钢筋混凝土结构第1章.pptx
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1、第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五1n学习要求:学习要求:n掌握钢筋和混凝土的强度指标及规范取值掌握钢筋和混凝土的强度指标及规范取值n掌握混凝土的变形指标、钢筋和混凝土粘结原理掌握混凝土的变形指标、钢筋和混凝土粘结原理n学习重点:学习重点:n钢钢筋筋的的形形式式、品品种种和和级级别别,钢钢筋筋的的强强度度、变变形形和和弹弹性性模模量,钢筋的冷加工量,钢筋的冷加工n混凝土的强度、变形混凝土的强度、变形n钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结学习要求与学习重点第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五2n1、钢筋的品种、力学性能及有关指标;、钢筋的品种、力学性能及有关指标;n2、混凝土强
2、度等级、强度指标及其换算关系;、混凝土强度等级、强度指标及其换算关系;n3、混凝土的破坏机理、受压应力、混凝土的破坏机理、受压应力-应变曲线、弹性模量;应变曲线、弹性模量;n4、复杂应力下混凝土的强度;、复杂应力下混凝土的强度;n5、混凝土的收缩和徐变性能;、混凝土的收缩和徐变性能;本章要点第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五3 1.1 钢筋的力学性能 1.1.1 钢筋的种类有物理屈服点钢筋一、钢筋的种类无物理屈服点钢筋钢筋混凝土结构中主要采用有物理屈服点的钢筋混凝土结构中主要采用有物理屈服点的热轧钢筋热轧钢筋预应力混凝土结构中的预应力钢筋主要用预应力混凝土结构中的预应力钢筋主要用无物
3、理屈服点钢筋无物理屈服点钢筋第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五4 二、钢筋的级别HPB235级级HRB335级级HRB400级级RRB400级级第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五5三、钢筋的屈服强度三、钢筋的屈服强度与设计值(见教材附录)HPB235级:fyk=235 N/mm2屈屈 服服 强强 度度 fyk(标标 准准 值值=钢钢 材材 废废 品品 限限 值值,保保 证证 率率97.73%)HRB335级:fyk=335 N/mm2HRB400级:fyk=400 N/mm2 RRB400级:fyk=400 N/mm2第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五6 四、钢筋
4、的性能和使用特点HRB335级(级)和 HRB400级(级)钢钢筋筋强强度度较较高高,多多作作为为钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件的的受受力力钢钢筋筋,尺尺寸寸较较大大的的构构件件,也也有有用用级级钢钢筋筋作作箍箍筋筋以以增增强强与与混混凝凝土土的的粘结,外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。粘结,外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。HPB235级(级)钢钢筋筋多多为为光光面面钢钢筋筋,多多作作为为现现浇浇楼板的受力钢筋和箍筋。楼板的受力钢筋和箍筋。RRB400级(级)钢钢筋筋强强度度太太高高,不不适适宜宜作作为为钢钢筋筋混凝土构件中的配筋,一般冷拉后作预应力筋。混凝土构件中的配筋,一般冷拉后作预应
5、力筋。第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五7 五、钢筋的外形与形式形式分类:柔性钢筋、劲性钢筋形式分类:柔性钢筋、劲性钢筋钢筋外形:月牙肋形钢筋外形:月牙肋形(a)(a)月牙肋钢筋;月牙肋钢筋;(b)(b)焊接网;焊接网;(c)(c)焊接骨架;焊接骨架;(d)(d)劲性钢筋柱劲性钢筋柱s se e1.1.2 1.1.2 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋aabcdefua为比例极限为比例极限oa为弹性阶段为弹性阶段de为强化阶段为强化阶段b为屈服上限为屈服上限c为屈服下限,即屈服强度为屈服下限,即屈服强度 fycd为屈服台阶为屈服台阶e为极限抗拉强度
6、为极限抗拉强度 fu fyfef为颈缩阶段为颈缩阶段两个指标:两个指标:屈服强度屈服强度:是钢筋强度的设计依据。是钢筋强度的设计依据。屈屈 强强 比比 反映钢筋的强度储备,反映钢筋的强度储备,fy/fu=0.60.7。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一般可采用双线性的理想弹塑性关系1Es第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五11 无明显屈服点的钢筋无明显屈服点的钢筋a点:比例极限,约为点:比例极限,约为0.65fua点前:应力点前:应力-应变关系为线弹性应变关系为线弹性a点后:应力点后:应力-应变关系为非线性,应变关系为非线性,有一定塑性变形,且没有明显有
7、一定塑性变形,且没有明显的屈服点的屈服点强度设计指标强度设计指标条件屈服点条件屈服点残余应变为残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力规范规范取取s s0.2=0.85 fu第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五12软钢:有明显的屈服点软钢:有明显的屈服点 软钢软钢 硬钢及其应力应变曲线硬钢及其应力应变曲线硬钢:无明显的屈服点硬钢:无明显的屈服点第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五13 延延 伸伸 率:钢筋拉断后的伸长值与原长的比率率:钢筋拉断后的伸长值与原长的比率钢钢筋筋塑塑性性:应应力力超超过过屈屈服服点点以以后后,由由于于塑塑性性变变形形钢钢筋筋拉拉得得很很长长,或绕着很
8、小的直径能够弯转很大的角度而不至断裂的性能或绕着很小的直径能够弯转很大的角度而不至断裂的性能 弯弯曲曲性性能能:在在常常温温下下将将钢钢筋筋绕绕规规定定的的直直径径D D弯弯曲曲角角而而不不出出现现裂裂纹纹、鳞鳞落落或或断裂现象断裂现象钢筋的塑性性能钢筋的塑性性能第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五14弯曲性能与钢筋塑性性能的关系弯曲性能与钢筋塑性性能的关系伸伸长长率率大大,钢钢筋筋的的塑塑性性性性能能好好,破破坏坏时时有有明显的拉断预兆明显的拉断预兆钢钢筋筋的的弯弯曲曲性性能能好好,构构件件破破坏坏时时不不致致发发生脆裂。生脆裂。注意:注意:对钢筋品种的选择,应考虑强度和塑对钢筋品种
9、的选择,应考虑强度和塑性两方面的要求性两方面的要求 伸长率与钢筋塑性性能的关系伸长率与钢筋塑性性能的关系第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五15 1.1.3 1.1.3 钢筋的冷加工钢筋的冷加工冷加工目的:冷加工目的:提高钢材的强度提高钢材的强度冷冷拉拉:利利用用有有明明显显屈屈服服点点的的热热轧轧钢钢筋筋“屈屈服服强强度度/极极限限抗抗拉拉强强度度”比比值值低低的的特特性性,在在常常温温条条件件下下把把钢钢筋筋应应力力拉拉到到超超过过其其原原有有的的屈屈服服点点,然然后后完完全全放放松松,若若钢钢筋筋再再次次受受拉拉,则则能能获获得得较较高高屈屈服服强强度度的一种加工方法的一种加工方
10、法冷加工材料:冷加工材料:有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五16 冷拉中的几个概念冷拉中的几个概念时效硬化时效硬化冷拉强化冷拉强化冷拉控制应力冷拉控制应力冷拉伸长率冷拉伸长率注意:注意:冷拉只能提高钢筋的抗拉屈服强度,却冷拉只能提高钢筋的抗拉屈服强度,却不能提高其抗压屈服强度不能提高其抗压屈服强度 第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五17 冷拔冷拔注注意意:冷冷拔拔钢钢筋筋强强度度比比原原来来提提高高很很多多,但但塑塑性性降降低低,硬度提高,冷拔后钢丝的抗压强度也获得提高硬度提高,冷拔后钢丝的抗压强度也获得提高 将将钢钢筋筋(盘盘条条)用用
11、强强力力拔拔过过比比它它本本身身直直径径还还小小的的硬硬质质合合金金拔拔丝丝模模,这这时时钢钢筋筋同同时时受受到到纵纵向向拉拉力力的的作作用用以提高其强度的一种加工方法以提高其强度的一种加工方法冷扎冷扎 热轧钢筋再经过冷轧,表面轧制成不同的形状,热轧钢筋再经过冷轧,表面轧制成不同的形状,其材料内部组织变得更加密实,使钢筋的强度和粘其材料内部组织变得更加密实,使钢筋的强度和粘结性能提高,但相应的塑性性能有所下降。结性能提高,但相应的塑性性能有所下降。第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五18 1.1.4 1.1.4 钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀 钢钢筋筋的的锈锈蚀蚀使使受受力力截截面面积积减减小小
12、,锈锈蚀蚀层层膨膨胀胀使使混混凝凝土土保保护护层层沿沿钢钢筋筋方方向向开开裂裂,脱脱落落,影影响响钢钢筋筋混混凝凝土土结结构的正常工作,影响耐久性。构的正常工作,影响耐久性。钢筋锈蚀的危害钢筋锈蚀的危害钢筋锈蚀主要因素钢筋锈蚀主要因素碱度和氯化物浓度碱度和氯化物浓度氧氧 透水性透水性 碳化碳化注意:预应力混凝土中注意:预应力混凝土中钢筋的锈蚀主要有:锈钢筋的锈蚀主要有:锈坑腐蚀、应力腐蚀、氢坑腐蚀、应力腐蚀、氢脆腐蚀等脆腐蚀等第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五19 1.1.5 1.1.5 钢筋的疲劳钢筋的疲劳 在在多多次次重重复复荷荷载载作作用用下下,尽尽管管构构件件内内的的最最大大
13、钢钢筋筋应应力力始始终终低低于于一一次次加加载载时时钢钢筋筋的的屈屈服服强强度度,钢钢筋筋会会产产生生脆性断裂现象脆性断裂现象 疲劳破坏疲劳破坏 疲劳强度疲劳强度 发生疲劳破坏时的材料强度值发生疲劳破坏时的材料强度值 疲劳破坏的原因疲劳破坏的原因 材料内部有杂质和孔隙等缺陷存在,内部个别晶粒达到材料内部有杂质和孔隙等缺陷存在,内部个别晶粒达到屈服而发生歪扭和强化作用;个别晶粒的应力达到了破坏强屈服而发生歪扭和强化作用;个别晶粒的应力达到了破坏强度而使钢筋表面出现微裂缝,促使微裂缝不断增长和发展。度而使钢筋表面出现微裂缝,促使微裂缝不断增长和发展。第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五20
14、 1.1.6 1.1.6 钢筋的徐变钢筋的徐变影响因素:影响因素:定定义义:钢钢筋筋受受力力后后,在在应应力力不不变变的的情情况况下下,钢钢筋筋的的变变形形随着时间的增加而增加的现象随着时间的增加而增加的现象1 1 与钢筋的张拉应力有关与钢筋的张拉应力有关 2 2 与时间有关与时间有关 3 3 与超张拉有关与超张拉有关第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五21 1.1.6 1.1.6 钢筋的松弛钢筋的松弛影响因素:影响因素:定定义义:钢钢筋筋在在应应变变不不变变的的情情况况下下,其其内内部部应应力力随随着着时时间间的增加而降低的现象的增加而降低的现象1 1 与时间有关与时间有关 2 2
15、与钢筋的张拉应力有关与钢筋的张拉应力有关 3 3 与钢材本身性质有关与钢材本身性质有关 4 4 与温度有关与温度有关第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五22 1.1.8 1.1.8 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求塑性塑性强度强度可焊性可焊性与混凝土的粘结力与混凝土的粘结力第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五23 1.1.9 1.1.9 钢筋的选用原则钢筋的选用原则2 2 高高温温条条件件下下工工作作的的混混凝凝土土构构件件选选用用高高强强度度钢钢筋,低温下的则选用延伸性好强度低的钢筋筋,低温下的则选用延伸性好强度低的钢筋1 1 高强混凝土配用高强度
16、钢筋高强混凝土配用高强度钢筋3 3 混凝土构件受动荷载作用时用高强度钢筋混凝土构件受动荷载作用时用高强度钢筋4 4 预应力混凝土构件应用预应力混凝土构件应用HRB335HRB335以上冷拉钢以上冷拉钢筋、冷拔丝或钢绞线筋、冷拔丝或钢绞线第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五24地质工程施工中钢筋具体选用方法地质工程施工中钢筋具体选用方法2 2 预预应应力力混混凝凝土土结结构构应应用用HRB335HRB335以以上上冷冷拉拉钢钢筋筋、冷冷拔拔丝丝或或钢钢绞线绞线1 1 对对于于受受拉拉和和受受弯弯的的主主筋筋,要要用用HRB335HRB335以以上上变变形形热热扎扎钢钢筋筋或或冷冷拉拉钢钢
17、筋筋;受受压压钢钢筋筋一一般般选选用用HPB235HPB235、HRB335HRB335热热扎扎钢钢筋筋,箍箍筋一般用筋一般用HPB235HPB235光面圆钢筋光面圆钢筋3 3 桩桩基基础础主主筋筋一一般般用用HPB235HPB235、HRB335HRB335变变形形钢钢筋筋(受受压压构构件件),箍筋和螺旋筋一般用,箍筋和螺旋筋一般用HPB235HPB235光面圆钢筋光面圆钢筋4 4 锚杆和抗拔桩等受拉构件,应用锚杆和抗拔桩等受拉构件,应用HRB335HRB335以上的冷拉钢筋、以上的冷拉钢筋、冷拔丝或钢绞线冷拔丝或钢绞线5 5 边坡支护喷锚拉网、中网一般都用边坡支护喷锚拉网、中网一般都用HP
18、B235HPB235冷拉钢筋或钢丝,冷拉钢筋或钢丝,土钉一般用土钉一般用HRB335HRB335变形钢筋和冷拉钢筋变形钢筋和冷拉钢筋第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五25 1.2.1 1.2.1 混凝土混凝土结构类型:结构类型:定定义义:由由水水泥泥、砂砂、石石子子和和水水等等按按一一定定的的配配合合比比拌拌和和在在一一起,经凝结和硬化形成的人工石材。起,经凝结和硬化形成的人工石材。微观结构微观结构亚微观结构亚微观结构宏观结构宏观结构内部结构力学性能:内部结构力学性能:水泥胶块中的结晶体和骨料组成弹性骨架承受荷载,并水泥胶块中的结晶体和骨料组成弹性骨架承受荷载,并具有弹性变形的特点;
19、因其内部的凝胶体、微裂缝和孔隙具有弹性变形的特点;因其内部的凝胶体、微裂缝和孔隙等缺陷的存在和发展,塑性变形也逐渐在加大。等缺陷的存在和发展,塑性变形也逐渐在加大。1.2 混凝土的力学性能第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五26 注意注意 2.2.在在荷荷载载的的作作用用下下,微微裂裂缝缝的的扩扩展展对对混混凝凝土土的的力学性能有着极为重要的影响力学性能有着极为重要的影响1.1.骨骨料料的的分分布布及及骨骨料料与与基基相相之之间间在在界界面面的的结结合合强度是影响混凝土强度的重要因素强度是影响混凝土强度的重要因素第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五27 1.2.2 混凝土强度混
20、凝土强度影响混凝土抗压强度的因素:影响混凝土抗压强度的因素:关键点关键点:混凝土结构中,主要是利用其抗压强度混凝土结构中,主要是利用其抗压强度(1)(1)(1)(1)混凝土受压时的横向变形条件混凝土受压时的横向变形条件混凝土受压时的横向变形条件混凝土受压时的横向变形条件 (2)(2)(2)(2)加荷速度加荷速度加荷速度加荷速度 立方体抗压强度立方体抗压强度 从从C15C15C80C80共划分为共划分为1414个强度等级,级差为个强度等级,级差为5N/mm5N/mm2 2。立方体试件抗压强度试验演示立方体试件抗压强度试验演示第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五28 试验方法与混凝土的立方
21、体抗压强度试验方法与混凝土的立方体抗压强度 混凝土立方体试混凝土立方体试件的破坏特征件的破坏特征(a)不涂润滑剂不涂润滑剂(b)涂润滑剂涂润滑剂第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五29 龄期和养护条件与混凝土的立方体抗压强度龄期和养护条件与混凝土的立方体抗压强度混凝土强度随龄期混凝土强度随龄期而增长而增长1-1-在潮湿环境下;在潮湿环境下;2-2-在干燥环境下在干燥环境下第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五30 试件的尺寸与混凝土的立方体抗压强度试件的尺寸与混凝土的立方体抗压强度箍的作用尺寸效应 第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五31 混凝土轴心混凝土轴心抗压强度抗压
22、强度对于同一混凝土,棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。对于同一混凝土,棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。混凝土轴心抗压强度试验演示混凝土轴心抗压强度试验演示 考考虑虑到到实实际际结结构构构构件件制制作作、养养护护和和受受力力情情况况,实实际际构构件件强强度度与与试试件件强强度度之之间间存存在在差差异异,规规范范基基于于安安全全取取偏偏低低值值,规规定定轴轴心心抗抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为:压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为:第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五32 混凝土轴心混凝土轴心抗抗拉拉强度强度混凝土轴心抗拉强度试验演示混凝土轴心抗拉强度试验演示
23、劈拉试验劈拉试验PddP拉压压第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五33 混凝土弯曲混凝土弯曲抗抗压压强度强度 从钢筋混凝土粱的破坏试验可知,其受压区的应变从钢筋混凝土粱的破坏试验可知,其受压区的应变和应力是不均匀的,靠近外边缘处受压较大,靠近中和和应力是不均匀的,靠近外边缘处受压较大,靠近中和轴处受压较小。当外边缘纤维发生微裂缝时,由于内部轴处受压较小。当外边缘纤维发生微裂缝时,由于内部受力较小部分的约束作用,还不会立即引起破坏。因此,受力较小部分的约束作用,还不会立即引起破坏。因此,必须施加较棱柱体强度为高的应力,才能使微裂缝向内必须施加较棱柱体强度为高的应力,才能使微裂缝向内发展,
24、从而使混凝土被压碎。发展,从而使混凝土被压碎。规规范范规规定定,弯弯曲曲抗抗压压强强度度与与轴轴心心抗抗压压强强度度之之间的关系为:间的关系为:f f弯弯=1.1f=1.1f心心。第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五34 混凝土的复合受力强度混凝土的复合受力强度在在平平面面应应力力状状态态下下,当当两两方方向向应应力力均均为为压压应应力力时时,抗抗压压强强度度相相互互提提高高,最最大大可可增增加加2727,而而当当一一方方向向为压应力,另一方向为拉应力时,强度相互降低。为压应力,另一方向为拉应力时,强度相互降低。特点:特点:当当压压应应力力不不太太高高时时,其其存存在在可可提提高高混混
25、凝凝土土的的抗抗剪剪强强度度,拉拉应应力力的的存存在在会会降降低低混混凝凝土土的的抗抗剪剪强强度度。剪剪应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度。应力的存在降低混凝土的抗压和抗拉强度。侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度。侧向压应力的存在可提高混凝土的抗压强度。侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。第一章 材料的力学性能2024/8/9 周五35双向应力状态双向应力状态(第第一一象象限限)双双向向受受压压区区:其其强强度度均均比比单单向向受受压压高高,最最大大双双向向受受压压强强度度比比单单向向受受压压强强度度高约高约27%27%;(第三象限)双向受拉区:(第
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