钢筋和混凝土材料的力学性能—概要.pptx

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1、本章重点本章重点(Emphasis)熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（thevariety，level，performanceandselectionprincipleofsteelreinforcement）；熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能（strengthanddeformationofconcreteundervariousloads)及其选用原则；了解钢筋与混凝土的粘结性能(bondbetweensteelbarandconcrete)。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能CH2.Mechanical Properties of Ma

2、terials第1页/共43页CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete小结小结混凝土受压破坏的实质？如何提高单向抗压强度？混凝土受压破坏的实质？如何提高单向抗压强度？混凝土强度的影响因素有哪些？混凝土强度的影响因素有哪些？混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力-应变曲线反映了混凝土哪些性能应变曲线反映了混凝土哪些性能？混凝土的弹性模量有哪些？在应力混凝土的弹性模量有哪些？在应力-应变图形上画出。应变图形上画出。第2页/共43页 =0.85 max =0.65 max粘粘结结裂裂缝缝s=ss=smax =0CH2.钢筋和混凝土材料

3、的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete微裂缝不发展微裂缝不发展微裂缝扩展微裂缝扩展微裂缝非稳定发展微裂缝非稳定发展混凝土破坏混凝土破坏结论：结论：混凝土受压破坏是由于混凝土混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所内裂缝的扩展所致致。如果对混凝土的。如果对混凝土的横向变形加以约束横向变形加以约束，限制裂缝的开限制裂缝的开展展，则可以，则可以提高提高混凝土纵向混凝土纵向抗压强度抗压强度。回顾回顾混凝土受压破坏的实质？如何提高单向抗压强度？第3页/共43页影响因素一：润滑剂(lubricant)套箍效应套箍效应CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝

4、土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete回顾回顾混凝土强度的影响因素有哪些？影响因素二：尺寸(Size)尺寸效应尺寸效应影响因素三：加载速度The loading speed第4页/共43页受压应力受压应力-应变关系应变关系Stress-strain relationship under axial compressive load骨料和水泥结晶体弹性变形内部微裂缝稳定扩展内部微裂缝非稳定扩展峰值应变(peakstrain)0取0.002裂缝迅速发展，内部整体性严重破坏极限压应变(ultimatestrain)u取0.0033CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝

5、土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete回顾回顾混凝土单轴受压应力-应变曲线反映了混凝土哪些性能？第5页/共43页(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢影响因素影响因素(Factors)GradeofconcreteLoadingspeedTheconditionoflateralconstraintCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete 三向受压时，混凝土的三向受压时，混凝土的 随着侧向压力随着侧向压力的增加而提高，同时的增加而提高，同时 也明

6、显提高。也明显提高。第6页/共43页CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能1 c c0指出下面混凝土应力指出下面混凝土应力-应变曲线中各应变曲线中各斜率的物理意义？斜率的物理意义？回顾回顾混凝土的弹性模量有哪些？在应力-应变图形上画出。2.2PerformanceofConcrete第7页/共43页混凝土的变形体积变形受力变形一次短期加载下的变形荷载长期作用下的变形多次重复荷载作用下的变形硬化过程中的收缩变形温湿度变化引起的变形CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete荷载长期作用下的变形第8页/共43页1

7、、混凝土徐变的定义？2、徐变的影响因素？如何减小混凝土的徐变？3、混凝土徐变对结构所产生的影响？4）长期荷载（）长期荷载（long-term load）作用下混凝土的变形性能）作用下混凝土的变形性能 徐变徐变CreepCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第9页/共43页徐变徐变Creep：应力不变时，变形随时间增长的现象。应力不变时，变形随时间增长的现象。Deformation of concrete increases with time under the same compressive stressP原因原因之一之

8、一，胶，胶凝体的粘性流动凝体的粘性流动原因原因之二之二，混，混凝土内部微裂缝凝土内部微裂缝的不断发展的不断发展Creep of concreteCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第10页/共43页使钢筋混凝土构件变形加大(increasingofdeflection)；使预应力混凝土构件产生预应力损失(prestressinglose)；在高应力作用下还会使构件破坏(failureofmember)；在超静定结构中，使钢筋混凝土构件截面产生应力重分布(redistributionofinternalforce)；有利的C

9、H2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete徐变对结构设计的影响徐变对结构设计的影响(Effect of creep for structure design)P第11页/共43页影响徐变的因素影响徐变的因素(Factors that affect the creep of concrete)应力应力（Stress）大小，应力越大，徐变越大）大小，应力越大，徐变越大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；构件尺寸越大，

10、徐变越小骨料越硬，徐变越小；构件尺寸越大，徐变越小养护温度越高、湿度越大，水化越充分，徐变越小受荷后温度越高、湿度越低，徐变越大PCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第12页/共43页5）混凝土的收缩）混凝土的收缩(Shrinkage of concrete)-在空气中在空气中结硬时混凝土体积缩小的性质结硬时混凝土体积缩小的性质水泥品种：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；骨料粒径越大，收缩越小骨料：

11、骨料越硬，收缩越小；骨料粒径越大，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境等养护条件、制作方法、使用环境等主要由凝缩(settingshrinkage)和干缩(shrinkage)组成（干燥失水是引起收缩的重要因素）CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第13页/共43页收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响(Effect of shrinkage for structure)cAs sAs 混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，收缩会引起构件内混凝土产生拉应力

12、，甚至会有裂缝产生。Shrinkage：steel reinforcement in compression and concrete in tension.CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第14页/共43页收缩对混凝土结构的影响收缩对混凝土结构的影响(Effect of shrinkage for structure)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；构造钢限制水泥用量；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；掺膨胀剂等。筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂等。CH

13、2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第15页/共43页当当温温度度变变形形受受到到外外界界的的约约束束而而不不能能自自由由发发生生时时，将将在构件内在构件内产生温度应力产生温度应力。大大体体积积混混凝凝土土中中，内内部部混混凝凝土土对对试试图图缩缩小小体体积积的的表表面面混混凝凝土土形形成成约约束束，在在表表面面混凝土形成拉应力。混凝土形成拉应力。6）混凝土的温度变形(Temperaturedeformationofconcrete)CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofC

14、oncrete热胀冷缩热胀冷缩一般混凝土结构无须考虑，但对一般混凝土结构无须考虑，但对大体积混凝土、烟囱大体积混凝土、烟囱等结构，设等结构，设计时计时应考虑温度应力的影响。应考虑温度应力的影响。第16页/共43页第17页/共43页混凝土的选用原则（混凝土的选用原则（selectionprinciple）v钢筋混凝土结构中素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20。采用强度等级400MPa及以上钢筋时,不应低于C25；承受重复荷载构件的混凝土，不应低于C30；v预应力混凝土结构中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，不宜低于

15、C40。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete第18页/共43页CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.2PerformanceofConcrete小结小结徐变与收缩对混凝土结构有何影响？如何减小徐变与徐变与收缩对混凝土结构有何影响？如何减小徐变与收缩？收缩？第19页/共43页本章重点本章重点(Emphasis)熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则（thevariety，level，performanceandselectionprincipleofsteelreinforcement）；

16、熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能（strengthanddeformationofconcreteundervariousloads)及其选用原则；了解钢筋与混凝土的粘结性能(bondbetweensteelbarandconcrete)。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能CH2.Mechanical Properties of Materials第20页/共43页2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete粘结力的定义及分类粘结力的定义及分类（definition and classification）当钢筋与混凝土之间产

17、生相对变形（滑移）（Relativedeformationorslip），在钢筋和混凝土的交界面（interface）上产生的沿钢筋纵向的剪应力（shearstressalongthelengthofsteelbar），即所谓粘结应力，简称粘结力（bondstress）。粘结力bondstressCH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能第21页/共43页2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete粘结力的定义及分类粘结力的定义及分类（definition and classification）粘结力bondstressThe mechani

18、cal properties of this beam is the same to plain concrete beam.CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能第22页/共43页弯曲粘结应力(Bendingbondstress)Classificationofbondstress局部粘结应力(Localbondstress)锚固粘结应力(Anchoragebondstress)粘结应力大小与M沿纵向钢筋分布规律有关，和力学中剪应力分布规律相同，此粘结应力称弯曲粘结应力。钢筋两端不存在拉力差，就不存在粘结力，即粘结应力存在，钢筋应力沿长度才发生变化。CH2.钢筋和混凝土

19、材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete第23页/共43页弯曲粘结应力(Bendingbondstress)局部粘结应力(Localbondstress)钢筋在支座处的锚固粘结应力是构件承载力至关重要的因素。钢筋的端头应力为零，在经过不长的粘结距离(称锚固长度)后，钢筋的应力应能达到其设计强度。锚固粘结应力(Anchoragebondstress)CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and ConcreteClassificationofb

20、ondstress第24页/共43页弯曲粘结应力(Bendingbondstress)局部粘结应力(Localbondstress)梁开裂后，混凝土开裂前承受的拉力通过粘结应力传递给钢筋、从而使裂缝处钢筋应力增大，这种粘结应力称为局部粘结应力，其作用是使裂缝之间的混凝土参与受拉。锚固粘结应力(Anchoragebondstress)CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and ConcreteClassificationofbondstress第25页/共43页钢钢筋筋与与混混凝凝土土界界面面上上的平均粘结应力的平均粘

21、结应力F为为t t F/(p p dl)粘结试验粘结试验(Bond Test）粘结强度Bondstrength:粘结失效（bondfailure）时的最大（平均）粘结应力。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3BondBetweenSteelBarandConcrete拔出试验(pull-outtest)第26页/共43页化学胶着力化学胶着力(Adhesion)钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。粘结力的组成（compositionofbondstress）摩擦力摩擦力(Inter-surfacefriction)混凝土收缩后将

22、钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。(钢筋表面微锈摩擦力增加)。机械咬合力机械咬合力(Mechanicalbearing)钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete粘结破坏机理（粘结破坏机理（Failure Mechanism of Bond）第27页/共43页化学胶着力（1）光圆钢筋的粘结破坏：摩擦力、机械咬合力破坏（2）变形钢筋的粘结破坏化学胶着力摩擦力、挤压力机械咬合力破坏滑移后滑移后滑移后滑移后CH2

23、.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3BondBetweenSteelBarandConcrete粘结破坏机理（粘结破坏机理（Failure Mechanism of Bond）第28页/共43页影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素(Factors that affect the bond strength)（1）混凝土的强度等级(gradesofconcrete)：钢筋与混凝土间的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高。（2）混凝土保护层c和钢筋之间净距离越大，外围混凝土的劈裂抗力越大，因而粘结强度越高。（4）横向钢筋及侧向压力约束(Hoopsandlateralconst

24、raint)限制内部裂缝的发展，可使粘结强度提高。（3）钢筋外形(surfaceshapeofsteel)：变形钢筋的大于光圆钢筋。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete第29页/共43页（6）浇筑时钢筋的位置(locationofsteelbar)：深度过大，钢筋底面的混凝土会产生沉淀收缩和离析泌水，出现强度较低的疏松空隙层，削弱混凝土的粘结强度。（5）受力状态（受力状态（stress state）：）：反复荷载作用下，粘结作用反复荷载作用下，粘结作用会退化。会退化。CH2.钢筋和混凝土材料的

25、基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素(Factors that affect the bond strength)第30页/共43页保证可靠粘结的措施保证可靠粘结的措施1）混凝土保护层不宜过小2）钢筋之间净距离不宜过小3）在钢筋端部做弯钩4）在钢筋的搭接和锚固区附设横向箍筋5）在搭接和支座处保证一定的锚固长度CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete第31页/共43页钢筋的锚固与连接（钢筋

26、的锚固与连接（anchoring and connection）CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete锚固锚固：利用钢筋在混凝土中：利用钢筋在混凝土中的埋置段或机械措施，将的埋置段或机械措施，将钢钢筋所受的力传给混凝土筋所受的力传给混凝土，使，使钢筋锚固于混凝土不致滑出钢筋锚固于混凝土不致滑出。连接连接：通过混凝土中两根钢：通过混凝土中两根钢筋的连接接头，筋的连接接头，将一根钢筋将一根钢筋的力通过混凝土传给另一根的力通过混凝土传给另一根钢筋钢筋。第32页/共43页钢筋的锚固与连接（钢筋的锚固与连

27、接（anchoring and connection）CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete1）钢筋的锚固）钢筋的锚固受拉钢筋的基本锚固长度受拉钢筋的基本锚固长度 为了保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结，构件中的钢筋必须有一定的锚固长度。确定原则：确定原则：钢筋屈服的同时，锚固失效。钢筋屈服的同时，锚固失效。Flabt第33页/共43页钢筋的锚固与连接（钢筋的锚固与连接（anchoring and connection）CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond

28、Between Steel Bar and ConcreteFlabt平均粘结强度t t主要取决于混凝土的抗拉强度ft（近似成正比）和钢筋外形，因此规范公式为a a 为为锚固钢筋的锚固钢筋的外形系数外形系数第34页/共43页CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3BondBetweenSteelBarandConcrete当采取不同的埋置方式和构当采取不同的埋置方式和构造措施时，受拉钢筋的锚固造措施时，受拉钢筋的锚固长度应取：长度应取：基本锚固长度基本锚固长度la=zalabla：受拉钢筋的锚固长度，：受拉钢筋的锚固长度，不应小于不应小于200mm；z za：锚固长度

29、修正系数。：锚固长度修正系数。第35页/共43页机械锚固的形式依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用机械锚固措施。CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3BondBetweenSteelBarandConcrete第36页/共43页2）钢筋的连接）钢筋的连接纵向受拉钢筋的搭接长度搭接长度修正系数，与同一连接区搭接长度修正系数，与同一连接区域钢筋搭接接头面积百分率有关域钢筋搭接接头面积百分率有关受压钢筋的搭接长度取受拉钢筋搭接长度的70，且不小于200mm。接长钢筋的办法：接长钢筋的办法：绑扎搭接；焊接；机械连接。绑扎搭接；焊接；机械连接。CH2.钢筋和混凝土材料的基

30、本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete第37页/共43页钢筋搭接接头的错开要求CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3BondBetweenSteelBarandConcrete第38页/共43页钢筋搭接焊接钢筋搭接焊接钢筋对接焊接钢筋对接焊接钢筋机械连接钢筋机械连接CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3 Bond Between Steel Bar and Concrete第39页/共43页小结粘结力的定义与组成？影响粘结力的因素？CH2.钢筋和混凝土材料的基本性能钢筋和混凝土材料的基本性能2.3BondBetweenSteelBarandConcrete第40页/共43页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第41页/共43页第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页