混凝土结构设计原理-课件-第1章-材性资料.ppt

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1、第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.1 2.1 2.1 2.1 混凝土混凝土混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度一、混凝土的强度一、混凝土的强度混凝土立方体抗压强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度150 150 150150 150 300100 100 500第二章第二章 钢筋和混凝土材料的钢筋和混凝土材料的力学性能力学性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（抗压强度是混凝土力学性能中抗压强度是混凝土力学性能中最主要最主要和和最基本的指标最基本的指标）（1 1）立方体抗压强度标准值：立方体抗压强度标准值：立方体

2、抗压强度标准值：立方体抗压强度标准值：边长边长150mm立方体标准立方体标准试件，在标准条件下（试件，在标准条件下（202，95%湿度）养护湿度）养护28天，天，用用标准试验方法标准试验方法测得的测得的具有具有95%保证率保证率的立方体抗压的立方体抗压强度。强度。fcu,k=fcu,m(1-1.645)。2.1 2.1 混凝土混凝土一、混凝土的强度一、混凝土的强度1 1 1 1、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f fcucu，立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值f fcu,kcu,k第二章 钢筋和混凝土的材料性能 （2）

3、混凝土的强度等级：混凝土的强度等级：规范规范是根据是根据f fcu,kcu,k从从C15C80共划分为共划分为14个强度等级个强度等级 （如（如C30表示表示fcu,k=30N/mm2）。）。（3）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。套箍效应套箍效应:不涂润滑油不涂润滑油 涂润滑油涂润滑油未未采取减摩措施采取减摩措施采取减摩措施后采取减摩措施后第二章 钢筋和混凝土的材料性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2 2、轴心抗压强度、轴心抗压强度 fc (棱柱体抗压强度棱柱体抗压强度)（1 1

4、1 1）轴心抗压强度的概念：轴心抗压强度的概念：轴心抗压强度的概念：轴心抗压强度的概念：我国以我国以150150300mm的棱柱体试件为标准的棱柱体试件为标准试件试件。（2 2 2 2）棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系结构混凝土强度结构混凝土强度与试块混凝土强与试块混凝土强度的比值度的比值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第二章 钢筋和混凝土的材料性能0102030405060708090100123456 55.0395

5、.0cu,m t,mff=轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验轴心抗拉强度试验3 3、轴心抗拉强度、轴心抗拉强度ft第二章 钢筋和混凝土的材料性能拉压压劈裂试验劈裂试验（由于轴心受拉试验对中困难，常用立方体或圆柱体由于轴心受拉试验对中困难，常用立方体或圆柱体劈裂试验劈裂试验测定测定混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度）劈拉劈拉劈拉劈拉强度强度强度强度劈拉试验FdF第二章 钢筋和混凝土的材料性能4 4、混凝土强度的标准值、混凝土强度的标准值（1 1）规范规范规定材料强度的标准值规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于应具有不小于95%的保证率的保证率（3 3）轴心抗压强度标准值轴心抗压强

6、度标准值（4 4）轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值（2 2）立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值fcu,k=fcu,m(1-1.645)第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2.392.392.642.642.992.993.113.11桥规桥规桥规桥规1 1 1 1 双轴应力状态双轴应力状态双轴应力状态双轴应力状态第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土二、复杂应力下混凝土的受力性能二、复杂应力下混凝土的受力性能 （实际结构中，混凝土（实际结构中，混凝土很少很少处于单向受力状态。处于单向受力状态。更多更多的是的是处于双向或三向受力状态。）处于双向或三向受力状态。）双向受压强

7、度双向受压强度大于大于单向受压强单向受压强度，度，最大强度发生在最大强度发生在两个压应两个压应力之比为力之比为0.3 0.6之间，比之间，比fc可可提高提高27%。（1 1 1 1）双向受压（第三象限）双向受压（第三象限）双向受压（第三象限）双向受压（第三象限）第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度均不超过其强度均不超过相应的单轴相应的单轴强度。强度。并且抗压强度或抗拉强度均随并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力另一方向拉应力或压应力的增加而减小。或压应力的增加而减小。（2 2 2 2）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）一轴受压一轴受拉（第二

8、、四象限）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）一轴受压一轴受拉（第二、四象限）（3 3 3 3）双轴受拉（第一象限）双轴受拉（第一象限）双轴受拉（第一象限）双轴受拉（第一象限）任意应力比情况下，任意应力比情况下，其强度其强度均均与单轴抗拉强与单轴抗拉强度度相近相近。第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土2 2 2 2 剪应力剪应力剪应力剪应力 和正应力和正应力和正应力和正应力 共同作用下的复合受力情况共同作用下的复合受力情况共同作用下的复合受力情况共同作用下的复合受力情况混凝土的强度：混凝土的强度：混凝土的强度：混凝土的强度：拉拉拉拉-剪剪剪剪：抗拉、抗剪强度都降低；：抗拉、抗剪强度都降低；

9、压压压压-剪剪剪剪：当当 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，抗剪抗压强度均降低。时，抗剪抗压强度均降低。/fc /fc第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土3 3 三轴应力状态三轴应力状态 一次短期荷载下一次短期荷载下 受力变形受力变形 长期荷载下长期荷载下砼变形砼变形 多次重复荷载下多次重复荷载下 收缩变形收缩变形 体积变形体积变形 膨胀变形膨胀变形 温度变形温度变形三、混凝土的变形三、混凝土的变形第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土1 1、一次短期荷载下的变形一次短期荷载下的变形一次短期荷载下

10、的变形一次短期荷载下的变形在普通试验机上采用在普通试验机上采用等应力速度等应力速度加载，加载，只能测得曲线的只能测得曲线的上上升段。升段。采用采用等应变速度等应变速度加载，加载，可以测得曲线的可以测得曲线的下降段。下降段。（1 1 1 1）单轴单调单轴单调单轴单调单轴单调受压时的应力受压时的应力受压时的应力受压时的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系（棱柱体试件棱柱体试件）注意：注意：a.塑性应变评价砼耐受变形性能(延性)的好坏。极限应变cu越大，则延性越好。b.对于普通砼，00.00150.0025。取0=0.002,cu0.0033。c.对于非均匀受压的砼，对于非均匀受压的砼，当砼边缘纤

11、维的应力达到fc时，试件并未破坏。只有当其应变达到cu0.0033时，试件整体才破坏。在此过程中存在着应力重分布卸载给邻近的纤维 第二章 钢筋和混凝土的材料性能弹性阶段：弹性阶段：oa 段，段，0.30.4 0弹塑性阶段：弹塑性阶段：上升段上升段1：ab段，段，0.8 0 裂缝稳定发展阶段裂缝稳定发展阶段 上升段上升段2：bc 段，段，0,=0 裂缝不稳定发展阶段裂缝不稳定发展阶段破坏阶段：破坏阶段：cd 段，段，0.80.8f fc c 时，时，时，时，混凝土内部微裂缝的发展已处于混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳不稳定定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此的状态，徐变的发展

12、将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将将0.8fc作为混凝土的作为混凝土的长期抗压强度。长期抗压强度。3 3、混凝土在重复荷载作用下的变形性能、混凝土在重复荷载作用下的变形性能疲劳疲劳第二章 钢筋和混凝土的材料性能（1 1 1 1）重复荷载作用下的应力重复荷载作用下的应力重复荷载作用下的应力重复荷载作用下的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线疲劳破坏的特征：疲劳破坏的特征：疲劳破坏的特征：疲劳破坏的特征：裂缝小而变形大裂缝小而变形大裂缝小而变形大裂缝小而变形大第二章 钢筋和混凝土的材料性能（2 2 2 2）混凝土疲劳强度试验混凝土疲劳强度试验标准试件标准试件：150150300或或15015

13、0450mm 200万次万次荷载应力大小，荷载应力大小，是影响是影响疲劳强度疲劳强度大小的关键因素大小的关键因素 混凝土疲劳强度混凝土疲劳强度fcf fcf=g g fc第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为这种现象称为混凝土的收缩混凝土的收缩。（收缩是混凝土在（收缩是混凝土在不受外力不受外力情况下由于体积情况下由于体积变化而产生的变形。）变化而产生的变形。）4 4、混凝土的收缩、混凝土的收缩物理方面物理方面物理方面物理方面：干燥失水。：干燥失水。化学方面化学方面化学方面化学方面：混凝土的碳化混凝土的碳化（凝胶

14、体中的凝胶体中的Ca(OH)2 CaCO3）。（2 2 2 2）引起收缩的原因）引起收缩的原因）引起收缩的原因）引起收缩的原因（1 1 1 1）收缩的概念）收缩的概念）收缩的概念）收缩的概念第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土当收缩受到当收缩受到约束约束（如支座、内部钢筋）时，将使混凝土（如支座、内部钢筋）时，将使混凝土中中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使混凝土收缩会使预应力混凝土预应力混凝土构件产生构件产生预应力损失。预应力损失。（3 3）收缩对结构的影响）收缩对结构的影响图图b)b)墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形墙板干燥收缩裂缝与边

15、框架的变形图图a)a)钢筋混凝土构件的收缩裂缝钢筋混凝土构件的收缩裂缝第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土早期发展快，早期发展快，两周两周可完成全部收缩的可完成全部收缩的25%，一个月一个月可完成可完成50%；以后发展逐渐减慢，；以后发展逐渐减慢，整个收缩过程整个收缩过程可延续可延续两年两年以上。以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4（4 4 4 4）收缩与时间的关系）收缩与时间的关系）收缩与时间的关系）收缩与时间的关系 ch第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土水泥的强度等级高

16、、用量多、水灰比大，收缩就大；水泥的强度等级高、用量多、水灰比大，收缩就大；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；养护时的湿度大、温度高，收缩就小；养护时的湿度大、温度高，收缩就小；使用时的湿度大、温度高，收缩就小；使用时的湿度大、温度高，收缩就小；构件体表比大，收缩就小；构件体表比大，收缩就小；混凝土越密实，混凝土越密实，收缩越小；收缩越小；（5 5 5 5）影响收缩的因素）影响收缩的因素）影响收缩的因素）影响收缩的因素第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（6 6 6 6）膨胀的概念）膨胀的概念）膨胀的概念）膨胀的概念 混凝土在水中硬化时体积会增大，混凝

17、土在水中硬化时体积会增大，这种现象称这种现象称为混凝土的膨胀。为混凝土的膨胀。但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也但混凝土的膨胀值一般较小，对结构的影响也较小，所以经常不予考虑。较小，所以经常不予考虑。（7 7 7 7）膨胀对结构的影响）膨胀对结构的影响）膨胀对结构的影响）膨胀对结构的影响第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 钢筋2.2 2.2 2.2 2.2 钢钢钢钢 筋筋筋筋一、钢筋的种类一、钢筋的种类一、钢筋的种类一、钢筋的种类1 1 1 1、钢筋的化学成分：、钢筋的化学成分：、钢筋的化学成分：、钢筋的化学成分：力学性能力学性能力学性能力学性能主要取决于主要取决于主要取决于主要取决于

18、化学成分。化学成分。化学成分。化学成分。铁元素铁元素：主要成分。主要成分。碳元素碳元素：含碳量增加，强度提高，但塑性和可焊含碳量增加，强度提高，但塑性和可焊性降低。低碳钢（性降低。低碳钢（0.25%)25%,25%,不应不应50%;50%;对板、墙：不宜对板、墙：不宜25%;25%;对柱对柱：不宜不宜50%;50%;2.4一般构造规定（4 4 4 4）钢筋搭接接头连接区段的长度：）钢筋搭接接头连接区段的长度：）钢筋搭接接头连接区段的长度：）钢筋搭接接头连接区段的长度：1.31.31.31.3ll 桥规桥规桥规桥规直接根据直接根据混凝土强度等级混凝土强度等级和和钢筋级别钢筋级别确定确定受拉钢筋的

19、受拉钢筋的搭接搭接长度长度长度长度ls。在任何情况下，受拉钢筋搭接长度不应小于在任何情况下，受拉钢筋搭接长度不应小于300mm。第二章 材料的力学性能（6 6 6 6）纵向受压钢筋的搭接长度纵向受压钢筋的搭接长度纵向受压钢筋的搭接长度纵向受压钢筋的搭接长度 取纵向取纵向受拉钢筋搭接长度受拉钢筋搭接长度的的0.70.7倍，即倍，即0.70.7ll，且在任何情况下且在任何情况下不应小于不应小于200mm。（7 7 7 7）搭接区的箍筋要求搭接区的箍筋要求搭接区的箍筋要求搭接区的箍筋要求 直径直径 较大纵筋较大纵筋直径的直径的0.25倍；倍；间距间距：较小纵筋较小纵筋直径的直径的5倍，且不应大于倍，

20、且不应大于100mm.(受拉搭接受拉搭接）较小纵筋较小纵筋直径的直径的10倍，且不应大于倍，且不应大于200mm.(受压搭接受压搭接）2.4一般构造规定锥螺纹钢筋连接锥螺纹钢筋连接第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定挤压钢筋连接挤压钢筋连接第二章 材料的力学性能2.4一般构造规定第二章 材料的力学性能小结本本 章章 小小 结结1、混凝土的、混凝土的力学性能力学性能（1）混凝土的强度：混凝土的强度：fcu,k及其测定方法、及其测定方法、fc、ft；混凝土强度的标准；混凝土强度的标准值；复合受力下混凝土的强度及变形值；复合受力下混凝土的强度及变形性能性能

21、（2）混凝土的变形：单轴单调受压的混凝土的变形：单轴单调受压的曲线；曲线；曲线的规范模曲线的规范模型；混凝土的弹性模量及其测定；混凝土的收缩、膨胀及徐变。型；混凝土的弹性模量及其测定；混凝土的收缩、膨胀及徐变。2、钢筋的力学性能、钢筋的力学性能（1）钢筋品种：钢筋品种：热轧钢筋热轧钢筋（HPB300、HPB235=R235、HRB335、HRB400、RRB400=KL400）、钢丝钢丝、钢绞线钢绞线、冷加工钢筋和、冷加工钢筋和热处热处理钢筋理钢筋。（2）曲线（有、无明显屈服点的钢筋）；曲线（有、无明显屈服点的钢筋）；曲线的规范模曲线的规范模型型（3）钢筋的强度指标钢筋的强度指标屈服强度、极限

22、强度；屈服强度、极限强度；变形指标变形指标延伸率和冷弯性能；钢筋强度的标准值。延伸率和冷弯性能；钢筋强度的标准值。第二章 材料的力学性能小结（1）粘结的作用；粘结的作用；（2）两类粘结（锚固粘结和局部粘结）；两类粘结（锚固粘结和局部粘结）；（3）粘结力的构成；粘结力的构成；（4）两种类型的粘结破坏（劈裂式破坏和刮梨式破坏）；两种类型的粘结破坏（劈裂式破坏和刮梨式破坏）；（5）改善粘结的措施。改善粘结的措施。4、钢筋钢筋混凝土结构的一般构造规定混凝土结构的一般构造规定（1）基本锚固长度的概念及其计算基本锚固长度的概念及其计算（2）钢筋的连接：搭接、机械连接和焊接。钢筋的连接：搭接、机械连接和焊接。3、钢筋与、钢筋与混凝土的粘结混凝土的粘结