第一章钢筋和混凝土材料的力学性能精选文档.ppt

第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能本讲稿第一页，共三十页PP钢筋（加筋）+混凝土钢筋混凝土结构 （材料，构件）拉压性能均好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）-各尽其能，相得益彰本讲稿第二页，共三十页*2)钢筋和混凝土能很好的一起工作的原因1 混凝土和钢筋之间有良好的粘结力，两者可共同受力，共同变形 2、两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：1.2 10-5 3、混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化 本讲稿第三页，共三十页 3)混凝土结构的优缺点优点：耐久性好 耐火性好 整体性好 可模性好 就地取材(价低）缺点：自重大 易开裂 （耗模板）施工受季节性影响 修补拆装困难本讲稿第四页，共三十页1.2混凝土 1.2.1强度（影响因素：材料、配合比、养护环境、施工方法、试件形状尺寸、实验方法等）1)立方体抗压强度fcu标准试块：150150 150 20 28天承压板试块摩擦力我国规范的方法：不涂润滑剂不涂润滑剂涂润滑剂强度大于压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05本讲稿第五页，共三十页对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），用），用fc2)棱柱体抗压强度fc承压板承压板试试块块标准试块：标准试块：150150 300非标准试块：非标准试块：100100 300 换算系数换算系数 0.95 200200 400 换算系数换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果试验结果)圆柱体抗圆柱体抗压强度压强度本讲稿第六页，共三十页3)抗拉强度 直接受拉试验ft100100150150500试验结果：试验结果：ft=0.26fcu 2/3考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取速度等的影响，取ft=0.23fcu 2/3本讲稿第七页，共三十页劈裂试验ftsddftsFFFF规定规定150mm立方体立方体本讲稿第八页，共三十页4）.复合受力状态下混凝土的强度2/fc/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.01.01.01.21.2-0.2-0.21/fc拉压单轴抗拉强度单轴抗压强度双轴应力下的强度双向正应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线本讲稿第九页，共三十页三向受压时的混凝土强度 1=fcc 1=fcc 2=3=fLfL-侧向约束压侧向约束压应力（加液压）应力（加液压）圆柱体试验圆柱体试验有侧向约束有侧向约束时的抗压强时的抗压强度度无侧向约束无侧向约束时圆柱体的时圆柱体的单轴抗压强单轴抗压强度度本讲稿第十页，共三十页5）混凝土的疲劳强度fcf321疲劳强度fc破坏重复荷载下的应力-应变曲线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本讲稿第十一页，共三十页1.2.2 混凝土的变形性能1）单调、短期受压时的应力-应变关系记住几个关键点及其值(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810D反弯收敛点收敛点2)影响因素(强度、加载速度、设备）本讲稿第十二页，共三十页3）重复荷载下混凝土的变形性能包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似pe本讲稿第十三页，共三十页原点切线模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）4）混凝土的弹性模量0ccccep1切线模量受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为1.0本讲稿第十四页，共三十页混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec本讲稿第十五页，共三十页混凝土的泊松比混凝土的泊松比c c，在压力较小时为，在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达，接近破坏时可达0.5以上，以上，一般可取一般可取0.2混凝土的剪切模量为混凝土的剪切模量为混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比和剪切模量本讲稿第十六页，共三十页chr5）长期荷载作用下混凝土的变形性能）长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变徐变0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，线性徐变c0.8fc，非线性徐变ccicircpP原因：水分蒸发、原因：水分蒸发、胶凝体的粘性流动、胶凝体的粘性流动、结晶体的移动、结晶体的移动、混凝混凝土内部微裂缝的闭合、土内部微裂缝的闭合、发展发展本讲稿第十七页，共三十页影响徐变的因素应力：应力：c0.5fc，徐变变形与应力成正比-线性徐变 0.5fcc0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小本讲稿第十八页，共三十页6）混凝土的收缩）混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的现象影响因素影响因素水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等本讲稿第十九页，共三十页徐变对混凝土结构的影响PAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：徐变：s，c 本讲稿第二十页，共三十页收缩对混凝土结构的影响AssAs s收缩：钢筋受压，混凝土受拉As本讲稿第二十一页，共三十页1.3钢筋(要求强度高、塑性、可焊性、与混凝土粘接性好）1.3.1.钢筋的应力-应变曲线（力学指标强度、变形）力学指标强度、变形）ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同本讲稿第二十二页，共三十页强度指标强度指标*明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度（屈服强度）作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度 变形指标变形指标*伸长率：钢筋拉断后的伸长量与原长的比值*冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生裂纹、鳞落、断裂 本讲稿第二十三页，共三十页1.3.2.钢筋的成分、级别和品种按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系本讲稿第二十四页，共三十页钢筋钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成热轧钢筋：热轧光面钢筋R235，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋KL400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、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成本讲稿第二十五页，共三十页按表面形状光圆钢筋变形钢筋（书）钢筋的应用范围非预应力钢筋：R235，HRB335，HRB400，KL400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋本讲稿第二十六页，共三十页无时效经时效BKZZK残余变形冷拉伸长率1.3.3 钢筋的冷加工和热处理a:冷拉K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降本讲稿第二十七页，共三十页不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性b:冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性降低本讲稿第二十八页，共三十页1.4 钢筋与混凝土之间的粘结 n粘结力的大小：拔出实验n1.5-3.5 MP 2.5-6MPn粘结机理：力来源于三方面（化学胶着、摩擦、机械咬合）n影响因素：混凝土的强度、钢筋的位置、钢筋净距、保护层厚度、钢筋表面形状本讲稿第二十九页，共三十页作业n一、简答：n 1、结构按材料分那些类？n 2、构件按受力状态分那些类？n 3、什么是混凝土的收缩？它对混凝土结构有什么影响？n 4、钢筋与混凝土之间的粘结力来源于哪几方面？n二、填空：n 1、在持续应力作用下，混凝土的 随 而增长的现象，叫混凝土的 。n 2、混凝土的立方体强度指：mm的立方体件，在 、相对湿度不低于 的环境中、养护 天，依标准的制作和测试方法测得的极限抗压强度。本讲稿第三十页，共三十页