结构设计原理.ppt

1、第二章,钢筋混凝土材料的物理力学性能,建筑中常用钢筋分为四类,热轧钢筋,冷加工钢筋,钢丝,热处理钢筋,2.1 钢筋 2.1.1 钢筋的品种与级别,对某些特定钢号的热轧钢筋进行加热、淬火和回火等调质工艺得到。,将钢筋冷拔后，校直，经中温回火处理消除应力后得到,通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工处理。分为：冷拉钢筋和冷拔钢筋；(已淘汰）,为低碳钢和普通低合金钢在高温状态下轧制而成。, 热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB235、HPB300, HRB335、HRB400和RRB400, HRB500,1.1 钢筋的物理力学性能,热轧钢筋的屈服强度,注意：当用作受剪、受扭和受冲击承载力计算时，上述数值

2、大于360MPa时应取360MPa.,1.1 钢筋的物理力学性能,热轧钢筋的符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,钢筋的 曲线,2.1.2 钢筋的强度与变形,比例极限,屈服强度,极限强度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,oa弹性阶段,a比例极限,b屈服强度,cd强化阶段,0.2%, 0.2,d极限强度,de 颈缩阶段, 0.2条件屈服强度,由力学性能不同分成：,软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋),硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、钢绞线),钢筋力学性能指标：,对于有明显屈

3、服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。,对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度 0.2作为强度设计依据。,屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。,取相应于残余应变 = 0.2%时的应力 0.2作为名义屈服点。常取 0.2=0.8 fsu。,伸长率：,11,0.2的定义：,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。,冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高 钢材强度，节约钢筋。,冷加工对钢材性能的影响。,热处理是对某些特定型号的热轧钢进行淬火和回火处理。,2.1.4 钢筋的冷加工的性能,o,冷拉控制应力,(N/mm2),冷拉率,o,a,b,c,c,d,d,冷拉无时效,冷拉经时效,(a),(b),(a

4、) 为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。,(b) 为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。,2.1.5 砼结构对钢筋性能的要求,1.强度：强度是钢筋质量的重要目标。 屈服强度、抗拉强度、强屈比。 2.塑性： 伸长率 冷弯要求 3.可焊性 4.与砼的粘结力,混凝土的组份：,骨料,水泥结晶体,水泥凝胶体,弹性变形的基础,塑性变形的基础,混凝土的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。,水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。,2.2 混凝土,（1）. 立方体的抗压强度 fcu,影响立方体强度的因素：内因：如强度与水泥标号、骨料品

5、种、配合比等 外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。,由于尺寸效应的影响： fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 fcu(200),2.2.1 混凝土的强度 1. 抗压强度,用标准制作方式制成的150mm150mm150mm的立方体试块，在203的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，用标准试验方法测得具有95保证率的抗压强度。,常用等级：C15，C20， C25，C30， C35， C40， C45，C55， C60，C65 ，C70， C75， C80,混凝土强度等级：,（2）. 轴心抗压强度 fc,真实反映以受压为主的混凝土

6、结构构件的抗压强度。,150mm150mm300mm 棱柱体,用立方体强度反映：,考虑实际情况(施工状况、养护条件等),（C50以下）,2. 轴心抗拉强度 ft,混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度 。,直接测试方法,间接测试方法(弯折，劈裂),考虑施工因素，取,设计值与标准值,钢筋,混凝土,s=1.1（软钢）,s=1.2（硬钢）,c=1.4,3. 复合应力状态下混凝土强度（重点）, 双向正应力作用,1, 2 (压压) 强度增加,1, 2 (拉压) 强度降低,1, 2 (拉拉) 强度基本不变, 三轴受压,工程应用：约束混凝土,钢管砼,密配螺旋箍筋,4 复杂受力状态下混凝土的强度,剪压或

7、剪拉复合应力状态,随着拉应力的增大 ， 混凝土的抗剪强度降低。 随着压应力的增大 ， 混凝土的抗剪强度逐渐增大；当压应力超过某一数值后，抗剪强度随压应力增大而减小。,混凝土的剪压复合强度,1.混凝土的受力变形 （1） 混凝土一次短期加载的应力应变关系,OA 弹性阶段,A : 0.3fc,AB 弹塑性阶段, : 0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段,BC 裂缝不稳定阶段, : 0.8 fc 1.0 fc,2.2.2 混凝土的变形性能,特征点：,0 对应于峰值点应变 规范0 = 0.002,cu 混凝土极限压应变规范cu = 0.0033,fc 轴心抗压强度,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也

8、有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。,混凝土强度的影响,单轴受压时的应力-应变关系的数学模型,美国Hognestad模型,德国Rsch模型,k,c,c,ce,cp,h,弹性模量：,混凝土的弹性模量,剪切模量：,G = 0.4Ec,（4） 混凝土的徐变,混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力) 不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。,徐变：,混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。,徐变性质：,线性徐变 初应力 c0.5fc 徐变与初应力呈正比,非线性徐变 c 0.5fc,

9、当c 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏,作为混凝土的长期抗压强度。,徐变的影响因素：,0.8fc,徐变对结构的影响：, 使构件的变形增加；, 在截面中引起应力重分布；, 在预应力混凝土结构中引起预应力损失。,收缩：混凝土在空气中结硬体积减小的现象。,2 混凝土的体积变形,（1） 混凝土的收缩和膨胀,膨胀：混凝土在水中或饱和湿度情况下，结硬时体积增大的现象,收缩的性质,自由收缩,约束收缩,来自内部的钢筋约束,来自支座的外部约束,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,约束收缩产生收缩应力甚至开裂,（2）混凝土温度变形,热胀冷缩，线膨胀系数：（1.2-1.5）*10-5,产生钢

10、筋和混凝土粘结强度的主要原因：, 摩擦力：混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；, 化学胶合力：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；, 机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结应力，变形钢筋粘结力的主要来源。,2.3 钢筋与混凝土间的粘结,端部锚固力：钢筋端部在混凝土内的锚固作用,粘结应力测量：,锚固设计的基本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,保证粘结力的措施：,保证混凝土保护层厚度 同等钢筋面积条件下，优先采用小直径钢筋、 光面钢筋在钢筋末端设弯钩增大其锚固粘结能力 钢筋深入支座有足够的锚固长度，或将钢筋弯折，或钢筋端部焊接短钢筋，短角钢筋等 钢筋不宜在混凝土受拉区截断 大直径钢筋的搭接和锚固区域内设横向钢筋,课堂作业：文章来源,1、钢材的设计强度是根据 确定的。 A 比例极限；B 弹性极限；C 屈服点；D 抗拉强度 2、四种厚度不等的Q345钢板中，其中 的设计强度最低。 A 16mm；B 20mm；C 25mm；D 40mm 3、下列因素中，其中 与钢材脆性破坏