建筑结构--第四章01

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1、,1 钢筋混凝土的力学性能 2 钢筋混凝土受弯构件 3 钢筋混凝土受压构件 4 预应力混凝土结构的基础知识 5 钢筋混凝土平面楼盖,第四章：钢筋混凝土结构 Reinforced Concrete Structure,混凝土结构,不配置任何 钢材,圆钢筋作为 配筋,钢骨架作为 配筋,将混凝土 浇捣于 钢管内,受拉部位人 为预先施加 压应力,钢筋砼,型钢砼,钢管砼,预应力砼,素砼,混凝土结构,钢材的品种,钢材按化学成分不同分为碳素钢和合金钢。,热轧钢筋种类,热轧钢筋的应力应变曲线,有明显屈服阶段的应力-应变曲线,颈缩图,弹性阶段,屈服阶段,强化阶段,颈缩阶段,屈强比：屈服强度与极限抗拉强度的比值。

2、一般在0.6-0.75之间。,热轧钢筋的理想应力应变曲线,在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点简化： A.忽略比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性应变，假设钢筋应力不大于屈服点时一直处于理想弹性阶段； B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力，应变则处于流幅以内。,fy为钢筋抗拉强度设计值,钢筋伸长率,断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标，伸长率越大，钢材塑性越好。,式中 l钢筋试件的应变量测标距； 试件产生残留伸长后的标距。,应变量测标距一般取5倍或10倍试件直径，亦可取100mm。,冷弯试验

3、,冷弯性能是指在常温条件下，材料承受弯曲变形的能力。由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180，如试件外表面不出现裂纹、分层、断裂，即为合格。,中、高强钢丝和钢绞线,钢丝直径为410 mm，捻制成钢绞线后也不超过15.2 mm。钢丝外形有光面、刻痕、月牙肋及螺旋肋几种，而钢绞线则为绳状，由2股、3股或7股钢丝捻制而成。刻痕钢丝、螺旋肋钢丝和绳状钢绞线的形状如图所示。,中、高强钢丝和钢绞线,中、高强钢丝和钢绞线均无明显的屈服点和屈服台阶，抗拉强度很高，伸长率很小，用作预应力混凝土结构的钢筋。,0.2%, 0.2, 0.2无明显屈服钢筋的条件屈服点。对应于残余

4、应变为0.2%的应力。,冷加工钢筋,具有屈服点，其他皆无。,o,冷拉控制应力,冷拉率,o,B,K,K,D,D,冷拉无时效,冷拉经时效,第一次加载,冷拉钢筋,冷拔钢筋,冷拔低碳钢丝为光圆钢丝，直径为3 mm，4 mm，5 mm，强度为550 ，650和750MPa三种。其中，550 MPa冷拔低碳钢丝用作非预应力钢筋，其余用作预应力钢筋。,冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。,冷轧带肋钢筋的直径从412mm，按0.5mm变化；其抗拉强度分别为550MPa

5、，650MPa，800MPa，970MPa和 1170MPa几种。其中，550MPa的冷轧带肋钢筋用作非预应力钢筋，其余的用作预应力钢筋。,冷轧扭钢筋,冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋HPB 235为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状的冷强化钢筋。其规格按原材料直径中 6.5，8，10和12分别有r6.5，r8，r10和r12，抗拉强度标准值为600 Nmm2 。,钢筋的选用原则,1. 钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜优先采用HRB400级和HRB335级钢筋。除此之外，也可以采用HPB235级和RRB400级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔

6、、冷轧和冷轧扭钢筋。,2.预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强钢丝，也可以采用热处理钢筋。除此之外，还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。,热轧钢筋都可以用作钢筋砼结构中的钢筋和预应力砼中的非预应力钢筋。,混凝土强度,混凝土抗压强度是混凝土力学性能中最重要的指标，是混凝土强度分级的标准，也是施工中控制混凝土质量的重要依据。,立方体抗压,棱柱体抗压,立方体抗压强度fcu,k,混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定。,立方体抗压强度标准值指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在 203的温度和相对湿度在 90以上的潮湿空气中养护28d，用标准试验方法测得的具

7、有95保证率的抗压强度(以Nmm2计)作为混凝土的强度等级，并用符号fcu,k表示。Fcu,k与平均值f和标准差f的关系为,边长100mm和200mm的试件分别乘以0.95和1.05的系数。,立方体抗压强度fcu,k,混凝土强度等级一般可划分为：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土地后的数字即为混凝土立方体抗压强度的标准值，其单位为Nmm2。 试验方法对混凝土的fcu,k值有较大影响。试件承压接触面上可不涂润滑剂和涂润滑剂。标准试验方法不加润滑剂。,轴心抗压强度fck,由于实际结构和构件往往不是立方体，而是

8、棱柱体，所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试验研究表明，当棱柱体试件的高宽比大于3时，其抗压强度接近稳定。,轴心抗压强度是采用150mml50mm 300mm的棱柱体作为标准试件，按照标准试验方法测得的强度，用fck。一般用此值代表混凝土的均匀、单轴抗压强度。,混凝土抗拉强度ftk,混凝土的抗拉强ftk比抗压强度低得多。一般只有抗压强度的510，fcu越大，ft/fcu值越小。,混凝土抗拉强度试验方法主要有： 直接拉伸试验、劈裂试验和弯曲抗折试验。,试件破裂线,F破坏荷载； d 圆柱直径或立方体边长。 l 圆柱体长度或立方体边长。,抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准

9、值fcu,k之间的折算关系为,(4-6),式中，系数0.88和2的意义同式(4-4)。 混凝土抗压强度设计值fc和抗拉强度设计值ft与其对应的标准值的关系为,(4-7),(4-8),式中c混凝土的材料分项系数，取c=1.40。,混凝土抗拉强度ftk,混凝土强度指标,混凝土强度也有标准值和设计值之分，混凝土强度的标准值具有95%的保证率，若将其除以材料分项系数c（c=1.4），即得混凝土强度设计值，混凝土强度标准值和设计值分别按附表4-7；4-8；P392-393采用。 混凝土在复合应力作用下的强度 1、混凝土的双向受力强度 双向受压比单向受压强度有所提高。20%,混凝土强度指标,一向受压、一向

10、受拉或双向受拉，混凝土的强度均低于单向受拉强度。 2、混凝土的三向受压强度 混凝土三向受压时，各个方向的强度都有所提高。工程：箍筋、钢管混凝土柱等。,混凝土的变形,混凝土的变形可分为两类：一类是受力引起的变形；另一类是收缩和温度变化引起的变形。 （1）混凝土的受力变形 混凝土单向受压时的应力应变曲线 混凝土单轴受压应力-应变关系曲线，常采用棱柱体试件来测定。 在普通试验机上采用等应力速度加载，达到轴心抗压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所,混凝土的变形,能吸收的应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变曲线的上升段。 采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件一

11、同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应变曲线的下降段。,混凝土的变形,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。峰值应力fc所对应的应变0约为0.002左右，应力小于0.3fc时混凝土处于弹性阶段，混凝土内部几乎没有裂缝，0.30.8 fc之间，混凝土内部裂缝发展，但能保持稳定，大于0.8 fc混凝土内部裂缝发展很快，塑性变形显著增大，体积应变逐渐由压缩转为扩张。,混凝土受压应力应变曲线,混凝土的变形,弹性模量, 混凝土的弹性模量和变形模量 弹性模量：通过应力

12、应变曲线原点的切线斜率，用Ec表示，也叫原点模量。 变形模量：在应力应变曲线上取一点，将该点与原点相连得到的直线的斜率，用Ec来表示，也叫割线模量。,弹性模量测定方法,混凝土弹性模量见附表4-9，P393,混凝土徐变,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，徐变与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样

13、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。,混凝土徐变,在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变，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。,影响徐变得因素,内在因素是混凝土的组成和配比。骨料的刚度（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。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，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

14、度越小，徐变就越大。,影响徐变得因素,应力条件 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，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，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。,影响徐变得因素,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

15、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。,混凝土的收缩变形,混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土影响不大。 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。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。,混凝土的收缩变形,楼板干燥收缩裂缝与边框架

16、的变形,混凝土的收缩变形,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,混凝土的收缩变形, 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。,钢筋与混凝土之间的粘结与锚固,1.钢筋与混凝土的粘结作用