第一章钢筋和混凝土材料的力学性.ppt
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1、第一章 钢筋和混凝土材料力学性能第一节第一节 钢筋混凝土结构的本概念钢筋混凝土结构的本概念第二节第二节 混凝土混凝土第三节第三节 钢筋钢筋第四节第四节 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结授课授课目的目的1 1、掌掌握握混混凝凝土土的的各各项项强强度度指指标标2 2、掌掌握握混混凝凝土土的的变变形形3 3、掌掌握握钢钢筋筋的的等等级级及及钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构对对钢钢筋筋性性能能的的要要求求4 4、掌掌握握钢钢筋筋与与混混凝凝土土之之间间的的粘粘结结重重 点点1 1、混混凝凝土土的的各各项项强强度度指指标标2 2、混混凝凝土土的的徐徐变变及及影影响响因因素素3 3、钢钢筋筋与与混
2、混凝凝土土共共同同工工作作的的原原因因一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的应力-应变曲线ABBCDE上屈服点不稳上屈服点不稳定定下屈服点下屈服点出现颈缩出现颈缩拉断拉断BC段为屈服平段为屈服平台台CD段为强化段段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋有明显流幅的钢筋无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一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的应力-应变曲线ABBCDE0.2%0.2强度指标强度指标*明显流幅的钢筋:下屈服点对应的强度作为设明显流幅的钢筋:下屈服点对应的强度作为设计强度的依据,因为,钢筋屈服后会产生大的塑计强度的依据
3、,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,以至不能使用和不可闭合的裂缝,以至不能使用*无明显流幅的钢筋:无明显流幅的钢筋:残余应变为残余应变为0.2%0.2%时所时所对应对应的应力作为条件屈服强度的应力作为条件屈服强度,随着冶金系统采用国随着冶金系统采用国际标准及质量的提高,在相应的产品标准中明确际标准及质量的提高,在相应的产品标准中明确规定屈服强度规定屈服强度0.20.2不得小于极限抗拉强度不得小于极限抗拉强度b b的的85%85%(0.850.85b b)。)。因此,实际应用中可取极限抗因此,实际应用
4、中可取极限抗拉强度拉强度b b的的85%85%作为条件屈服点作为条件屈服点 一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的应力-应变曲线ABBCDE0.2%0.2变形指标变形指标伸长率:钢筋拉断后的伸长与原长伸长率:钢筋拉断后的伸长与原长的比值的比值*冷弯要求:冷弯要求:将直径为将直径为d的的钢筋绕直钢筋绕直径为径为D的钢辊弯成一定的角度而不发的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂生断裂 一、钢筋的强度和变形一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种按按化学成分化学成分碳素钢(铁、碳、碳素钢(铁、碳、硅、锰、硫、磷硅、锰、硫、磷等元素)等元素)低碳钢(含碳量低碳钢(含碳量0.25%)中
5、碳钢(含碳量中碳钢(含碳量0.250.6%)高碳钢(含碳量高碳钢(含碳量0.61.4%)普通低合金钢普通低合金钢(另加硅、锰、(另加硅、锰、钛、钒、铬等)钛、钒、铬等)锰系锰系硅钒系硅钒系硅钛系硅钛系硅锰系硅锰系硅铬系硅铬系一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的成分、级别和品种钢筋的成分、级别和品种钢筋钢筋热轧钢筋:热轧光面钢筋热轧钢筋:热轧光面钢筋HPB235,热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋HRB335、HRB400,余热处理钢筋余热处理钢筋RRB400冷拉冷拉钢筋:由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成钢筋:由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋:将热处理钢筋:将HRB400、RRB400钢筋通过加热、
6、淬火、回火而成钢筋通过加热、淬火、回火而成按按加工方法加工方法钢丝钢丝碳素钢丝: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:若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起钢绞线:若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝:由低碳钢冷拔而成冷拔低碳钢丝:由低碳钢冷拔而成一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的成分、级别和品种按按表面形状表面形状光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋钢筋的应用范围钢筋的应用范围非预应力钢筋:非预应力
7、钢筋:HRB235,HRB335,HRB400,RRB400预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,热处理钢筋,冷拉预应力钢筋:碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,热处理钢筋,冷拉钢筋钢筋一、钢筋的强度和变形 4.钢筋的徐变和松弛徐变徐变应力不变,随时间的应力不变,随时间的增长应变继续增加增长应变继续增加松弛松弛长度不变,随时间的长度不变,随时间的增长应力降低增长应力降低对对结构,尤结构,尤其是预应力其是预应力结构,产生结构,产生不利的影响,不利的影响,需采取必要需采取必要的措施的措施二、混凝土的强度和变形n一、概念一、概念n1 混凝土的概念:用水泥、骨料(砂子、碎石)材料,混凝土的概念:用水泥、骨料
8、(砂子、碎石)材料,用水拌合,并掺上外加剂(减水剂、早强剂、缓凝剂)用水拌合,并掺上外加剂(减水剂、早强剂、缓凝剂)等入模浇筑,经过凝固、硬化而制成的人工石材。等入模浇筑,经过凝固、硬化而制成的人工石材。n2 对混凝土的品质的要求对混凝土的品质的要求n(1)和易性好:保证各成分均匀混合,不发生分层)和易性好:保证各成分均匀混合,不发生分层离析的情况下,适合于搅拌、运输、浇灌、振捣、整离析的情况下,适合于搅拌、运输、浇灌、振捣、整平等工艺过程,从而获得均匀密实的混凝土的性能;平等工艺过程,从而获得均匀密实的混凝土的性能;n(2)强度要高;)强度要高;n(3)耐久性要好;)耐久性要好;n(4)经济
9、上要节省。)经济上要节省。n二、砼的各项强度指标二、砼的各项强度指标n立方体抗压强度立方体抗压强度fcu,kn(1)规定:规定:n标准尺寸:标准尺寸:150 mm150 mm150mm n养护条件:温度养护条件:温度200 C30 C 相对湿度相对湿度90%n龄期:龄期:28d二、混凝土的强度和变形 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度标准试块标准试块:150150 150非标准试块:非标准试块:100100 100 换算系数换算系数 0.95 200200 200 换算系数换算系数 1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标,我国规范混凝土的立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标,我国
10、规范混凝土的强度等级有:强度等级有:C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80表示混凝土表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度立方体抗压强度立方体抗压强度fcun(2)混凝土强度等级)混凝土强度等级n公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)规定的混凝土强度等级是按边长为)规定的混凝土强度等级是按边长为150mm的立方体抗压强度标准值确定的,并冠以的立方体抗压强度标准值确定的,并冠以C表示,表示,如如C30表示立方体强度标准值为表示立方体强度标准值
11、为30MPa的混凝土强度等的混凝土强度等级。级。n公路桥涵受力构件的混凝土强度等级可以采用公路桥涵受力构件的混凝土强度等级可以采用C30C80,中间以,中间以5MPa进级。进级。nC50以下为普通强度的混凝土,以下为普通强度的混凝土,C50以上为高强度的混凝以上为高强度的混凝土。土。n公路桥涵混凝土的强度等级的选择按以下的规定采用:公路桥涵混凝土的强度等级的选择按以下的规定采用:n(1)钢筋混凝土构件不应低于)钢筋混凝土构件不应低于C20,当采用,当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时,不应低于级钢筋配筋时,不应低于C25;n(2)预应力混凝土构件不应低于)预应力混凝土构件不应低于C40。
12、n混凝土立方体抗压强度标准值是按照上述立方体抗压混凝土立方体抗压强度标准值是按照上述立方体抗压强度试验方法得到的具有强度试验方法得到的具有95%保证率的抗压强度值,保证率的抗压强度值,以符号以符号 表示表示n(3)、影响砼抗压强度的因素)、影响砼抗压强度的因素n1)水泥标号、配合比、骨料性质、水灰比、制作方)水泥标号、配合比、骨料性质、水灰比、制作方法、养护环境、养护龄期法、养护环境、养护龄期n2)试验方法的影响)试验方法的影响是否涂油是否涂油n3)尺寸的影响)尺寸的影响二、混凝土的强度和变形 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂不涂润
13、滑剂涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法:不涂润滑剂我国规范的方法:不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝发展裂缝发展扩扩张张整个体系整个体系解体,丧失承解体,丧失承载力载力另另影响强度的影响强度的因素还有:龄因素还有:龄期、加载速率、期、加载速率、试块尺寸等试块尺寸等二、混凝土的强度和变形 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块: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,立方体抗压强度大于棱考虑到承压板对试件的约束,立
14、方体抗压强度大于棱柱体抗压强度,且有:柱体抗压强度,且有:fc=0.76fcu(试验结果试验结果)考虑到构件和试件的区别,取考虑到构件和试件的区别,取fc=0.67fcu 对对国外(美国、日本、欧洲混凝土协会等)采用的圆柱体试件国外(美国、日本、欧洲混凝土协会等)采用的圆柱体试件(d=150,h=300),有),有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度圆柱体抗压强度二、混凝土的强度和变形 2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度直接受拉试验直接受拉试验ft100100150150500试验结果:试验结果:ft=0.395fcu 0.55考虑到构件和试件的区别,尺寸效应,加考虑到构件和试件的区别,尺寸效
15、应,加荷速度等的影响,取荷速度等的影响,取ft=0.348fcu 0.55三、混凝土的变形三、混凝土的变形 变形变形二、混凝土的强度和变形 3.混凝土的疲劳强度破坏重复荷载下的应力重复荷载下的应力-应变曲应变曲线线fcf321疲劳强度fcfcf的的确定原则:确定原则:100100 300或或150150 450 的棱的棱柱体试块承受柱体试块承受200200万万次(或以上)循环荷次(或以上)循环荷载时发生破坏的最大载时发生破坏的最大压应力值压应力值二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能重复荷载下混凝土的变形性能重复荷载下混凝土的变形性能pe包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似二、混凝土
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