混凝土结构设计原理》.pptx

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1、1 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点素混凝土结构（Plain Concrete)第1页/共220页2 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete)第2页/共220页3 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点预应力混凝土结构（Prestressed Concrete)第3页/共220页4 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete)(Encased Concrete)第4页/共220页5 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube)第5页

2、/共220页6 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点钢-混凝土混合结构(Composite Structure)(Hybrid Structure)第6页/共220页7 混凝土的基本特性：抗压强度高，而抗拉强度却很低 一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20 破坏时具有明显的脆性性质 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点 因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。第7页/共220页81503002500素混凝土梁 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2第8页/共220页9Pcr=9.7kN150300

3、fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc=ft2500素混凝土梁 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点跨中受拉边缘应力达到混凝土抗拉强度时，梁底将开裂，梁随即破坏，表现为脆性断裂，无明显预兆。第9页/共220页10Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc=ft2500素混凝土梁Pu Pcrsc=ft ft破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度。混凝土抗压强度高的特点未得到充分利用。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点第10页/共220页11钢材的基本特点 抗拉和抗压强度都很高 具有屈服现象，破坏时

4、表现出较好的延性 但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。请看钢筋混凝土梁的受力过程 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点第11页/共220页12fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm21503002500钢筋混凝土梁2f16 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点在前面素混凝土梁底部配置2根钢筋第12页/共220页13Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁2f16 绪论0.1 混凝土结构一

5、般概念和特点 开裂前，与素混凝土梁受力类似。当梁底应力达到ft时，梁受拉区将开裂。第13页/共220页14Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁2f16受拉区开裂后，拉力由钢筋承担，荷载可以继续增加。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点 ss sc第14页/共220页15Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁2f16 当钢筋应力达到屈服后，钢筋所能承受的拉力不能再继续增加。梁的承载力比开裂前有很大增加

6、。Py 50.0kN 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点 fy sc第15页/共220页16Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu 52.5kNsc=ft ft ss sc2f16 fy 钢筋屈服后，梁的变形持续发展一段后，受压区混凝土压碎而达到极限承载力。Py 50.0kN 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点 fc第16页/共220页17Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu 52.5k

7、Nsc=ft ft ss sc2f16 fy 由此可见：在砼中配置一定数量一定型式的钢筋后至少可收到下列效果：（1）钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用；（2）结构的受力性能得到显著改善，且破坏过程有明显预兆。Py 50.0kN 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点 fc第17页/共220页18Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu 52.5kNsc=ft ft ss sc2f16 fyPy 50.0kN 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点

8、 fc 但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作；通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用于大跨度结构。如何解决？第18页/共220页19除在构件的受拉区配筋外，还可：在构件受压区配置钢筋，协助混凝土承受压力在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节点区、剪力墙等）配置箍筋或纵横交错的钢筋当构件受力很大时，可以直接配置钢骨还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以提高因此，两种(或两种以上)材料的有机组合，充分发挥各自的长处，可以创造出多种

9、形式的复合材料或组合结构，适应各种不同的受力要求，取得很好的综合经济效益。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点第19页/共220页20 绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点第20页/共220页21钢筋与混凝土共同工作的条件：钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因为：钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2105，混凝土为(1.01.5)105），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点

10、第21页/共220页22混凝土结构的优点：材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点第22页/共220页23 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性

11、，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材。近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点第23页/共220页24混凝土结构的缺点：自重大：不适用于大跨、高层结构。轻质、高强和预应力。绪论0.1 混凝土结构一般概念和特点 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。预应力混凝土。承载力有限：在重载结构和高层建

12、筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。高强、钢骨、钢管混凝土。施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。第24页/共220页250.2 混凝土结构的发展简况及其应用 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋 混凝土结构的开始应

13、用于土木工程距今仅150多年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。绪论0.2 混凝土结构的发展简况及其应用第25页/共220页26第一阶段：从钢筋混凝土的发明至本世纪初钢筋和混凝土的强度都比较低，主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。绪论0.2 混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展第26页/共220页27混凝土结构的发展 绪论0.2 混凝土结构的发展简况及其应用第二阶段：从本世

14、纪20年代到第二次世界大战前后混凝土和钢筋强度的不断提高1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（）开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。第27页/共220页28 绪论0.2 混凝土结构的发展简况及其应用第三阶段：二战以后到现在 随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建

15、造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。混凝土结构的发展第28页/共220页290.3 本课程的研究对象和学习中应注意的问题 绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题1、本课程的研究对象 研究对象：钢筋砼及预应力砼结构及构件的受力性能、计算方法和配筋构造。研究途径：在充分掌握材料力学性能的基础上，从结构或构件的破坏机理入手，去探求结构或构件在不同作用的作用下抵抗能力（即承载力

16、、刚度、变形和裂缝等）和设计计算方法，从而合理配筋，并绘出结构施工图。核心问题：可靠度与经济性问题，即如何使砼设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求。第29页/共220页30 绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 钢筋砼（预应力砼）结构是指在砼中按一定型式配置一定数量钢筋（预应力筋）的工程结构。结构是由一系列不同类型的构件组成。第30页/共220页31截面的基本受力形态有：正截面受力斜截面受剪扭曲截面受扭基本构件的受力往往是基本受力形态的复合 绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题第31页/共220页32基本理论工程应用问题的复杂性问题的综合性问题不是单一的解答是不

17、唯一的受力性能理论分析构件设计结构设计材料的力学性能两种材料的配比两种材料的共同工作 绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题第32页/共220页33 绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题2、本课程的特点、学习中应注意的问题（1）特殊性注意与材料力学等课程的差异（2）实践性理解通过试验建立的计算公式，注意公式适 用范围和应用条件（3）综合性注意学会对多种因素综合分析的设计方法（4）学会运用砼结构设计规范（GB 500102002）（5）抓住重点，理清思路 思路：受力性能 计算简图 计算公式及适用条件 设计计算及构造 第33页/共220页34 绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的

18、问题 工程项目的建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规进行。设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程进行设计。各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计的质量和工程项目的安全可靠。注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定。由于工程结构类型很多，不同的结构类型有不同的设计规范或规程，但混凝土结构的基本理论是一致的，应重点学好基本理论。本课程以基本理论为主，并结合主要用于建筑结构的混凝土结构设计规范GB500010学习。下学期开设的有关课程将结合各种结构类型，介绍有关的设计方法和设计规范。第34页/共22

19、0页35 构件和结构设计是一个综合性问题。设计过程包括结构方案、构件选型、材料选择、配筋构造、施工方案等，同时还需要考虑安全适用和经济合理。设计中许多数据可能有多种选择方案，因此设计结果不是唯一的。最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑使用、材料、造价、施工等各项指标的可行性，才能确定较为合适的一个设计结果。设计工作是一项创造性工作。一方面在设计工作中必须按照规范进行，另一方面只有深刻理解规范的理论依据，才能更好地应用规范，充分发挥设计者的主动性和创造性。本学科还在不断的发展和更新，因此设计工作也不应被规范束缚，在经过各方面的可靠性论证后，应积极采用先进的理论和技术。规范一般十年左右修订一

20、次，就是为了反映学科最新发展的成果。绪论0.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题第35页/共220页36第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋1.1 钢 筋 Steel Reinforcement 一、钢筋的应力-应变关系 有明显屈服点的钢筋 Steel bar with yield pointa为比例极限proportional limit s=Esea为弹性极限elastic limitb为屈服上限upper yield strengthc为屈服下限，即屈服强度 fylower yield strengthcd为屈服台阶yield plateaude为强化段strain hardeni

21、ng stagee为极限抗拉强度 fu ultimate tensile strengthseaacdefufyfb第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能第36页/共220页37第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋几个指标：屈服强度yield strength：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延 伸 率elongation rate：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好均匀延伸率

22、dgt对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力(2.5%)屈 强 比反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。第37页/共220页38第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋有明显屈服点钢筋的应力-应变关系一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es第38页/共220页39第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋无明显屈服点的钢筋Steel bar without yield pointa点：比例极限，约为0.65fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应

23、力规范取s0.2=0.85 fu第39页/共220页40第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋二、钢筋的品种成分 碳素钢：除含铁元素外还有少量碳、硅、锰、硫、磷等元素 低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量为0.250.6%）高碳钢（含碳量为0.61.4%）普通低合金钢：在碳素钢基础上加入少量合金元素(钛、钒等)砼结构对钢筋的要求 强度、塑性、可焊性、与砼有足够粘结力、严寒地区有低温性能。钢筋的类型 柔性钢筋 钢筋：光面和带肋钢筋两种 钢丝：直径在5mm以内 劲性钢筋 用于砼中的型钢第40页/共220页41第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋 钢筋的品种 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞

24、线、热处理钢筋和冷加工钢筋常用钢筋形式D公称直径 A 3股钢绞线量测尺寸钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝第41页/共220页42第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋第42页/共220页43第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢 筋热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235 N/mm2HRB33

25、5级：fyk=335 N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400 N/mm2第43页/共220页44第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢 筋 HPB235级(级)钢筋多为光面钢筋（Plain Bar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋 HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（Deformed Bar）。级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋 延伸率d5=25、16、14、10%，直径840。第

26、44页/共220页45第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋钢丝，中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝、钢绞线的为 1470 1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.54%；钢丝的直径39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.515.2 mm。中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。热处理钢筋是将级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的

27、延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。第45页/共220页46第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.1 钢筋冷拉:冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，塑性下降；应先焊接后冷拉；冷拉钢筋不宜用作为受压钢筋和承受冲击力或重复荷载及负温下的结构中。第46页/共220页47第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋 冷拔：冷拔是将D6D8的HPB235级钢筋，用强力从直径较小硬质合金拔丝模拔过，使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。冷拔可同时大幅提高抗拉和抗压强度，塑性也大幅降

28、低，钢筋由软钢变为硬钢。第47页/共220页48第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋三、钢筋的强度标准值(Characteristic or Standard Strength)按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时的废品限值，其数值相当于fy,m-3s，具有97.73%的保证率，满足建筑结构设计统一标准材料强度标准值保证率95%的要求。第48页/共220页49第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.1 钢筋第49页/共220页50第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土1.2 混凝土一、混凝土的强度1、立方体抗压强度 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝

29、土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的 混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（203，90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。规范根据强度范围，从C15C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 不涂润滑剂第50页/共220页51第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土100mm立方体强度与标准立方体强度之间的换算关系小于C50的混凝土，修正系数m=0.95。随混凝土强度的提高

30、，修正系数m 值有所降低。当fcu100=100N/mm2时，换算系数m 约为0.9 美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150mm，高300 mm）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为 fc。圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。第51页/共220页52第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土2、轴心抗压强度 轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号 fc 表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=

31、34，我国通常取150mm150mm450mm的棱柱体试件，也常用100100300试件。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为，规范对小于C50级的混凝土取k=0.76，对C80取k=0.82，其间按线性插值考虑结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，还需乘以0.88；第52页/共220页53第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土3、轴心抗拉强度也是其基本力学性能，用符号 ft 表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。第53页/共220页54第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土劈拉

32、试验PaP拉压压 由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度第54页/共220页55第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4、混凝土强度的标准值规范规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于95%的保证率 立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。规范在确定混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值时，假定它们的变异系数与立方体强度的变异系数相同，利用与立方体强度平均值的换算关系，便可按上式计算得到。同时，规范考虑到试件与实际结构的差异以及高强混凝土的脆性特征，对轴心抗压强度和轴心抗拉强度，还采用了以下两个折减系数：结构中混凝土强度与混凝土试件强度的比值，取

33、0.88；脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。第55页/共220页56第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土例 fcu=30MPa,d=0.12,fcu,m=fcu/(1-1.645d)fc,m=0.76fcu,m fc,k=fc,m(1-1.645d)0.881.0 =0.76fcu0.88 1.0=20.06MPa第56页/共220页57第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土混凝土破坏机理fc fcu?不涂润滑剂涂润滑剂 xd 当 x时，y0，0dd=xy x0，0y 1第69页/共220页70第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土根据

34、以上条件，过镇海提出的应力-应变全曲线表达式a=Ec/E0，Ec为初始弹性模量；E0为峰值点时的割线模量，为满足条件和，一般应有1.5a3；ac 为下降段参数第70页/共220页711.2 混凝土第一章 钢筋和混凝土的材料性能Hognestad建议的应力-应变曲线第71页/共220页72第一章 钢筋和混凝土的材料性能规范应力-应变关系上升段：下降段：1.2 混凝土第72页/共220页73第一章 钢筋和混凝土的材料性能2、混凝土的弹性模量 Elastic Modulus原点切线模量Elastic Modulus割线模量Secant Modulus切线模量Tangent Modulus弹性系数n(

35、coefficient of elasticity)随应力增大而减小n=10.51.2 混凝土第73页/共220页74第一章 钢筋和混凝土的材料性能弹性模量测定方法1.2 混凝土第74页/共220页753、箍筋约束混凝土受压的应力-应变关系第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 螺旋箍筋约束对强度和变形能力均有很大提高 矩形箍筋约束对强度的提高不是很显著，但对变形能力有显著改善第75页/共220页76第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 箍筋与内部混凝土的体积比；箍筋的屈服强度；箍筋间距与核心截面直径或边长的比值；箍筋直径与肢距的比值；混凝土强度，对高强混凝土的约束效果差一些。影

36、响因素第76页/共220页77第一章 钢筋和混凝土的材料性能R.Park建议的矩形封闭箍筋约束混凝土的应力-应变曲线1.2 混凝土第77页/共220页78第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土4、混凝土受拉应力-应变关系第78页/共220页79第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土四、混凝土的收缩和徐变Shrinkage and Creep 1、混凝土的收缩 Shrinkage 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂

37、。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。第79页/共220页80墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形第80页/共220页81第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。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(0.52.7)10-4第81页/共220页82第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土收缩产生的原因 凝缩：砼中水泥和水起化学作用引起的

38、体积变化（早期 完成）干缩：砼中自由水蒸发引起的体积变化砼的收缩是砼产 生初始内部裂缝的主要原因。第82页/共220页83第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土 影响因素 混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。干燥失水及高温环境，收缩大。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。高强混凝土收缩大。影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝。第83页/共220页84第一章 钢筋和混

39、凝土的材料性能1.2 混凝土2、混凝土的徐变 Creep 混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。不过，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。第84页/共220页85第一章 钢筋和混凝土的

40、材料性能1.2 混凝土在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变eel（=si/Ec(t0)，t0加荷时的龄期）。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前4个月徐变增长较快，6个月可达最终徐变的（7080）%，以后增长逐渐缓慢，23年后趋于稳定。第85页/共220页86第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土记(t-t0)时间后的总应变为e c(t,t0)，此时混凝土的收缩应变为esh(t，t0)，则徐变为，ecr(t,t0)=ec(t,t0)-e c(t0)-esh(t,t0)=ec(t,t0)-eel-esh(t,t0)第86页/共220页87第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2

41、 混凝土如在时间t 卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变eel。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变eel小于加载时的瞬时弹性应变 eel。再经过一段时间后，还有一部分应变eel可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变ecr 徐变产生的原因 砼中水泥凝胶体在荷载下粘性流动，并将压力传给粗骨料，骨料压力，试件变形，（c 较小时）微裂缝在长期荷载作用下不断发展、增加导致应变增加（c较大时）第87页/共220页88第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土徐变系数 j(t，t0)Creep Coefficient 当初始应力小于0.5fc时，徐变在2年以后可趋于稳定，最终的

42、徐变系数j=24。影响因素内在因素是混凝土的组成和配比。骨料(aggregate)的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。环境影响包括养护和使用条件。受荷前养护(curing)的温湿度越高，水泥水化作用月充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。第88页/共220页89第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土应力条件是指初应力水平si/fc和加荷时混凝土的龄期t0，它们影响徐变的非常主要的因素。当初始应力水平si/fc 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，也即（最终）徐变系数j=ecr

43、/eel=Ececr/si=常数，这种徐变称为线性徐变。当初应力si 在(0.50.8)fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，也即徐变系数j 随si的增大而增大，这种徐变称为非线性徐变。当初应力si 0.8fc 时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。因此将0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。高强混凝土的密实性好，在相同的s/fc比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达0.65fc，长期强度约为0.85fc，也比普通混凝土大一些。

44、第89页/共220页90第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土第90页/共220页91第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.2 混凝土第91页/共220页921.3 钢筋与混凝土的粘结性能一、粘结的概念 钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。通过钢筋与混凝土界面的粘结应力(bond stress)，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力。粘结应力使钢筋应力沿长度方向发生数量变化，即没有粘结应力就不会产生钢筋应力变化；反之，没有钢筋应力变化就不存在粘结应力。第一章 钢筋和混凝土的材料性

45、能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第92页/共220页93ssscsc+dscss-dssssss-dsst第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第93页/共220页94第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能t第94页/共220页95二、粘结的作用1、锚固粘结第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第95页/共220页96第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能2、裂缝间粘结第96页/共220页97三、粘结的机理钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力；混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的

46、钢筋与混凝土间的摩擦力；钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第97页/共220页98第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能 对于光面钢筋，表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，但摩擦作用也很有限。由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。为保证光面钢筋的锚固，通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。第98页/共220页99 将钢筋表

47、面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第99页/共220页100 变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力，其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力。轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝，环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第100页/共220页101 当混凝土保护层和钢筋

48、间距较小时，径向裂缝可发展达到构件表面，产生劈裂裂缝，机械咬合作用将很快丧失，产生劈裂式粘结破坏。第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能 在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋）或增加混凝土的保护层厚度（c/d），可提高粘结强度。第101页/共220页102第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第102页/共220页103第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能 如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层（c/d）较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径圆柱面的剪切破坏，

49、形成所谓的“刮梨式”破坏，“刮梨式”破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限。第103页/共220页104四、粘结强度 Bond Strength 第一章 钢筋和混凝土的材料性能1.3 钢筋与混凝土的粘结性能拔出试验 Pull out test粘结强度tu ：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力第104页/共220页105影响粘结强度的主要因素 Influence factors 混凝土强度、保护层厚度和钢筋净间距、横向配筋、钢筋表面和外形特征、受力情况及锚固长度 混凝土强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，但并不与立方体强度fcu成正比，

50、而与抗拉强度 ft 成正比。保护层厚度和钢筋净间距：对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度c/d 越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。当c/d 很大时，若锚固长度不够，则产生剪切“刮梨式”破坏。同理，钢筋净距s与钢筋直径d 的比值s/d 越大，粘结强度也越高。第一章 钢筋和混凝土的材料性能7 1.3 钢筋与混凝土的粘结性能第105页/共220页106 横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高。由于劈裂裂缝是顺钢筋方向产生的，其对钢筋锈蚀的影响比受弯垂直裂缝更大，将严重降低构件的耐久性。因此应保证不使径向裂缝到达构件表面形成劈裂裂缝。