第2章 材料的物理力学能.ppt

1、第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土的物理力学性能,2.2 钢筋的物理力学性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.1.1 单轴力状态的混凝土强度,2.1.2 复合应力状态的混凝土强度,2.1.3 混凝土的变形,2.1.4 混凝土的疲劳,2.1 混凝土的物理力学性能,2.1.1单轴应力状态下的混凝土强度,.混凝土的抗压强度fcu,k,（1）混凝土的立方体抗压强度fcu,k 和强度等级,1）立方体抗压强度 边长150mm，温度203，湿度90%，养护28天， 加载速度0.150.3N/mm2/s，不涂润滑剂，95%保证率。,C15-C80共14等级,表示混凝土Concrete,立方体

2、抗压强度,C20,a.试件表面是否涂润滑剂： 不涂时强度高；涂后强度低， 原因“套箍”作用，破坏形态不一样； b.加载速度： 速度快强度高，速度慢强度低,试验方法对立方体抗压强度的影响,2）混凝土的轴心抗压强度 fck,A.确定混凝土轴心抗压强度的标准方法 a. 标准试件： 150mm150mm300mm的棱柱体； b. 其余同混凝土立方体抗压强度的标准方法；,轴心抗压强度更真实反映以受压为主的混凝土结构构件。,为消除端部约束的影响,随高宽比的增加，混凝土的轴心抗压强度会降低.,B. fck和fcu,k的换算关系,2.混凝土的轴心抗拉强度 ftk,确定方法：轴心受拉试验和劈裂试验; 约为立方体

3、抗压强度的1/171/8； 在荷载较小时，混凝土即开裂，故混凝土结构一般带裂缝工作，混凝土轴心抗拉强度不起决定作用。,2.1.2复合应力状态下混凝土的强度,双向应力状态下混凝土的破坏包络图,大于单向；,1.双向受压时，混凝土抗压强度,2.双向受拉时，混凝土抗拉强度,3.一向受压和一向受拉时， 混凝土抗拉（抗压）强度均,4.剪应力的存在，混凝土抗压强度,5.压应力的存在，混凝土抗剪强度,接近于单向；,低于相应的单向；,低于单向；,有限增加。,2.1.3混凝土的变形,变形的分类：受力变形荷载产生的； 体积变形收缩、温差即湿差产生的。,1.一次短期加载下混凝土的变形性能,（1）混凝土受压时的应力-应

4、变关系,C,B,D,E,fc,0,0,A,cu,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,CE 下降段,（2）混凝土单轴向受压应力-应变曲线的数学模型,）美国E.Hognestad模型（上升段为二次抛物线， 下降段为斜直线）,）德国Rsch 模型（上升段为二次抛物线，下降段采用水平线）,（3）三向受压状态下混凝土的变形特点,A.变形特点：侧压力约大，变形能力好，强度高；,B.工程意义：设置密排箍筋间接产生侧压力。,2,2,2,2,（4）混凝土的变形模量 由于混凝土的弹塑性性质，模量是

5、一个变数， 通常有三种表示方法。,1）弹性模量（切线模量）：重复加载确定,2）变形模量（割线模量）,3）切线模量：,c = ela + pla,k,c,c,ela,pla,h,割线,切线,2.荷载长期作用下混凝土的变形性能 徐变：在长期不变的荷载作用下，结构或构件 产生的应变或变形。,影响徐变的因素： A.应力（荷载）大小：应力大时，徐变大；,c0.8fc 造成混凝土破坏，不稳定,B.加载时的龄期：龄期早，徐变大； C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及湿度。,徐变对结构的影响： A.使结构产生应力重分布； B.使预应力产生损失。,3.混凝土的收缩与膨胀,(1)混凝土的收缩混凝土在空气中硬

6、化时体积会缩小。 影响混凝土收缩的因素： 水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。 水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。 骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。 养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。 混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。 使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。 构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。,(2)混凝土的膨胀混凝土在水中硬化时体积会增大。,2.1.4混凝土疲劳,疲劳混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） （1）疲劳破坏：荷载重复作用引起的破坏； （2）疲劳强度：荷载重复作用下使应力应变曲线始终保持 密合直线的最大应力值；

7、,混凝土在荷载重复作用下的应力-应变曲线,第2章 混凝土结构材料的物理力学性能,2.1 混凝土的物理力学性能,2.2 钢筋的物理力学性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.2.1 钢筋的种类,2.2.2 钢筋的强度和变形,2.2.3 钢筋应力-应变曲线的数学模型,2.2.4 钢筋的疲劳,2.2.5 混凝土结构对钢筋性能的要求, 2.2 钢筋的物理力学性能,1.钢筋的分类 （1）根据化学成分 碳素钢：低碳钢、中碳钢及高碳钢。 （含碳量的增加，强度提高，脆性增加） 普通低合金钢：加入少量合金元素。 （2）根据生产工艺 热轧钢筋：高温下轧制成型（如碳素钢和普通低合金）； 热处理钢：热轧钢经过调质 冷加

8、工钢筋：热轧钢筋在常温下进行冷拉或冷拔。,2.2.1钢筋的种类,热轧钢筋： 热轧光面钢筋Hot Rolled Plain Steel Bar HPB300 热 轧带肋钢筋Hot Rolled Ribbed Steel Bar HRB335HRB400， 余热处理钢筋Remained heat treatment Ribbed Steel Bar RRB400,冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成,热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成,碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成,刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力,钢绞线

9、：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起,冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成,钢筋,钢丝,A.柔性钢筋：普通钢筋; a.光圆钢筋：表面是光滑的； b.变形钢筋：表面有肋（如月牙肋等）； c.习惯上，直径大于4mm称为钢筋；小于或等于4mm称为钢丝。 B.劲性钢筋：型钢、钢轨及其组合。,（3）根据钢筋外型,（1）.有明显屈服点的钢筋 (以屈服强度作为钢筋设计强度的 取值依据),(2).无明显屈服点的钢筋 (以条件屈服强度作为钢筋设计强度 的 取值依据),OA弹性阶段,A比例极限,B屈服强度,CD强化阶段,D极限强度,DE 颈缩阶段, 0.2条件屈服强度,2.2.2 钢筋的强度与变形,1 钢筋的强度,1

10、）钢筋强度标准值（ fyk fpyk） 钢筋强度标准值具有95%的保证率,2）钢筋强度设计值,rR分项系数,对普通钢筋：,对预应力钢筋：,2.钢筋的变形 力学指标：伸长率和冷弯性,(2)冷弯性能： 以弯心直径和冷弯角度 来衡量,(1)伸长率：,2.2.3钢筋应力-应变曲线的数学模型,1.双直线（完全弹塑性）,2.三折线（完全弹塑性+硬化）,3.疲劳强度fcf的确定原则： 100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值。,2.2.4钢筋的疲劳,1.钢筋的疲劳：钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定 次数后，从塑性破坏的性质转变

11、成脆性突然断裂的现象,2.疲劳强度： 规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后 发生疲劳破坏的最大应力值。,2.2.5 混凝土结构对钢筋性能的要求,1.强度,2.塑性,3.可焊性,4.钢筋的耐火性,5.与混凝土的粘结力, 2.3 混凝土与钢筋的粘结,钢筋与混凝土之间粘结应力示意图 （a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力,锚固粘结：保证钢筋和混凝土共同工作,缝间粘结：改善钢筋混凝土的耗能性能,2.3.1粘结的意义,粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础,2.3.2粘结力的组成,1.光圆钢筋的粘结作用的三个组成部分,胶结力,摩阻力,机械咬合作用力,2.变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要 是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。,2.3.3 粘结应力-滑移关系,直接拔出试验,弯曲拔出试验,式中N钢筋的拉力； 钢筋的直径； 粘结的长度。,(1)保证最小搭接长度和锚固长度； (2)满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求； (3)