混凝土结构材料的物理和力学性能优秀PPT.ppt

混凝土结构材料的物混凝土结构材料的物理和力学性能理和力学性能你现在浏览的是第一页，共89页 教学提示：教学提示：钢筋与混凝土材料的物理和力学性能是混凝土结构的计算理论、计算公式建立的基础。主要介绍混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其性能；钢筋与混凝土的粘结机理、钢筋的锚固与连接构造。教学要求：教学要求：本章要求学生熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能；掌握混凝土的选用原则；熟悉建筑工程中所用钢筋的品种、级别及其性能；掌握建筑工程对钢筋性能的要求及选用原则；了解钢筋与混凝土共同工作的原理，熟悉保证钢筋与混凝土之间协同工作的构造措施。你现在浏览的是第二页，共89页 混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种性质不相同的材料组成，它们共同承受和传递结构的荷载。混凝土结构的计算理论、计算公式的建立，都与这两种材料的力学性能密切相关。因此，了解钢筋和混凝土这两种材料的力学性能是非常重要的。本章主要介绍钢筋与混凝土的物理和力学性能、共同工作的原理及这两种材料在工程中的选用原则。你现在浏览的是第三页，共89页 2.1 2.1 混混 凝凝 土土 2.2 2.2 钢钢 筋筋 2.3 2.3 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结 2.4 2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造 2.5 2.5 思思 考考 题题 2.6 2.6 习习 题题本章内容本章内容你现在浏览的是第四页，共89页2.1 混混 凝凝 土土 普通混凝土是由水泥、石子和砂3种材料用水拌和经凝固硬化后形成的人造石材，是一种多相复合材料。混凝土中的孔隙、界面微裂缝等缺陷往往是混凝土受力破坏的起源，在荷载作用下，微裂缝的扩展对混凝土的力学性能有着极为重要的影响。由于水泥胶体的硬化过程需要多年才能完成，所以混凝土的强度和变形也随时间逐渐增长。你现在浏览的是第五页，共89页2.1.1 混凝土的强度混凝土的强度混凝土的强度是其受力性能的一个基本指标。荷载的性质不同及混凝土受力条件不同，混凝土就会具有不同的强度。工程中常用的混凝土强度有工程中常用的混凝土强度有：立方体抗压强度棱柱体轴心抗压强度轴心抗拉强度等2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第六页，共89页1.混凝土的基本强度指标混凝土的基本强度指标1)立方体抗压强度立方体抗压强度 采用标准试块(规范规定边长为150mm的混凝土立方体)，在标准条件下(温度为 203，相对湿度在90%以上)养护28天，按规定的标准试验方法(中心加载，平均速度为0.30.8MPa/s，试件上下表面不涂润滑剂)测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土立方体抗压强度fcu,k(N/mm2)。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第七页，共89页1.混凝土的基本强度指标混凝土的基本强度指标1)立方体抗压强度立方体抗压强度规范规定，混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定，用符号规范规定，混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定，用符号fcuk表示，共表示，共14个等级，即个等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。例如，例如，C40表示立方体抗压强度标准值为表示立方体抗压强度标准值为40N/mm2。其中，。其中，C50及及C50以上为高以上为高强混凝土。强混凝土。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第八页，共89页立方体抗压强度受试件尺寸、试验方法和龄期因素的影响。不同尺立方体抗压强度受试件尺寸、试验方法和龄期因素的影响。不同尺寸的立方体试件所测得的强度不同。尺寸越大，测得的强度越低。寸的立方体试件所测得的强度不同。尺寸越大，测得的强度越低。边长为边长为l00mm或或200mm的立方体试件测得的强度要转换为边长的立方体试件测得的强度要转换为边长150mm试件的强度时，应分别乘以尺寸效应换算系数试件的强度时，应分别乘以尺寸效应换算系数0.95或或1.05。其它形状和尺寸的混凝土试块的强度须乘不同的换算系数。其它形状和尺寸的混凝土试块的强度须乘不同的换算系数。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第九页，共89页2.1 混混 凝凝 土土(a)不涂油脂不涂油脂 (b)涂油脂涂油脂图图2.1 立方体抗压强度试块立方体抗压强度试块 图图2.2 混凝土立方体强度随龄期的变化混凝土立方体强度随龄期的变化你现在浏览的是第十页，共89页 混凝土的立方体强度与龄期有关混凝土的立方体强度与龄期有关 如图2.2所示。图中曲线1、2分别代表在潮湿环境和干燥环境下测得的数据。混凝土的立方体抗压强度随着龄期逐渐增长，增长速度开始时较快，后来逐渐缓慢，强度增长过程往往要延续几年，在潮湿环境中往往延续更长。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第十一页，共89页 2)2)棱柱体轴心抗压强度棱柱体轴心抗压强度 采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。规范规定以150mm150mm300mm的棱柱体作为标准试件，测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号fck表示。试件的高宽比一般取为34。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第十二页，共89页如图2.4所示是根据我国所做的混凝土棱柱体与立方体抗压强度对比试验的结果。从图中可以看到，试验值 与 的统计平均值大致成一条直线，它们的比值大致为0.70.92，强度大的比值大些。2.1 混混 凝凝 土土图图2.3 混凝土棱柱体抗压试验及试件破坏情况混凝土棱柱体抗压试验及试件破坏情况图图2.4 混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系你现在浏览的是第十三页，共89页轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系，规范按下式确定：(2-1)式中，棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取 =0.76，对C80混凝土取 =0.82，中间按线性规律取值；高强度混凝土的脆性折减系数，对C40及以下取 =1.00，对C80取 =0.87，中间按线性规律取值。0.88考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第十四页，共89页3)轴心抗拉强度轴心抗拉强度抗拉强度也是混凝土的基本力学指标之一，用它可确定混凝土抗裂能力，也可间接地衡量混凝土的冲切强度等其他力学性能。混凝土轴心抗拉强度很低，且较离散，一般为立方体强度的1/181/10。按劈裂试验间接测定混凝土的轴心抗拉强度，其劈拉强度即为混凝土的轴心抗拉强度ftk，可按下式计算：(2-2)(2-3)式中，Pu破坏荷载；d 立方体试件的边长或圆柱体试件的直径；L 圆柱体试件的长度。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第十五页，共89页试验表明，劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度。轴心抗拉强度标准值试验表明，劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度。轴心抗拉强度标准值ftk与立方与立方体抗压强度标准值体抗压强度标准值fcu,k的关系为的关系为:(2-4)2.1 混混 凝凝 土土图图2.5 混凝土劈裂试验示意图混凝土劈裂试验示意图Ftk=0.395fcu,k0.55你现在浏览的是第十六页，共89页2.混凝土复合受力强度混凝土复合受力强度在实际工程结构中，构件的受力情况中单向受力很少，而往往受轴力、弯矩、剪力、扭矩等不同组合力的作用，处于复杂的复合应力状态。1)双向受力双向受力对于双向应力状态，两个相互垂直的平面上作用有法向应力时，其混凝土强度变化曲线如图2.6所示。2.1 混混 凝凝 土土图图2.6 双向受力下的应力状态双向受力下的应力状态你现在浏览的是第十七页，共89页1、双向受压时、双向受压时(第第象限象限)混凝土一向的强度随另一向压应力的增加而增加。双向受压混凝土的强度要比单向受压的强度最多可提高约27%。2、双向受拉时、双向受拉时(第第象限象限)混凝土一向的抗拉强度与另一向拉应力大小基本无关，即抗拉强度和单向应力时的抗拉强度基本相等。3、一向受拉，一向受压时、一向受拉，一向受压时(第第、象限象限)混凝土的强度均低于单向受力的强度。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第十八页，共89页2)三向受压三向受压混凝土在三向受压的情况下，由于受到侧向压力的约束作用，延迟和限制了沿轴线方向的内部微裂缝的发生和发展，因而混凝土受压后的极限抗压强度和极限应变均有显著的提高和发展。由试验得到的经验公式为：(2-5)式中，三轴受压状态混凝土圆柱体沿纵轴的抗压强度；混凝土单轴受压时的抗压强度；侧向约束压应力。三轴受压时，混凝土的强度及变形能力均有较大的提高。在实际工程中，常利用此特性来提高混凝土构件的抗压强度和变形能力。例如采用螺旋箍筋、加密箍筋等。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第十九页，共89页3)局部受压强度局部受压强度当构件的承压面积A大于荷载的局部传力面积Ac时(如图2.7所示)，承压混凝土局部受力，周围混凝土对核心混凝土受压后产生的侧向变形有约束作用，所以，局部承压强度比棱柱体强度要高。局部承压强度，以fcl表示。按公式(2-6)计算：(2-6)式中，局部承压强度提高系数，大于1，其值可用 计算。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十页，共89页图图2.7 混凝土局部承压示意图混凝土局部承压示意图 图图2.8 法向正应力和剪应力组合受力时的混凝土强度曲线法向正应力和剪应力组合受力时的混凝土强度曲线2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十一页，共89页4)4)单轴正应力和剪应力共同作用时的强度单轴正应力和剪应力共同作用时的强度图2.8所示为法向正应力和剪应力组合受力时的混凝土强度曲线。图中面积可分为3个区域：区为拉剪状态，随 的加大，抗拉强度下降；区为压剪状态，随 增大，抗剪强度增加；区为压剪状态，随 进一步加大，抗剪能力反而开始下降。所以当结构中出现剪应力时，其抗压强度会有所降低，而且抗拉强度也会降低。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十二页，共89页 2.1.2 混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的变形一般有两种。一种是受力变形，如混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载作用下会产生变形。另一种是体积变形，如混凝土由于硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化也会产生变形。变形也是混凝土的一个重要力学性能。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十三页，共89页1.单轴向受压时混凝土应力单轴向受压时混凝土应力-应变关系应变关系(1)一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能图图2.9所示为棱柱体试件一次短期加荷下混凝土受压应力所示为棱柱体试件一次短期加荷下混凝土受压应力-应变全曲线，反映了受荷各阶段混应变全曲线，反映了受荷各阶段混凝土内部结构变化及破坏机理，是研究混凝土结构极限强度理论的重要依据。凝土内部结构变化及破坏机理，是研究混凝土结构极限强度理论的重要依据。曲线分为上升段曲线分为上升段OC和下降段和下降段CE两部分两部分。上升段又可分为上升段又可分为3段：段：OA段为第段为第阶段，阶段，=(0.30.4)fc，应力，应力-应变关系接近直线，称应变关系接近直线，称为弹性阶段。为弹性阶段。AB段为第段为第阶段，阶段，=(0.30.8)fc，由于水泥凝胶体的塑性变形，应力，由于水泥凝胶体的塑性变形，应力-应变应变曲线开始凸向应力轴，随着曲线开始凸向应力轴，随着 加大，微裂缝开始扩展，并出现新的裂缝，加大，微裂缝开始扩展，并出现新的裂缝，=0.8fc可作为混可作为混凝土长期荷载作用下的极限强度。凝土长期荷载作用下的极限强度。BC段为第段为第阶段，阶段，fc，此时，微裂缝发展贯通，应变，此时，微裂缝发展贯通，应变增长更快，直至应力峰值点增长更快，直至应力峰值点C，该峰值应力通常作为混凝土棱柱体的抗压强度，该峰值应力通常作为混凝土棱柱体的抗压强度fc，相应的，相应的应变称为峰值应变应变称为峰值应变0，其值取，其值取0.00150.0025，通常取为，通常取为0.002。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十四页，共89页C点以后，进入下降段点以后，进入下降段CE，裂缝继续扩展、贯通，变形快速发展，使应力裂缝继续扩展、贯通，变形快速发展，使应力-应变曲应变曲线出现拐点线出现拐点D，直至收敛点，直至收敛点E，曲线平缓下降，这时贯通的主裂缝已经很宽。，曲线平缓下降，这时贯通的主裂缝已经很宽。图图2.9 混凝土棱柱体受压应力混凝土棱柱体受压应力-应变曲线应变曲线2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十五页，共89页混凝土受压应力混凝土受压应力-应变曲线应变曲线 目前较常用的有美国目前较常用的有美国EHognestad建议的方程建议的方程(如图如图2.10所示所示)和德国和德国Rusch建议的方程建议的方程(如图如图2.11所所示示)。(1)E.Hognestad应力应力-应变曲线应变曲线(如图如图2.10所示所示)：该模型上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。该模型上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。上升段：上升段：(2-7)下降段：下降段：(2-8)式中，式中，峰值强度峰值强度 ；相应于峰值应力时的应变，取相应于峰值应力时的应变，取 ；极限压应变，取极限压应变，取 。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十六页，共89页(2)Rusch应力应力-应变曲线应变曲线(如图如图2.11所示所示)：该模型上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。该模型上升段为二次抛物线，下降段为水平直线。上升段：上升段：(2-9)下降段：下降段：(2-10)(3)GB 500102002采用的模型：采用的模型：GB 500102002采用采用Rusch应力应力-应变曲线，但取应变曲线，但取 。图图2.10 E.Hognestad应力应力-应变曲线应变曲线 图图2.11 Rusch应力应力-应变曲线应变曲线2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十七页，共89页2)混凝土的变形模量混凝土的变形模量混凝土与弹性材料不同，受压应力混凝土与弹性材料不同，受压应力-应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应力与应变之比的变形模量不是一个常数。混凝土的变形模量有如下应力与应变之比的变形模量不是一个常数。混凝土的变形模量有如下3种表示方种表示方法。法。(1)混凝土的初始弹性模量混凝土的初始弹性模量(原点模量原点模量)：如图如图2.12所示，为应力所示，为应力-应变曲线原点处的切线斜率，称为混凝土的初始弹性模应变曲线原点处的切线斜率，称为混凝土的初始弹性模量。量。(2-11)式中式中,ao 砼应力砼应力-应变曲线原点处的切线与横坐标的夹角。应变曲线原点处的切线与横坐标的夹角。2.1 混混 凝凝 土土E0=tan a0你现在浏览的是第二十八页，共89页(2)混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量由于初始弹性模量不易从试验中测定由于初始弹性模量不易从试验中测定,目前通用的做法是采用棱柱体目前通用的做法是采用棱柱体(150mm150mm300mm)试件，先加载至试件，先加载至 ，然后卸载至零，再重，然后卸载至零，再重复加载卸载。随着加载次数增加复加载卸载。随着加载次数增加(510次次)，应力，应力-应变曲线渐趋稳定并基本上趋应变曲线渐趋稳定并基本上趋于直线，该直线的斜率即定为混凝土的弹性模量。统计得混凝土弹性模量与立方于直线，该直线的斜率即定为混凝土的弹性模量。统计得混凝土弹性模量与立方体强度的关系为：体强度的关系为：x103 (2-12)混凝土进入塑性阶段后，初始的弹性模量已不能反映这时的应力混凝土进入塑性阶段后，初始的弹性模量已不能反映这时的应力-应变性质，因此，有时用变应变性质，因此，有时用变形模量或切线模量来表示这时的应力形模量或切线模量来表示这时的应力-应变关系。应变关系。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第二十九页，共89页图图2.12 混凝土变形模量的表示方法混凝土变形模量的表示方法2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十页，共89页 (3)混凝土的变形模量：混凝土的变形模量：在图在图2.12中中O点至曲线任一点应力为点至曲线任一点应力为 处割线的斜率，称为任意点割线模量或称处割线的斜率，称为任意点割线模量或称变形模量。它的表达式为：变形模量。它的表达式为：(2-13)由于总变形中包含弹性变形和塑性变形两部分。混凝土的变形模量是个变值，它由于总变形中包含弹性变形和塑性变形两部分。混凝土的变形模量是个变值，它与弹性模量的关系如下：与弹性模量的关系如下：(2-14)式中，式中，弹性系数，与混凝土所受的应力大小有关。弹性系数，与混凝土所受的应力大小有关。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十一页，共89页 (4)混凝土的切线模量：混凝土的切线模量：过混凝土应力过混凝土应力-应变曲线上某一点作一切线，如图应变曲线上某一点作一切线，如图2.12所示，其切线的斜率称为该点的所示，其切线的斜率称为该点的切线模量。切线模量。(2-15)可见，混凝土的切线模量是一个变值，它随着混凝土应力的增大而减小。可见，混凝土的切线模量是一个变值，它随着混凝土应力的增大而减小。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十二页，共89页2.重复荷载下混凝土应力重复荷载下混凝土应力-应变关系应变关系(疲劳变形疲劳变形)图图2.13(a)所示，是混凝土棱柱体所示，是混凝土棱柱体(150mm150mm450mm)在多次重复荷载作在多次重复荷载作用下的应力用下的应力-应变曲线。应变曲线。当混凝土棱柱体一次短期加荷，其应力达到当混凝土棱柱体一次短期加荷，其应力达到A点时，应力点时，应力-应变曲线为应变曲线为OA，此时卸荷，此时卸荷至零，其卸荷的应力至零，其卸荷的应力-应变曲线为应变曲线为AB，如果停留一段时间，再量测试件的变形，发，如果停留一段时间，再量测试件的变形，发现变形恢复一部分而到达现变形恢复一部分而到达B，则，则BB恢复的变形称为恢复的变形称为弹性后效，弹性后效，而不能恢复的而不能恢复的变形变形BO称为称为残余变形。残余变形。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十三页，共89页图图2.13(b)所示是混凝土棱柱体在多次重复荷载作用下的应力所示是混凝土棱柱体在多次重复荷载作用下的应力-应变曲线。应变曲线。若若加加荷荷、卸卸荷荷循循环环往往复复进进行行，当当 小小于于疲疲劳劳强强度度 时时，在在一一定定循循环环次次数数内内，应应力力-应应变变曲曲线也接近直线线也接近直线EF；如如果果 大大于于 ，循循环环若若干干次次以以后后，由由于于累累积积变变形形超超过过混混凝凝土土的的变变形形能能力力而而破破坏坏，破破坏坏时时裂裂缝缝小小但但变变形形大大，这这种种现现象象称称为为疲疲劳劳。塑塑性性变变形形收收敛敛与与不不收收敛敛的的界界限限，就就是是材材料料的的疲疲劳劳强强度度，大大致致在在(0.40.5)fc左左右右，此此值值与与荷荷载载的的重重复复次次数数、荷荷载载变变化化幅幅值值及及混混凝凝土土强强度度等等级级有有关关，通通常常以以使使材材料料破破坏坏所所需需的的荷荷载载循循环环次次数数不不少少于于200万次时的疲劳应力作为疲劳强度。万次时的疲劳应力作为疲劳强度。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十四页，共89页(a)(b)图图2.13 混凝土在重复荷载作用下的应力混凝土在重复荷载作用下的应力-应变曲线应变曲线2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十五页，共89页混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大，疲劳应力比值劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大，疲劳应力比值 按下式计算：按下式计算：(2-16)式中，式中，、分别表示构件截面同一纤维上的混凝土最小应力及最大应力。分别表示构件截面同一纤维上的混凝土最小应力及最大应力。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十六页，共89页3.单轴受拉时混凝土应力单轴受拉时混凝土应力-应变关系应变关系混凝土受拉时的应力混凝土受拉时的应力-应变曲线形状与受压时是相似的，如图应变曲线形状与受压时是相似的，如图2.14所示：所示：只不过其峰值应力和应变均比受压时小很多；只不过其峰值应力和应变均比受压时小很多；受拉应力受拉应力-应变曲线的原点切线斜率与受压时是基本一致的应变曲线的原点切线斜率与受压时是基本一致的；当拉应力当拉应力 0.5ft 时，应力时，应力-应变曲线接近于直线，随着应力的增大，曲线逐渐偏离直应变曲线接近于直线，随着应力的增大，曲线逐渐偏离直线，反映了混凝土受拉时塑性变形的发展。线，反映了混凝土受拉时塑性变形的发展。在构件计算中，取在构件计算中，取 =110-41.510-4。当当 =ft 时，弹性特征系数时，弹性特征系数 ，相应于，相应于ft的变形模量为：的变形模量为：2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十七页，共89页图图2.14 混凝土受拉时应力混凝土受拉时应力-应变曲线应变曲线2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十八页，共89页4.混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩；在水中结硬时体积增大的现象混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩；在水中结硬时体积增大的现象称为膨胀。称为膨胀。图图2.15所示混凝土自由收缩试验结果。所示混凝土自由收缩试验结果。最终收缩应变大约为最终收缩应变大约为(25)10-4，一般取收缩应变值为，一般取收缩应变值为310-4。引起收缩的重要因素：干燥失水。引起收缩的重要因素：干燥失水。所以构件的养护条件、使用环境的温湿度都对混凝土的收缩有影响。使用环境的所以构件的养护条件、使用环境的温湿度都对混凝土的收缩有影响。使用环境的温度越高、湿度越低，收缩越大，蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，温度越高、湿度越低，收缩越大，蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为在高温、高湿条件下养护可加快水化和凝结硬化作用。这是因为在高温、高湿条件下养护可加快水化和凝结硬化作用。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第三十九页，共89页在工程中，养护不好、混凝土构件的四周受约束而阻止混凝土的在工程中，养护不好、混凝土构件的四周受约束而阻止混凝土的收缩时，混凝土表面易出现收缩裂缝。收缩时，混凝土表面易出现收缩裂缝。试验还表明：水泥强度等级越高，收缩越大；水泥用量越多、水灰比越大，试验还表明：水泥强度等级越高，收缩越大；水泥用量越多、水灰比越大，收缩越大；骨料的级配越好、弹性模量越大，收缩越小；养护时温、湿度越收缩越大；骨料的级配越好、弹性模量越大，收缩越小；养护时温、湿度越大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。图图2.15 混凝土的收缩混凝土的收缩2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十页，共89页5.混凝土的徐变混凝土的徐变结构在荷载或应力保持不变的情况下，变形或应变随时间增长的现象称为结构在荷载或应力保持不变的情况下，变形或应变随时间增长的现象称为徐变。徐变。徐变对于结构的变形和强度、预应力砼中的钢筋应力损失有重要的影响。徐变对于结构的变形和强度、预应力砼中的钢筋应力损失有重要的影响。如图如图2.16所示，当加荷应力达到所示，当加荷应力达到0.5fc时，其加荷瞬间产生的应变为瞬时应变时，其加荷瞬间产生的应变为瞬时应变，若，若荷载保持不变，随着加荷时间的增长，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐荷载保持不变，随着加荷时间的增长，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变应变变应变 ，通常，徐变开始时增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，通常，徐变开始时增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定，徐变应变值约为瞬时弹性应变的徐变趋于稳定，徐变应变值约为瞬时弹性应变的14倍。倍。两年后卸载，能恢复的变形称为弹性后效两年后卸载，能恢复的变形称为弹性后效，大部分不可恢复变形为残余应变。，大部分不可恢复变形为残余应变。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十一页，共89页图图2.16 混凝土的徐变混凝土的徐变2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十二页，共89页图图2.17 应力与徐变的关系应力与徐变的关系2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十三页，共89页影响徐变的主要因素：混凝土的应力条件是影响徐变的主要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐混凝土的应力条件是影响徐变的主要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小，混凝土的应力越大，徐变越大。变越小，混凝土的应力越大，徐变越大。图图2.17所示：当应力所示：当应力 0.5fc时，曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力时，曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力成正比，这种情况称为线性徐变。其加载初期徐变增长较快，成正比，这种情况称为线性徐变。其加载初期徐变增长较快，6个月时，个月时，一般已完成徐变的大部分，后期徐变增长逐渐减小，一年以后趋于稳定，一般已完成徐变的大部分，后期徐变增长逐渐减小，一年以后趋于稳定，一般认为一般认为3年徐变基本终止；年徐变基本终止；当当 =(0.50.8)fc时，徐变与应力不成正比，徐变变形增长较快，这种情况时，徐变与应力不成正比，徐变变形增长较快，这种情况称为非线性徐变；称为非线性徐变；当应力当应力 0.8fc时，徐变的发展不再收敛，最终将导致混凝土破坏。实际工程中，时，徐变的发展不再收敛，最终将导致混凝土破坏。实际工程中，=0.8fc即为混凝土的长期抗压强度。即为混凝土的长期抗压强度。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十四页，共89页影响混凝土徐变其它因素：影响混凝土徐变其它因素：水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大；水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大；骨料越坚硬、弹性模量越高，徐变就越小；骨料越坚硬、弹性模量越高，徐变就越小；骨料的相对体积越大，徐变越小；骨料的相对体积越大，徐变越小；养护时温度高、湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小。养护时温度高、湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小。实践证明，采用蒸汽养护可使徐变减小约实践证明，采用蒸汽养护可使徐变减小约20%35%；如环境温度为如环境温度为70的试件受荷一年后的徐变，要比温度为的试件受荷一年后的徐变，要比温度为20的试件大的试件大1倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十五页，共89页2.1.3 混凝土的选用原则混凝土的选用原则规范规定：规范规定：钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15；当采用当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于强度等级不得低于C40；预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土的强度等当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土的强度等级不应低于级不应低于C40。公路桥涵工程中，对混凝土强度等级的要求比建筑结构的要高。公路桥涵工程中，对混凝土强度等级的要求比建筑结构的要高。2.1 混混 凝凝 土土你现在浏览的是第四十六页，共89页2.2.1 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别在钢筋混凝土结构中使用的钢筋品种很多，主要有两大类：一类是有明显屈服点在钢筋混凝土结构中使用的钢筋品种很多，主要有两大类：一类是有明显屈服点(流幅流幅)的钢筋，如热轧钢筋；另一类是无明显屈服点的钢筋，如热轧钢筋；另一类是无明显屈服点(流幅流幅)的钢筋，如钢丝、钢铰线及热处理的钢筋，如钢丝、钢铰线及热处理钢筋。钢筋。按外形分，钢筋可分为光面钢筋和变形钢筋两种。变形钢筋有热轧螺纹钢筋、按外形分，钢筋可分为光面钢筋和变形钢筋两种。变形钢筋有热轧螺纹钢筋、冷轧带肋钢筋等，如图冷轧带肋钢筋等，如图2.18所示。所示。2.2 钢钢 筋筋图图2.18 钢筋的外形示意图钢筋的外形示意图你现在浏览的是第四十七页，共89页2.2.1 钢筋的品种和级别钢筋的品种和级别光面钢筋直径为光面钢筋直径为650mm，握裹性能稍差；变形钢筋直径一般大于，握裹性能稍差；变形钢筋直径一般大于10mm，握，握裹性能好，其直径是裹性能好，其直径是“标志尺寸标志尺寸”，即与光面钢筋具有相同重量的，即与光面钢筋具有相同重量的“当量直径当量直径”，其截面面积即按此当量直径确定。，其截面面积即按此当量直径确定。2.2 钢钢 筋筋图图2.18 钢筋的外形示意图钢筋的外形示意图你现在浏览的是第四十八页，共89页按化学成分划分：分为碳素钢和普通低合金钢两类。按化学成分划分：分为碳素钢和普通低合金钢两类。碳素钢根据含碳量的多少又可分为低碳钢碳素钢根据含碳量的多少又可分为低碳钢(含碳量含碳量25mm的钢筋的锚固长度加以修正，其原因即在于此。的钢筋的锚固长度加以修正，其原因即在于此。2.3 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结你现在浏览的是第七十三页，共89页3.混凝土保护层厚度与钢筋净距混凝土保护层厚度与钢筋净距 增大保护层厚度或钢筋之间保持一定的钢筋净距，可提高外围混凝土的抗劈裂能力，增大保护层厚度或钢筋之间保持一定的钢筋净距，可提高外围混凝土的抗劈裂能力，有利于粘结强度的充分发挥。有利于粘结强度的充分发挥。4.横向钢筋横向钢筋 箍筋能延迟和约束纵向裂缝的发展，阻止劈裂破坏，提高粘结强度。箍筋能延迟和约束纵向裂缝的发展，阻止劈裂破坏，提高粘结强度。2.3 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结你现在浏览的是第七十四页，共89页 5.侧向压力侧向压力 在侧向压力作用下，由于摩阻力和咬合力增加，粘结强度提高。在侧向压力作用下，由于摩阻力和咬合力增加，粘结强度提高。但过大的侧压将导致混凝土裂缝提前出现，反而降低粘结强度。但过大的侧压将导致混凝土裂缝提前出现，反而降低粘结强度。6.混凝土浇注状况混凝土浇注状况 若混凝土浇注方向与钢筋平行，粘结强度比浇注方向与钢筋垂直的情况有明显若混凝土浇注方向与钢筋平行，粘结强度比浇注方向与钢筋垂直的情况有明显提高。提高。2.3 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结你现在浏览的是第七十五页，共89页2.4.1 钢筋锚固与搭接的意义钢筋锚固与搭接的意义为了保证钢筋不被从混凝土中拔出或压出，除要求钢筋与混凝土之间有一定的粘为了保证钢筋不被从混凝土中拔出或压出，除要求钢筋与混凝土之间有一定的粘结强度之外，还要求钢筋有良好的锚固。结强度之外，还要求钢筋有良好的锚固。如：钢筋在端部设置弯钩、钢筋伸入支座一定的长度、钢筋搭接时有搭接长度等。如：钢筋在端部设置弯钩、钢筋伸入支座一定的长度、钢筋搭接时有搭接长度等。所有这些构造要求，均是保证钢筋与混凝土之间的粘结。所有这些构造要求，均是保证钢筋与混凝土之间的粘结。采取采取:不进行粘结计算，用构造措施来保证混凝土与钢筋的粘结。不进行粘结计算，用构造措施来保证混凝土与钢筋的粘结。2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第七十六页，共89页通常采用的构造措施有：通常采用的构造措施有：对不同等级的混凝土和钢筋，规定了要保证最小搭接长度与锚固长度和考对不同等级的混凝土和钢筋，规定了要保证最小搭接长度与锚固长度和考 虑各级抗虑各级抗震设防时的最小搭接长度与锚固长度。震设防时的最小搭接长度与锚固长度。为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结强度，必须满足混凝土保护层最小厚度和钢筋为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结强度，必须满足混凝土保护层最小厚度和钢筋最小净距的要求。最小净距的要求。在钢筋接头范围内应加密箍筋。在钢筋接头范围内应加密箍筋。受力的光面钢筋端部应做弯钩。受力的光面钢筋端部应做弯钩。2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第七十七页，共89页2.4.2 钢筋锚固的长度钢筋锚固的长度在钢筋与混凝土接触界面之间实现应力传递，建立结构承载所必须的工在钢筋与混凝土接触界面之间实现应力传递，建立结构承载所必须的工作应力的长度为钢筋的锚固长度。钢筋的基本锚固长度取决于钢筋强度作应力的长度为钢筋的锚固长度。钢筋的基本锚固长度取决于钢筋强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋的直径及外形有关。及混凝土抗拉强度，并与钢筋的直径及外形有关。为了充分利用钢筋的抗拉强度，规范规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基为了充分利用钢筋的抗拉强度，规范规定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固长度，可按式本锚固长度，可按式(2-20)计算。计算。2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第七十八页，共89页普通钢筋：普通钢筋：(2-20)预应力钢筋：预应力钢筋：(2-21)式中，式中，受拉钢筋的锚固长度；受拉钢筋的锚固长度；、分别为普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；分别为普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；混凝土轴心抗拉强度设计值；混凝土轴心抗拉强度设计值；d钢筋直径；钢筋直径；钢筋的外形系数，按表钢筋的外形系数，按表2-2取值。取值。2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第七十九页，共89页钢筋类型光面钢筋带肋钢筋刻痕钢丝螺旋肋钢三股钢绞七股钢绞0.160.140.190.130.160.17注：注：光面钢筋系指光面钢筋系指HPB235及盘条及盘条Q235级钢筋，其末端应做级钢筋，其末端应做180弯钩，弯后平直段长度不应小于弯钩，弯后平直段长度不应小于3d，但作受压，但作受压钢筋时可不做弯钩；带肋钢筋系指钢筋时可不做弯钩；带肋钢筋系指HRB335级、级、HRB400级钢筋及级钢筋及RRB400级余热处理钢筋。级余热处理钢筋。表表2-2 钢筋的外形系数钢筋的外形系数2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第八十页，共89页钢筋的锚固可采用机械锚固的形式，主要有弯钩、贴焊钢筋及焊锚板等，如图钢筋的锚固可采用机械锚固的形式，主要有弯钩、贴焊钢筋及焊锚板等，如图2.30所所示。示。采用机械锚固可以提高钢筋的锚固力，因此可以减少锚固长度，采用机械锚固可以提高钢筋的锚固力，因此可以减少锚固长度，GB 500102002规定的规定的锚固长度修正系数锚固长度修正系数(折减系数折减系数)为为0.7，同时要有相应的配箍直径、间距及数量等构造措施。，同时要有相应的配箍直径、间距及数量等构造措施。图图2.30 钢筋机械锚固的形式钢筋机械锚固的形式2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第八十一页，共89页2.4.3 钢筋的连接钢筋的连接钢筋长度不够时就需要把钢筋连接起来使用，但连接必须保证将一根钢筋长度不够时就需要把钢筋连接起来使用，但连接必须保证将一根钢筋的力传给另一根钢筋。钢筋的力传给另一根钢筋。钢筋的连接可分为三类：绑扎搭接、机械连接与焊接连接。钢筋的连接可分为三类：绑扎搭接、机械连接与焊接连接。钢筋通过连接接头传力总不如整体钢筋，所以钢筋搭接的原则是：钢筋通过连接接头传力总不如整体钢筋，所以钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上尽量少设接头。接头应设置在受力较小处，同一根钢筋上尽量少设接头。2.4 钢筋锚固与接头构造钢筋锚固与接头构造你现在浏览的是第八十二页，共89页 1.绑扎搭接绑扎搭接同一构件中相邻钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。钢筋绑扎搭接接头连接区段的同一构件中相邻钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向搭接钢筋接头面积百分率为该区段内有搭于同一连接区段。同一连接区段内纵向搭接钢筋接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋与全部纵向受力钢筋截面面积的比值，如图接接头的纵向受力钢筋与全部纵向受力钢筋截面面积的