叶见曙结构设计原理第四版第1章 -54

1、第一章了解钢筋混凝土结构概念和材料的物理力学性能，张姚秀雷笑马莹主编，本章目录，1.1钢筋混凝土结构的基本概念1.2混凝土1.3铁元素筋1.4铁元素筋与混凝土之间的粘结，2，教学要求，钢筋混凝土结构概念和在混凝土中布置受力铁元素筋的作用。 了解混凝土的立方形抗压强度、轴心抗压强度和极限拉伸强度的概念，了解混凝土的弹性模数、缓变和收缩变形。 混凝土在一次单调荷载作用下深入理解受压应力-应变曲线。 了解普通热轧铁元素肌的强度和变形，掌握普通热轧铁元素肌的强度水平和品种。 了解铁元素筋和混凝土之间的粘结性能及其反应历程。 3、1.1铁元素筋混凝土结构概念，铁元素筋混凝土结构是由受力的普通铁元素筋或配

2、置铁元素筋骨格的混凝土构成的结构。 图1-1素混凝土南朝梁和钢筋混凝土南朝梁，4、铁元素筋的作用是代替混凝土拉伸(拉伸区混凝土出现裂缝后)或帮助混凝土压力。图1-2素混凝土和铁元素筋混凝土轴心受压部件的受力性能比较a )柱的压力混凝土应变曲线b )素混凝土柱c )钢筋混凝土柱、5、铁元素筋和混凝土能有效结合共同作业的主要原因是，(1)混凝土和铁元素筋之间有良好的粘结力，使两者可靠地结合为一体，通过载荷(2)铁元素筋和混凝土的温度线膨胀系数比较接近，铁元素筋为(1.210-5)/，混凝土为(0.710-51.110-5)/，如果温度变化，铁元素筋和混凝土之间不会发生大的相对变形，两者的粘结被破坏

3、。 (3)质量好的混凝土能保护铁元素筋不生锈，保证了铁元素筋和混凝土的共同作用。 6，1.2混凝土材料的物理力学性能，1 )混凝土立方形抗压强度混凝土的立方形抗压强度是规定标准试验片和标准试验方法得到的混凝土强度的基本代表值。 各边长为150mm的立方形作为标准试料。 标准试验片在202的温度和相对大气湿度为95%以上的湿润空气中养生28d，把用标准制作方法和试验方法测定的抗压强度值(MPa单位)作为混凝土的立方形抗压强度。 混凝土立方形抗压强度用符号fcu表示。 1.2.1混合土的强度、7、混凝土立方形的抗压强度与试验方法有密切关系。 图1-3立方形抗压强度试验片规定采用不添加油脂润滑剂的试

4、验方法。 混凝土的抗压强度也与试验片尺寸有关。 (8，2 )混凝土轴心抗压强度(棱柱状体抗压强度)棱柱状体试验片(高于截面边长的试验片)的受力状态接近于实际部件中混凝土的受力状况。 将在与立方形试验片相同的条件下制作及试验方法得到的棱柱状试验片的抗压强度值称为混凝土轴心抗压强度，用符号fc表示。 混凝土的轴心抗压强度试验以150mm150mm300mm的试验片作为标准试验片。 图1-4 h/b对抗压强度的影响，9，3 )混凝土极限拉伸强度混凝土极限拉伸强度(用符号ft表示)和抗压强度一样，是混凝土的基本强度指标。 图1-6割断试验，10，4 )复合应力状态中的混凝土强度在钢筋混凝土结构中，部件

5、通常如果受到轴向力、弯曲力矩、剪断力及扭矩等不同的组合就会作用于云同步，因此混凝土处于在两个方向或三个方向上受到力的状态。 在复合应力状态下，混合土的强度发生显着变化。 11、双向正应力状态下的混凝土强度、图1-7双向应力状态下的混凝土强度变化曲线、(1)双向压力时(图1-7中为第三象限)，一方的混凝土强度随着另一方的压力应力的增加而增加。 1/2约为2或0.5时，其强度比单向式抗压强度的增加约为25%，但1/2=1时，其强度的增加仅为16%左右。(12 )双向拉伸时(图1-7的第1象限)，无论应力比为1/2，实测破坏强度几乎不变，双向拉伸的混凝土极限拉伸强度接近单向式极限拉伸强度。 (3)总

6、是拉伸，总是受到压力时(图1-7的第二、四象限)，混合土的强度都比受到单向式的力(压力或拉伸)的强度低。 图1-7双向应力状态中的混凝土强度变化曲线，13，在法向应力(拉伸或压缩)和剪切应力形成压缩或拉伸复合应力的状态下的混凝土强度的抗压强度因剪切应力的存在而降低。 组合图1-8的法向应力和剪切应力时的强度曲线，/fc (0.50.7 )时，剪切强度随着压缩应力变大而变大，/fc (0.50.7 )时，抗剪强度随着压缩应力变大而变小。14、混凝土圆柱体的三受力混凝土轴心抗压强度fcc和侧应力2的关系用以下线性经验方程表示：fcc三受力时圆柱体的混凝土轴心抗压强度fc混凝土圆柱体的强度，在校正计

7、算时可近似为混凝土轴心抗压强度fc的侧应力值。 k侧压效应系数在侧向压力低时得到的值大。 图1-9三方受压状态下的混凝土强度、(1-2)、15、1.2.2混凝土的变形、1 )混凝土的一次单调负荷引起的变形性能(1)混凝土的应力应变曲线引起的棱柱状体试验片的一次单调负荷试验(指试验时使用刚性高的试验机， 用在试验中控制应变速度的特殊装置同等负荷应变速度，或者用普通的压力机用高强度弹簧(或液压千斤顶)与试验片一起受压，测定混凝土试验片受压时的典型应力应变曲线。 16、图1-10混凝土受压时的拉伸曲线、上升段、下降段、收敛段、一次单调负荷下完全的混凝土轴心受压应力应变曲线由上升段OC、下降段CD和收

8、敛段DE构成。 17、混凝土轴心受压应力应变曲线的上升段OC和下降段CD、最大应力值fc及对应的应变值c0和d点的应变值(称为极限压缩应变值cu )为曲线的三个特征值。 在均匀受压的棱柱体试验片中，压缩应力达到fc时，混凝土不能承受更大的压力，成为修正主要构件时混凝土强度的主要指标。 与fc相比，应变c0因混凝土强度等级而异，在约(1.52.5)10-3之间变动，平均值c0=2.010-3。 应力-应变曲线中与d点对应的混凝土极限压缩应变cu约为(3.05.0)10-3。 影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度。 应变速率。 测试技术和测试条件。 图1-11强度等级不同的混凝土的

9、应力应变曲线，19，(2)混凝土的弹性模数和变形率混凝土的弹性模数是三个表示方法原点弹性模数Ec切线模量Ec变形率Ec，图1-12混凝土变形率Ec的表示方法，20， 取中国公路桥规混凝土弹性模数Ec的值的方法：试验应力的上限为=0.5 fc，然后逃避零，重复510次负荷逃逸，变形基本稳定，应力应变曲线接近直线(图1-13 )，该直线的斜率为混凝土弹性模数可取值。 混凝土弹性模数是混凝土棱柱体的标准试验片，是用标准试验方法得到的规定压缩应力值和与其相对应的压缩应变值之比。 图1-13测定混凝土的弹性模数的方法、21、混凝土Ec的经验方程与混凝土的拉伸模量和受压弹性模数相等。 (MPa) (1-7

10、)、混凝土立方形抗压强度基准值.混凝土弹性模数值参照附表1-2。 22、混凝土的剪切弹性模数Gc一般可以由试验测得的混凝土弹性模数Ec和泊松比由式(1-8)确定：(1-8)。 在此，vc是混凝土的横向变形系数(泊松比)。 如果vc=0.2，则可以获得代入等式(1-8)的Gc=0.4Ec。(23，2 )由于混凝土的长期负荷引起的变形性能缓变形负荷的长期作用，混凝土的变形随着时间增加，即在应力不变的状况下，混凝土的变形随着时间持续增加，这种现象称为混凝土的缓变。 混凝土渐变变形是指在持续作用下混凝土构造随时间推移而增加的应变。 24、图1-14是在受到100mm100mm400mm的棱柱体试验片的

11、相对大气湿度65%、温度20、=0.5fc的压缩应力的状态下变形与时间的关系曲线。图1-14混凝土的渐变曲线、25、影响混凝土渐变的因素(1)混凝土因长期负荷产生的应力大小。 当压应力为0.5fc时，徐变与应力大致成比例，各徐变曲线的节距大致相等，称为线性徐变。 图1-15，线性徐变在加载初期迅速增长，一般在2年左右稳定，3年左右徐变基本结束。 当压应力在(0.50.8)fc之间时，渐变的增长快于应力的增长，这称为非线性渐变。 当压应力为0.8fc时，混凝土的非线性徐变往往不收敛。26、(2)加载时混凝土的年龄。 施加负荷时，混凝土龄期越短，徐变越大。 (3)混凝土的组成成分和配合比。 图1-

12、16加载时的混凝土龄期对渐变大小的影响，27、(4)养护和使用条件下的温度和大气湿度。 图1图17的部件尺寸对逐渐变化的影响是，在环境介质的温度和大气湿度一定的情况下，混凝土内的水分的损失依赖于部件的尺寸和体表比(部件体积和表面积之比)。 部件尺寸越大，体表比越大，缓慢变小。 (28，3 )混凝土的收缩在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为混凝土收缩。 混凝土不受力地自由变形，如果被外部和内部(铁元素筋)约束，就会发生混凝土的抗拉应力和裂缝。 29、混凝土的收缩是随时增加的变形(图118 )。 结硬初期收缩变形发展迅速，2周可完成总收缩的25%，1个月可完成约50%，

13、3个月后增长缓慢，一般2年后稳定，最终收缩变形值约为(26)10-4。 图1-18混凝土的收缩变形与时间的关系，30，引起混凝土收缩的原因：主要是硬化初期水泥石在水凝结硬化过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发引起的干燥收缩。 影响混凝土收缩的因素：混凝土的组成和配合比。 混凝土构件的养护条件、使用环境的温度和大气湿度等。 混凝土构件的体表比。31，1.3铁元素筋材料的物理力学性能，钢筋混凝土结构所采用的铁元素筋有热轧低碳钢、由低合金钢和高碳钢制成的预应力铁元素筋(如高强碳钢线、钢丝等)。 钢筋混凝土结构采用的受力普通铁元素肌为热轧铁元素肌。图1-19热轧铁元素筋的外形、32、1

14、.3.1热轧铁元素筋的种类、带热轧筋的铁元素筋的截面包含纵筋和横筋，外周不是平滑且连续的圆周，因此，带热轧筋的铁元素筋的直径采用标称直径。 公称直径是与铁元素筋的公称截面积相等的圆的直径，公称直径的圆面积是铁元素筋的截面积。 对于热轧光丸铁元素筋的截面，其直径为标称直径。 33、1.3.2热轧铁元素筋的强度等级和品种，铁元素筋的品种是根据铁元素筋屈服强度标准值、制造成形方式及种类等规定分类的符号。 热轧铁元素肌的品种由字母缩略词和屈服强度标准值组成。 国产热轧铁元素肌的牌号及力学能特性值如表1-1所示。 34、目前公路桥规则规定了道路桥梁钢筋混凝土结构使用的热轧铁元素筋品种为HPB300、HR

15、B400、HBRF400、RRB400和HRB500。 如果钢筋混凝土构件处于受侵蚀物质等影响的环境中，公路桥规则建议使用环氧树酯对铁元素钢筋进行涂层。 环氧树脂涂层铁元素筋的情况，工厂生产条件，热轧铁元素筋，环氧树脂粉，静电涂装法生产的铁元素筋。、35、1.3.3热轧铁元素筋的强度和变形、热轧铁元素筋试验片的单轴抗拉试验的典型应力应变曲线在图1-20 :图1-20中有明显的流动宽度的铁元素筋应力应变曲线，有弹性阶段(0a )、屈服阶段(af )、强化阶段(fd )、以及(2)热轧铁元素筋的由于在钢筋混凝土部件上发生大的变形和过宽的混凝土裂缝，不能正常使用，所以将屈服强度作为铁元素筋强度限制值

16、，由其屈服下限决定。 (3)铁元素肌极限强度是铁元素肌的实际破坏强度。 铁元素肌的屈服强度与极限强度之比称为屈强比，可代表铁元素肌的强度储备，国家标准规定热轧铁元素肌的屈强比在0.8以下。37、1.3.4热轧铁元素筋的塑性性能、热轧铁元素筋除具有一盏茶强度外，还必须具有一定的塑性形变能力，按通常伸长率和冷弯性能两个指标进行测定。 (1)伸长率是用热轧铁元素肌单轴抗拉试验得到的伸长率的值。 所谓铁元素筋的断裂伸长率，是指铁元素筋试验片的上标距离为10d或5d(d是铁元素筋公称直径)的范围内的伸长值和原来的长度的比率，伸长值是图1-20所示的铁元素筋应力应变曲线中e点的横轴的值。38、(2)冷弯性

17、能施工上的铁元素筋在施工现场进行冷加工，形成各种形状、符合设定、修改要求的铁元素筋，基本样式为铁元素筋的钩状体和折弯(图1-21 )。 加工、使用时为了防止铁元素筋破裂、弯曲、变脆，铁元素筋必须满足冷弯性能的要求。图1-21铁元素肌的钩状体和弯曲示意图(尺寸单位： mm) a )铁元素肌135的钩状体b )铁元素肌的弯曲、39、，将铁元素肌的冷弯曲性能试验铁元素肌标准试验片放置在冷弯曲试验机上，用具有一定的弯曲心径d的冲头在常温下使标准试验片成为规定的弯曲角(180或90 ) 检查铁元素肌标准试件表面，如无裂纹、起层、鳞落、断裂现象，认为铁元素肌冷弯性能合格。 在打孔机、冷反复弯曲试验后的铁元

18、素筋试件、铁元素筋试件、冷反复弯曲试验、钢打孔机、铁元素筋标准试件、试件底座、40、1.4铁元素筋和混凝土之间的粘结、钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土两种材料能协同工作的基本前提是有足够的粘结强度，抗变形(相对滑动) 1.4.1粘结作用可以通过粘结力标准试验和模拟部件试验测定粘结应力的分布情况，了解铁元素筋和混凝土之间粘结作用的特性。 混凝土试件的铁元素筋的挖墙脚试验是粘着力的观测试验。 图1-22是铁元素筋的一端埋设在混凝土试验片，在铁元素筋的突出端施加挖墙脚力的挖墙脚试验的示意图。 图1-22光圆铁元素筋的挖墙脚试验a )试验模式图b )粘接应力分布图c )铁元素筋的应力分布图d )铁元素筋隔离体受到的力，42，图1-23铁元素筋的粘接应力分布图a )光圆铁元素筋的情况b )带肋铁元素筋的情况下，43，1.4.2粘接机理的分析， 光圆铁元素筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组