钢筋砼结构的基本概念及材料的物理力学性能

1、第一篇 钢筋混凝土结构,第一章 钢筋混凝土结构的基本概念 及材料的物理力学性能,钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材料钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用的一种建筑材料。,第一节 钢筋混凝土结构的基本概念,一：素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较：,1.梁：,素混凝土梁,钢筋混凝土梁,Pc即为梁的破坏荷载。P Pc时，中性轴以上受压，以下受拉；P=Pc时，出现竖向裂缝并迅速发展，梁突然断裂。发生脆性破坏。 在受拉区内配置适量的钢筋后，梁的破坏为：受拉钢筋应力达到屈服强度受压区混凝土被压坏梁破坏。 以上分析说明：与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的承载能力和变形能力都有很大提高，并且钢筋与混

2、凝土两种材料强度都能得到较充分的利用。,2.柱：试验表明，钢筋混凝土柱与素混凝土柱相比，不仅承载力大为提高，而且受力性能也得到改善（下图）,素混凝土和钢筋混凝土轴心受压构件的受力性能比较,二、钢筋与混凝土能共同工作的原因,混凝土与钢筋之间有良好的粘结力。 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较为 接近（钢筋为1.210-5，混凝土为1.010-51.510-5）。 钢筋被混凝土包裹，免遭锈蚀。,耐久性好 耐火性好 整体性好 可模性好 取材容易,自重大 抗裂性较差 施工受季节环境影响较大 现浇结构模板耗用木材较多,三、钢筋混凝土优缺点,缺点,优点,第二节 混凝土,一：混凝土强度 1.立方体抗压强度R（混

3、凝土标号） 形状：边长为150mm的立方体 1） 试件： 温度： 203 相对湿度：90%以 养护时间：28天. 2）影响因素: 实验方法（套箍作用）(图1-3) . 试件尺寸 （尺寸越小,摩阻力影响越大,强度越高）,2 轴心抗压强度 Ra0(棱柱体强度),1)试件: 150mm150mm300mm,制作方法同立方体试件. 2)影响因素: 试件高度h与边长b之比,比值越大,轴心抗压强度越小.(图1-4) 3)R0a与R的近似关系 R0a=0.7R,3. 抗拉强度,1)测试方法:采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定.(如下图）,劈裂试验,2)采用劈裂试验测抗拉强度的原因 采用两端预埋钢筋的混凝土棱

4、柱体测试轴心抗拉强度时（如下图），保持试件轴心受拉是很重要的，也是不容易完全做到的。混凝土内部结构不均匀，钢筋的预埋和试件的安装都难以对中，而偏心又对抗拉强度测试有很大的干扰。,4.复合应力状态下的强度,1)双向应力 两个垂直平面上作用有法向应力,第三个平面上应力为零. 强度变化特点,3) 三向应力 混凝土三向受压时，各个方向上的抗压强度都有很大的提高（下图）。轴心抗压强度与侧压应力2的关系有如下线性经验式 . 凝土强度提高的原因是由于侧向约束了混凝土受压后横向变形，限制了混凝土内部裂缝的产生和发展，从而提高了混凝土在受压方向上的抗压强度,混凝土圆柱体抗压强度,三向受压状态下混凝土强度,二.混

5、凝土的变形,1 单调短期加载作用下 1)混凝土应力应变曲线 （如图）,（1） 上升段 OA 线性段虎克定理 AB 塑性，裂纹稳定发展阶段 BC 塑性，裂纹非稳定发展阶段 （2） 下降段 （3） 收敛段,2)影响混凝土应变曲线的主要因素,混凝土的强度。 上升段影响较小，下降段影响较大。强度越高，延性越差。延性是材料承受变形的能力） 应变速率。 应变速率小，峰值应力R0a降低，0增大。 测试技术和实验条件,3）混凝土的弹性模量，变形模量 （如图）,原点弹性模量：,切线模量：,变形模量：,式中：,时，,时，,。,根据试验统计分析Eh的经验公式为 :,弹性特征系数,2.混凝土在长期荷载作用下的变形徐变

6、,1 )徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形。 2 )徐变曲线,3)影响徐变的因素： （1）混凝土长期荷载作用下的应力 应力0.5R0a时，线性徐变； 0.5R0a0.8R0a，时，非线性徐变 0.8R0a，非稳定徐变。 （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 （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。,（4）养护及使用条件下的温度与湿度 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 （5）构件尺寸、

7、体表比（图1-17）,尺寸越大，体表比越大，徐变越小,4 )徐变对钢筋混凝土结构的影响： 产生应力重分布 结构变形增大。 在高应力状态，导致构件破坏。,3.混凝土的收缩,1)混凝土的收缩： 混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。 2 )混凝土收缩的特点： 结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的25%，一个月完成50%，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终收缩值约为（26）10-4（图1-18）。,3)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

8、法：混凝土越密实，收缩越小。 使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。 构件体表比：体表比大时，收缩小。,4） 混凝土收缩对结构的影响：应力裂缝。,第三节 钢筋,一、钢筋的强度与变形 -关系曲线分两大类 1.有明显流幅的-曲线（图1-19）（软钢）,2.无明显流幅的-曲线（图1-20）（硬钢）,二、钢筋的成份、级别、品种 1.成份 碳素钢：以铁为主，加少量C、Mn等。按含C量又分为低碳钢（C0.22%），中碳钢（C=0.250.6%），高碳钢（C0.6%）. 普通低合金钢：在碳素钢成分中加入少量的合金元素，如Si、Mn等。 2.等级 公路桥规对热轧钢筋按照强度分为五个等级，即I、II、III、IV

9、及5号钢。 3.品种 按外形特征分为：光圆钢筋和变形钢筋。变形钢筋分为螺旋钢筋、“人”字形钢筋和月牙形钢筋(图1-21。),三 钢筋混凝土结构对钢筋性能要求 强度高。 塑性好。 可焊性好。 与混凝土间粘结力好。,第四节 钢筋与混凝土之间的粘结,一 粘结力 1.粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合力，这些力统称为粘结力。 2.粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。,3.平均粘结应力 钢筋被拔出或者混凝土被劈裂时的最大平均粘结应力。,4.钢筋锚固长度 确定锚固长度的原则：使钢筋拉到屈服时，钢筋和混凝土之间的粘结力未破坏。,二 粘结机理分析 1光圆钢筋与混凝土的粘结 粘结力组成： 混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力； 钢筋与混凝土之间的摩擦力； 钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。 光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间的接触面。,2变形钢筋与混凝土的粘结 主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合作用，如图1-25。变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋的粘结力。,光圆钢筋和变形钢筋的粘结机理的主要区别： 光圆钢筋粘结力主要自来胶结力和摩阻力 变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用。