混凝土结构设计原理第一章：混凝土结构材料的性能.pdf

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1、研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 ( (第第1 1章电子教案章电子教案) )混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章第第 1 章章 混凝土结构材料的性能混凝土结构材料的性能混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主页页目目录录帮帮助助上一章上一章下一章下一章本章重点本章重点熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；及其选用原则；熟悉熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变混凝土在各种受力状态下的

2、强度与变形性能及其选用原则；形性能及其选用原则；了解了解钢筋与混凝土的共同工作原理。钢筋与混凝土的共同工作原理。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章1.1.1 建筑用钢筋的种类建筑用钢筋的种类v热轧钢筋热轧钢筋400840RRB400(K20MnSi)400650HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi)335650HRB335(20MnSi)235820HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符号符号种种 类类1.1钢钢钢钢 筋筋筋筋混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页

3、目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章 HPB 热轧光面钢筋，桥梁规范用热轧光面钢筋，桥梁规范用R表示；表示； HRB 热轧带肋钢筋；热轧带肋钢筋； RRB 余热处理钢，桥梁规范用余热处理钢，桥梁规范用KL表示。表示。Mn 锰，锰，Si 硅，硅，V 钒，钒，Nb 铌，铌，Ti 钛，钛， C 碳碳低低 碳：碳：C0.6%20MnSiV含碳含碳万分数万分数含含锰、硅、钒的锰、硅、钒的百分数百分数，取整。，取整。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线做做预应力筋用。预应力筋用。中强：中强：8

4、001370MPa高强：高强：14701860MPa混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v热处理钢筋热处理钢筋 经淬火处理得，经淬火处理得，fptk=1470MPa，无明显屈服点。无明显屈服点。v冷加工钢筋冷加工钢筋 冷加工工艺：冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。 目的：目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。提高强度，节约钢材。但塑性减小。冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章1.1.2 混凝土结

5、构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求v 强度高强度高热轧钢筋热轧钢筋钢丝、钢绞线、钢丝、钢绞线、各种冷加工钢筋各种冷加工钢筋混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v 塑性好塑性好 用伸长用伸长率和冷弯性能衡量。率和冷弯性能衡量。伸长率伸长率同一根钢筋同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，上述伸长率只反映断口附近残留变形大小， 不反映钢筋总伸长率情况。不反映钢筋总伸长率情况。： ： :混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v均匀伸长率均匀伸长率钢筋弹钢筋弹

6、性模量性模量实测钢筋实测钢筋拉断强度拉断强度残余残余伸长伸长已已回复弹回复弹性应变性应变+=混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢筋均匀伸长率的测定：钢筋均匀伸长率的测定：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章 =90,180 ,反复弯曲反复弯曲要要求：冷弯过程中无裂缝、鳞求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。落或断裂。D 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章冷弯冷弯冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。冷弯是检验钢筋局部变形能力的指

7、标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v可加工性好可加工性好v与混凝土粘结锚固性好与混凝土粘结锚固性好变形钢筋比光面钢筋好变形钢筋比光面钢筋好混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v钢筋的直径钢筋的直径常用：常用： 6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm， 14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm， 28mm，32mm，36mm，40mm，50mm。其中，

8、。其中， 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。仅适用有纵肋的热处理钢筋。v钢筋的选用钢筋的选用普通钢筋：普通钢筋：宜用宜用HRB400和和HRB335钢筋钢筋 可用可用HPB235、RRB400和冷加工钢筋和冷加工钢筋预应力筋：预应力筋：宜用宜用钢铰线、钢丝钢铰线、钢丝 可用可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋d=650mm混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章1.2混凝土混凝土混凝土混凝土1.2.1 组成及特点组成及特点主要材料：主要材料：水泥、水、砂、石水泥、水、砂、石 特点特点:1）以固相为主，

9、包含固体、液体、气体的三相体；）以固相为主，包含固体、液体、气体的三相体；2）水化过程长，性能要很长时间才稳定；）水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3）水泥石收缩可形成微裂缝；）水泥石收缩可形成微裂缝；4）受制作、养护、使用条件影）受制作、养护、使用条件影 响大。响大。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章1.2.2 混凝土强度混凝土强度v立方体抗压强度立方体抗压强度（强度等级强度等级） 1.标准尺寸：标准尺寸：150mm150mm150mm 2.养护条件：养护条件：20 3，湿度，湿度90%；28d 3.加荷方法：加荷速度加荷

10、方法：加荷速度0.150.25MPa/s， 垫板不涂油或垫橡胶板。垫板不涂油或垫橡胶板。 4.强度保证率：强度保证率：95% ，f = -1.645 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章 5.非标准试块强度换算系数：非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。 612圆柱体：圆柱体：1.20 （1=2.54cm） 612棱柱体：棱柱体：1.32 6.分级：分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50, C55, C60, C65,C70,C

11、75,C80 (高强混凝土）高强混凝土），共，共14个等级。个等级。 CConcrete,单位：单位：N/mm2或或MPa。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v轴心抗压强度轴心抗压强度 混凝土强度与试混凝土强度与试块混凝土强度的块混凝土强度的修正系数修正系数脆性影响脆性影响系数系数 棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.7

12、60.760.760.770.780.790.800.810.82 c24.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87 c1 和和 c2 值值混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v轴心抗拉强度轴心抗拉强度轴心抗拉强度与轴心抗拉强度与立方体抗压强度立方体抗压强度的折算系数的折算系数 试验离散性的试验离散性的影响系数影响系数 试验离散试验离散性系数性系数 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v复杂应力下的强度复杂应力下的强度双向受力

13、双向受力混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章图中：图中：ft*，fc*混凝土单轴抗混凝土单轴抗 拉、拉、 抗压强度；抗压强度；f1 ，f2，f3混凝土的多轴强度混凝土的多轴强度, f1f2f3此图说明：此图说明： 压压-压：强度提高；压：强度提高； 拉拉-拉：强度不变；拉：强度不变； 拉拉-压：抗拉和抗压强度都低。压：抗拉和抗压强度都低。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章剪力存在时：剪力存在时：拉拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低；剪：抗拉、抗剪强度都降低；压压-剪：当剪

14、：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当当 时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度 均降低。均降低。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章三向受力：三向受力：影响混凝土强度的主要因素影响混凝土强度的主要因素 1.原材料的品质原材料的品质 2.水灰比及水泥用量水灰比及水泥用量 3.龄期龄期三向受压时，强三向受压时，强度增加，最大增度增加，最大增加加5倍。倍。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章1.2.3 混凝土的变

15、形混凝土的变形v一次加载时一次加载时0A:近似弹性近似弹性 AB:非线性非线性 BC:体积增大体积增大 CF:破坏破坏 高强混凝土：高强混凝土： ， 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v多次加载：多次加载：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v弹性模量弹性模量割线模量。棱柱体试件。割线模量。棱柱体试件。受压：受压：受拉：受拉：Ec=0.5 Ec剪切模量：剪切模量：Gc=0.4 Ec 泊松比泊松比 = 横向应变横向应变/纵向纵向 应变应变=0.2混凝土结构设计原理混凝

16、土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v 徐变徐变 定义：定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。继续增大的现象。 特点：特点：早期发展快，但可以延续数年。早期发展快，但可以延续数年。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使构件变形增大；使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，在轴压构件中，使钢筋应力增加， 混凝土应力减小；混凝土应力减小；在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预

17、应力发生损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。 影响因素：影响因素：加载时的混凝土龄期；加载时的混凝土龄期； 持续压力大小；持续压力大小； 混凝土的组成材料及配合比；混凝土的组成材料及配合比； 混凝土的制作养护条件。混凝土的制作养护条件。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v收缩收缩定义：定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。 收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩干缩特点：特点：早期快，可延续早期快，可延续12年。年。混凝土结构设计原理混

18、凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章收缩对结构的影响：收缩对结构的影响： 当收缩受到约束时，引起构件开裂。当收缩受到约束时，引起构件开裂。减少收缩的措施：减少收缩的措施： 限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护； 构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。影响因素：影响因素： 混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比；混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比； 养护条件；使用时的温度与湿度。养护条件；使用时的温度与湿度。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目

19、录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章1.2.3 混凝土的选用原则混凝土的选用原则v钢筋混凝土结构中钢筋混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C15。 用用HRB335级钢筋时，不宜低于级钢筋时，不宜低于C20； 用用HRB400和和RRB400级钢筋时，不得低于级钢筋时，不得低于C20。v预应力混凝土结构中预应力混凝土结构中 混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C30。 当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不宜 低于低于C40。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章

20、1.3钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作钢筋与混凝土共同工作v粘结锚固长度粘结锚固长度平均粘结应力平均粘结应力 光面钢筋光面钢筋 带肋钢筋带肋钢筋 由由 和钢筋强度可推算出锚固长度和钢筋强度可推算出锚固长度 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章普通钢筋锚固长度普通钢筋锚固长度 按下列公式计算：按下列公式计算：钢筋抗拉强钢筋抗拉强度设计值度设计值 钢筋外钢筋外形系数形系数 钢筋直径钢筋直径 混凝土轴心抗混凝土轴心抗拉强度设计值拉强度设计值 0.140.16带肋钢筋带肋钢筋光面钢筋光面钢筋钢筋类型钢筋类型混凝

21、土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章v增加粘结锚固的措施增加粘结锚固的措施 光面钢筋端部做弯钩：光面钢筋端部做弯钩：手工手工弯钩：弯钩：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章机械弯钩：机械弯钩：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢筋表面带肋；钢筋表面带肋； 纵向钢筋端部焊横向钢筋；纵向钢筋端部焊横向钢筋；纵向钢筋端部加箍筋；纵向钢筋端部加箍筋；采用高强混凝土；采用高强混凝土；弯起钢筋端部加水平锚固段弯起钢筋端部加水平锚固段；在纵向钢筋端部焊锚板；在纵向钢筋端部焊锚板；将钢筋焊在预埋件上。将钢筋焊在预埋件上。