土结构的影响混凝土的徐变01一、混凝土的徐变1.徐变的概念在荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间而增加，即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间持续增长，这种现象称为混凝土的徐变。一、混凝土的徐变2.徐变的产生机理混凝土凝胶体中的水分被逐渐压出；水泥石逐渐发生粘性流动；微细空隙逐渐闭合；结晶体内部逐渐滑动；微细裂缝逐渐产生。一、混凝土的徐变3.影响徐变的因素水泥品种；水泥细度；骨料；外加剂等。材料性能构件尺寸；施工方式；养护条件等。设计与施工工作温度；工作湿度；作用荷载；环境腐蚀性等。工作环境混凝土的收缩02二、混凝土的收缩1.收缩的概念混凝土在凝结和硬化过程中体积随时间推移而减小的现象，称为混凝土的收缩。混凝土的收缩一般2年后趋于稳定，前2周可完成25%，1个月可完成50%，3个月后增长缓慢。二、混凝土的收缩2.收缩的产生机理生成物的体积小于反应物的体积。水分的丧失；水化反应消耗掉部分水分。体积变化水分的丧失二、混凝土的收缩3.影响收缩的因素水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，收缩小。养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。使用环境：环境温度高、湿度小时，收缩大。构件体表比：体表比大时，收缩小。徐变与收缩对混凝土结构的影响03三、徐变与收缩对混凝土结构的影响1.徐变对结构的影响徐变使结构构件的变形增加；徐变对预应力混凝土构件会产生较大的预应力损失；引起钢筋与混凝土应力的重分布（对构件受力是有利的）。根据以上分析可知：

构件的混凝土经常处在不变的高应力状态是不安全的。三、徐变与收缩对混凝土结构的影响2.收缩对结构的影响在钢筋混凝土中会使钢筋受压，混凝土受拉，从而引起混凝土的开裂；会使预应力混凝土构件产生预应力损失。预应力混凝土的徐变效应04四、预应力混凝土的徐变效应在预应力简支梁结构体系中，采取后张法施工，混凝土的徐变会导致构件缩短，产生预应力损失；由于混凝土的收缩徐变损失一般在总的预应力损失中占的比例较大（曲线配筋，30%左右；直线配筋，60%左右），设计和施工中应尽量提高混凝土质量，增加非预应力钢筋；预应力混凝土箱梁在预制场预制、存梁，应将混凝土养护到一定时间再运送，架设简支梁。小结1.混凝土的徐变徐变对结构的影响收缩对结构的影响2.混凝土的收缩3.徐变与收缩对混凝土结构的影响4.预应力混凝土的徐变效应徐变的概念、徐变的产生机理、徐变的影响因素收缩的概念、收缩的产生机理、收缩的影响因素思考题

在混凝土结构施工过程中采取哪些方法可以减小混凝土的徐变和收缩？热轧钢筋的种类和强度指标><目录01钢材的种类02热轧钢筋的种类03钢筋的公称直径04热轧钢筋的牌号05钢筋的强度指标06工程应用建议钢材的种类01一、钢材的种类低碳钢（软钢）含碳量低于0.25%，强度低，塑性好。中碳钢含碳量为0.25%～0.6%；强度和塑性介于高、低碳钢之间。高碳钢（硬钢）含碳量为0.6%～1.4%，强度高，塑性差。在碳素钢基础上加入少量合金元素如硅、锰、钛、钒、铬等，以改变钢材的性质（提高强度，增加塑性），如锰系（20锰硅、25锰硅），硅钒系等。不添加或少量添加合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，达到与添加合金元素相同的效果。碳素钢普通合金钢细晶粒钢热轧钢筋的种类02二、热轧钢筋的种类

热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。热轧钢筋按外形分为光圆钢筋和带肋钢筋。

热轧光圆钢筋是经热轧成型并自然冷却的表面光滑、截面为圆形的钢筋。

热轧带肋钢筋是经热轧成型并自然冷却而其圆周表面通常带有两条纵肋且沿长度方向有均匀分布横肋的钢筋，其中，横肋斜向一个方向而呈螺纹形的，称为螺纹钢筋；横肋斜向不同方向而呈人字形的，称为人字形钢筋，纵肋和横肋不相交且横肋为月牙形的，称为月牙肋钢筋。二、热轧钢筋的种类光圆钢筋月牙肋钢筋螺纹钢筋二、热轧钢筋的种类

我国目前生产的热轧带肋钢筋大多为月牙肋钢筋，其横肋高度向肋的两端逐渐将至零，呈月牙形，这样可使横肋相交处的应力集中现象有所缓解。钢筋的公称直径03

由于热轧带肋钢筋截面包括纵肋和横肋，外周不是一个光滑连续的圆周，因此热轧带肋钢筋的直径采用公称直径。

公称直径是与钢筋的公称横截面面积相等的圆的直径，即以公称直径所得的圆面积就是钢筋的截面面积。三、钢筋的公称直径面积相等热轧钢筋的牌号04

钢筋的牌号是根据钢筋屈服强度标准值、制造成型方式及种类等规定加以分类的代号。热轧钢筋的牌号由英文字母缩写和屈服强度标准值组成。四、热轧钢筋的牌号牌号（种类）符号公称直径d（mm）屈服强度标准值fyk（N/mm2）极限强度标准值fstk（N/mm2）HPB235HPB3006～20235300370420HRB335HRBF3356～50335455HRB400HRBF400RRB4006～50400540HRB500HRBF5006～50500630F

F

R

F

四、热轧钢筋的牌号几点说明：•HPB是HotRolledPlainSteelBars的缩写，表示热轧光圆钢筋；•HRB是HotRolledRibbedSteelBars的缩写，表示热轧带肋钢筋；•HRBF是细晶粒热轧带肋钢筋的英文缩写；•RRB是热处理带肋钢筋的英文缩写；•牌号后面的数字表示该种钢筋的屈服强度标准值（MPa）。钢筋的强度指标05五、钢筋的强度指标牌号（种类）抗拉强度设计值fy（N/mm2）抗压强度设计值fy′（N/mm2）HPB235HPB300195270195270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF500435410工程应用建议06六、工程应用建议

当钢筋混凝土构件处于受侵蚀物质等影响的环境中时，有可能使热轧钢筋加速腐蚀。当结构的耐久性确实受到严重威胁时，《公路桥规》建议可以采用环氧树脂涂层钢筋。环氧树脂涂层钢筋是在工厂生产条件下，用热轧钢筋采用环氧树脂粉以静电喷涂方法生产的钢筋。在钢筋表面上形成的连续环氧树脂涂层薄膜呈绝对惰性，可以完全阻隔钢筋受到大气、水中侵蚀物质的腐蚀。

根据《环氧树脂涂层钢筋》（JG3042）规定，环氧树脂涂层钢筋的名称代号为“GHT”，例如，用直径为20mm、强度等级为HRB400热轧带肋钢筋制作的环氧树脂涂层钢筋，其产品型号为“GHT·HRB400-20”。小结1.钢材的种类2.热轧钢筋的种类3.钢筋的公称直径4.热轧钢筋的牌号5.钢筋的强度指标6.工程应用建议思考题

在钢筋混凝土结构设计计算过程中，应如何正确选择钢筋的牌号？热轧钢筋的塑性性能><目录01钢筋的伸长率02钢筋的冷弯性能03混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋的伸长率01一、钢筋的伸长率伸长率是指由热轧钢筋单向拉伸试验得到的伸长率值。钢筋断后伸长率是指钢筋试件上标距为10d或5d（d为钢筋公称直径）范围内的伸长值与原长的比率。通过对钢筋的拉伸试验，可以计算出钢筋的伸长率。一、钢筋的伸长率式中：L0为测量标距，一般为10d或5d（d为钢筋直径）；L为标距范围钢筋拉断后的总长度；

L-L0即为钢筋的塑性伸长量。一、钢筋的伸长率质量重于泰山钢筋的冷弯性能02冷弯性能：是指将钢筋围绕某一规定直径的辊轴进行弯曲，在达到规定的冷弯角度时要求钢筋不发生裂纹、起层或断裂。二、钢筋的冷弯性能

αDd混凝土结构对钢筋性能的要求03钢筋的强度要高（屈服强度和极限强度）

在钢筋混凝土结构中使用的普通钢筋（热轧钢筋）应优先采用强度等级高的钢筋，如400MPa和500MPa级的钢筋。三、混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋的塑性（延性）要好

要求钢材在断裂时有足够的变形，以防止结构构件的脆性破坏。其主要衡量指标是伸长率、冷弯性能等。三、钢混凝土结构对钢筋性能的要求可焊性和机械连接性能要好

在一定的工艺条件下，要求钢筋的焊口附近不产生裂纹和过大的变形，也就是高温焊接后对钢筋性能影响要小。热轧钢筋一般可焊，高强预应力钢筋一般不可焊。在机械连接时可以方便的制作出螺纹。三、钢混凝土结构对钢筋性能的要求良好的耐火性热轧钢筋耐火性最好，冷拉钢筋次之，预应力钢筋最差。三、钢混凝土结构对钢筋性能的要求与混凝土有良好的粘结为了保证钢筋与混凝土的共同变形和共同工作，钢筋的表面形状对于钢筋与混凝土的粘结力有着重要影响。三、钢混凝土结构对钢筋性能的要求小结1.钢筋的伸长率2.钢筋的冷弯性能3.混凝土结构对钢筋性能的要求思考题钢筋的塑性性能对钢筋混凝土结构的抗震设计是否有影响？钢筋的包兴格效应><教学01什么是钢筋的包兴格效应？02在塑性理论中怎样模拟该现象？目标什么是钢筋的包兴格效应？01一、什么是钢筋的包兴格效应？钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象，称为包兴格效应。在塑性理论中怎样模拟该现象？02二、用应力-应变图加以说明，在塑性理论中怎样模拟该现象？包辛格效应可用应力-应变曲线来说明。-ε+εσ-应力ε-应变具有强化性质的材料受拉且拉应力超过屈服极限（A点）后，材料进入强化阶段（AC段）。若在C点卸载，则再受拉时，拉伸屈服极限由没有塑性变形时的A点的值提高到C点的值。若在卸载后反向加载,则压缩屈服极限的绝对值由没有塑性变形时的B点的值降低到F点的值。二、用应力-应变图加以说明，在塑性理论中怎样模拟该现象？包辛格效应可用应力-应变曲线来说明。-ε+εσ-应力ε-应变图中OACF线是对应更大塑性变形的加载-卸载-反向加载路径，其中与C和F点对应的值分别为新的拉伸屈服极限和压缩屈服极限。包兴格效应使材料具有各向异性性质。若一个方向屈服极限提高的值和相反方向降低的值相等，则称为理想包兴格效应。有反向塑性变形的问题须考虑包兴格效应，而其他问题，为了简化常忽略这一效应。小结1.包兴格效应的概念当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象。2.包兴格效应的模拟包辛格效应可用应力-应变曲线来说明。思考题包辛格效应对结构设计有什么启发？热轧钢筋的强度与变形><目录01钢筋按照力学性能分类02软钢的应力-应变关系03硬钢的应力-应变关系钢筋按照力学性能分类01一、钢筋按照力学性能分类

软钢

软钢（低碳钢）是有明显屈服台阶的钢筋（热轧钢筋、冷拉钢筋）。热轧钢筋一、钢筋按照力学性能分类

硬钢

硬钢（中、高碳钢）无明显屈服台阶的钢筋（钢丝、热处理钢筋）。高强钢丝软钢的应力-应变关系02二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σoa段为弹性阶段bc段为屈服阶段cd段为强化阶段de段为破坏阶段

通过对软钢制作的钢筋进行拉伸试验后可得到σ-ε曲线，其应力应变状态可分为四个阶段。二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σ1.弹性阶段

从刚开始加载到钢筋应力到达钢筋比例极限a点之前，钢筋拉伸的应力-应变曲线成直线，钢筋的应力与应变比值为常数，即钢筋的弹性模量Es，此时钢筋处于弹性阶段。二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σ2.屈服阶段

钢筋受拉的应力超过比例极限之后，应变的增长快于应力增长，到达b点后，钢筋的应力基本不增加而应变持续增加，应力-应变曲线接近水平线，钢筋处于屈服阶段。二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σ2.屈服阶段

钢筋达到屈服强度以后，钢筋变形渐增，引起构件变形过大，以致不能使用，所以在实际应用过程中取用软钢的屈服强度作为软钢钢筋设计强度的依据。二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σ3.强化阶段

钢筋的拉伸应力超过c点后，材料恢复了部分弹性性能，应力-应变曲线表现为上升曲线，到达曲线最高点d，d点的钢筋应力称为钢筋的极限强度，cd段称为钢筋的强化阶段。二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σ4.破坏阶段

过了d点以后，钢筋试件薄弱处的截面发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到e点时钢筋被拉断，de段称为钢筋的破坏阶段。二、软钢的应力-应变关系εoabcdeb’σ几个特征点a点：比例极限b点：屈服下限

d点：极限强度e点：破坏点二、软钢的应力-应变关系软钢的特点钢筋的拉伸应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有颈缩现象；钢筋的应力到达屈服点后，会产生很大的塑形变形（流幅），使钢筋混凝土构件出现很大的变形和过宽的混凝土裂缝，以致不能正常使用；因此，应以屈服强度作为钢筋强度限制，且按其屈服下限确定；钢筋极限强度是钢筋的实际破坏强度，钢筋屈服强度与极限强度的比值称为屈强比，它可以代表钢筋的强度储备，国家标准规定钢筋的屈强比一般应为0.8。硬钢的应力-应变关系03三、硬钢的应力-应变关系0.2%σεoσ0.2σbabc硬钢的σ-ε曲线有以下特点：

无明显的屈服点和流幅；

强度高；

塑性变形小。σ0.2为条件屈服强度（即假定的屈服点）：即残余应变为0.2%时的应力。《规范》规定取：σ0.2=0.85σb，此处σb为硬钢的极限强度。三、硬钢的应力-应变关系钢筋的屈服台阶大小，随钢筋的品种而异；钢筋的屈服极限低，其屈服台阶大；屈服台阶大的钢筋延伸率大，塑性好，配有这种钢筋的钢筋混凝土构件，破坏前有明显预兆；屈服极限高，其屈服台阶小；无屈服点的钢筋或屈服台阶小的钢筋，延伸率小，塑性差，配有这种钢筋的构件，破坏前无明显预兆，破坏突然，属于脆性破坏。小结1.钢筋按照力学性能分类软钢、硬钢2.软钢的应力-应变关系弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、断裂阶段几个特征点软钢的特点3.硬钢的应力-应变关系思考题软钢和硬钢的应力-应变曲线有哪些异同点？粘结机理分析><目录01相关概念02粘结力的组成03不同钢筋种类与混凝土的粘结作用04影响钢筋与混凝土粘结强度的因素相关概念01一、收缩的概念粘结是指钢筋与周围混凝土之间的相互作用。粘结应力是指在钢筋与混凝土接触面单位面积上由于钢筋和混凝土的相对变形（滑移）或相对变形的趋势而产生的作用力（剪应力）。粘结强度是指粘结失效时的最大平均粘结应力。粘结强度按下式计算:

粘结力的组成02二、粘结力的组成钢筋和混凝土表面的化学吸附作用；胶结力混凝土收缩紧握钢筋而产生的；摩擦力钢筋表面凹凸不平和混凝土之间产生机械咬合力。咬合力不同钢筋种类与混凝土的粘结作用03三、不同钢筋种类与混凝土的粘结作用1.光圆钢筋与混凝土的粘结作用化学胶着力摩擦力机械咬合力粘结强度低三、不同钢筋种类与混凝土的粘结作用2.带肋钢筋与混凝土的粘结作用化学胶着力摩擦力机械咬合力粘结强度高影响钢筋与混凝土粘结强度的因素04四、影响钢筋与混凝土粘结强度的因素混凝土强度等级钢筋位置钢筋之间的净距混凝土保护层厚度钢筋类型小结1.相关概念光圆钢筋、带肋钢筋2.粘结力的组成3.不同钢筋种类与混凝土的粘结作用4.影响钢筋与混凝土粘结强度的因素粘结、粘结应力、粘结强度胶结力、摩擦力、咬合力混凝土强度等级；钢筋位置；钢筋之间的净距；混凝土保护层厚度；钢筋类型。思考题为什么说混凝土构件中粘结始终存在，但粘结应力不一定存在？钢筋混凝土结构的工作机理><目录01素混凝土简支梁破坏过程02钢筋混凝土简支梁破坏过程03钢筋混凝土能够共同工作的原因04钢筋混凝土结构的优缺点钢筋混凝土结构的工作机理01一、钢筋混凝土结构的工作机理破坏过程：F<Fc时，中性轴以上受压，以下受拉；F=Fc时，出现竖向裂缝并迅速发展，梁突然断裂，发生脆性破坏。钢筋混凝土简支梁破坏过程02破坏过程：F逐渐增大→达到受拉区混凝土的抗拉极限，受拉区混凝土退出工作→受拉钢筋应力达到屈服强度→受压区混凝土被压坏→梁破坏。二、钢筋混凝土简支梁破坏过程二、钢筋混凝土简支梁破坏过程试验结果可知布置在受拉区的钢筋代替混凝土受拉；布置在受压区的钢筋协助混凝土受压。二、钢筋混凝土简支梁破坏过程钢筋混凝土能够共同工作的原因03混凝土干缩硬化后能产生较大粘结力；钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较为接近：

钢筋为1.2×10-5

混凝土为1.0×10-5～1.5×10-5钢筋被混凝土包裹，免遭锈蚀。三、钢筋混凝土能够共同工作的原