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1、第4章 混凝土结构 材料的性能,4.1 混凝土的力学性能 4.2 混凝土的性能指标取值 4.3 钢筋的种类及其性能 4.4 钢筋的性能指标取值 4.5 混凝土结构对材料的要求 4.6 钢筋与混凝土的黏结,2019/10/18,3,4.1 混凝土的力学性能,一、混凝土的强度等级 立方抗压 标准试样150mm 150mm 150mm 标准养护28d 端面不加润滑剂,4.1.1 混凝土的强度试验,压坏试样，取具有95%保证率的抗压强度作为立方抗压强度标准值 fcu,k。,2019/10/18,4,混凝土的强度等级 划分依据：立方抗压强度标准值 强度等级 普通混凝土：C15 C20 C25 C30 C
2、35 C40 C45 C50 高强度混凝土：C55 C60 C65 C70 C75 C80,工程实践中，已超过C100,国外已经配制出C200以上的混凝土,C20：fcu,k=20N/mm2,C35：fcu,k=35N/mm2,2019/10/18,5,二、混凝土棱柱体抗压强度试验 棱柱体 实际受压不是立方体而是棱柱体 尺寸：过高，弯曲影响 过低，端面摩擦影响 150mm150mm300mm 抗压强度 轴心抗压强度fc 与强度等级有关,2019/10/18,6,三、混凝土轴心抗拉强度试验 直接拉伸试验 在预埋钢筋上施加拉力 拉断时截面上的平均应力作为混凝土的轴心抗拉强度ft 缺陷：拉力偏心对结
3、果影响大,断裂面,2019/10/18,7,劈裂拉伸试验 依据：压力作用下，中部垂直截面上存在 水平拉应力 拉应力达到混凝土的抗拉强度时， 沿垂直截面劈裂拉断 计算公式（弹性力学结果）,2019/10/18,8,四、混凝土复合受力时的强度 二向应力状态 主应力表示的二向应力状态,二向受压，一向强度随另一向压应力的增加而增加。,二向受拉，抗拉强度接近于单向抗拉强度,一向受拉、一向受压，混凝土的强度低于单向受力时的强度,2019/10/18,9,正应力和剪应力表示的二向应力状态,混凝土的抗压强度和抗拉强度由于剪应力的存在而下降。,混凝土的抗剪强度由于拉应力的存在而下降。,混凝土的抗剪强度随压应力增
4、加增加或降低,抗剪强度随压应力的增大而增大,抗剪强度随压应力的增大而减小,2019/10/18,10,三向应力状态 强度更加复杂 约束 混凝土：三向受压（侧压力相等）,从试验曲线可知：轴心抗压强度fcc随侧压力的增加而增加,侧向应力系数，4.57.0,由钢管或间接钢筋实现约束,2019/10/18,11,4.1.2 混凝土的变形性能,荷载引起的变形,短期变形,长期变形,徐变,非荷载引起的变形,收缩变形,温度变形,地基沉降不均匀引起的变形,构造措施,施工措施,计算,2019/10/18,12,一、荷载产生的短期变形 应力应变关系 线弹性阶段OA：比例极限 裂缝稳定扩展阶段AB 裂缝不稳定扩展阶段
5、BC：峰值应力fc 峰值应变0 下降段CDEF：拐点应变=极限压应变cu,2019/10/18,13,混凝土的模量 切线模量 割线模量,弹性模量Ec=原点切线模量,变形模量Ec=割线模量,=e/ c为混凝土弹性应变和总压应变之比，称为混凝土的弹性系数。,2019/10/18,14,二、荷载产生的长期变形 徐变现象 变形随时间的增长而增长 开始变形增加较快，而后放缓 徐变最后趋于稳定,徐变是材料黏弹性、黏塑性的表现,若应变不变，则应力随时间减小=松弛,2019/10/18,15,影响徐变的主要因素 应力水平：应力越大，徐变越大；c0.5fc 时将引起非线性徐变（不收敛） 混凝土龄期：施加荷载时龄
6、期越小，徐变 越大； 材料配合比：水泥用量越多，徐变越大 水灰比越大，徐变越大 骨料强度越高，徐变越小 温度、湿度：养护温度高、湿度大，徐变小 工作温度越高、湿度越低，徐 变越大,2019/10/18,16,徐变对结构的影响 使受弯构件挠度增大 使柱的附加偏心距增大 使预应力混凝土的预应力损失 使截面上的应力重分布,徐变对结构（构件）产生负面影响,2019/10/18,17,三、非荷载变形 温度变形 温度上升，体积膨胀，产生拉应变 温度下降，体积缩小，产生压应变 收缩变形 在水中结硬，体积增大膨胀；在空气中结硬，体积缩小收缩 收缩变形：凝缩变形水泥胶凝体本身的收缩，干缩变形自由水分蒸发引起的收
7、缩,2019/10/18,18,影响收缩变形的因素 水泥用量愈多、水灰比愈大，收缩愈大 高标号水泥，收缩量大 养护条件好，收缩量小 骨料弹性模量大，收缩量小 振捣密实，收缩量小 使用环境湿度大，收缩量小 构件体积与表面积之比大，收缩量小 收缩对结构的影响 产生裂缝 预应力损失,2019/10/18,19,4.2 混凝土的性能指标取值,4.2.1 混凝土的强度标准值,一、混凝土轴心抗压强度标准值,立方抗压强度标准值,C40以上混凝土脆性折减系数：C40取c2=1.0，C80取c2=0.87，中间按线性规律变化,棱柱强度与立方强度之比，C50及以下取c1= 0.76，C80取c1=0. 82，中间
8、按线性规律变化,结果修约到0.1,修正系数：结构与试件有差异,2019/10/18,20,例题4-1 求C20混凝土的抗压强度标准值。 解,N/mm2,见附表1,2019/10/18,21,二、混凝土轴心抗拉强度标准值,结果修约到0.01,混凝土立方强度变异系数,公式拟合系数,表4-1,2019/10/18,22,例题4-2 求C35混凝土的抗拉强度标准值。 解,N/mm2,见附表1,2019/10/18,23,4.2.2 混凝土的强度设计值,强度设计值为强度标准值，除以材料分项系数c。按可靠指标要求，混凝土的材料分项系数取1.40,承载力极限状态计算使用材料强度设计值,正常使用极限状态计算使
9、用材料强度标准值,2019/10/18,24,例题4-3 求C40混凝土的抗压、抗拉强度设计值。 解,N/mm2,见附表2,查附表1，强度标准值,N/mm2,N/mm2,N/mm2,2019/10/18,25,4.2.3 混凝土的弹性模量,混凝土的弹性模量测定方法,N/mm2,计算结果修约到 0.05104 N/mm2,实际应用时混凝土的弹性模量由混凝土的强度等级（立方抗压强度标准值）按公式计算，而不实际测定。,2019/10/18,26,例题4-4 求C60混凝土的弹性模量。 解,N/mm2,修约结果为Ec=3.60104 N/mm2,见附表3,2019/10/18,27,4.3 钢筋的种类
10、及其性能,普通钢筋,预应力钢筋,光圆钢筋,带肋钢筋,圆钢,螺纹钢,钢 筋6mm,钢 丝6mm,钢筋=加固混凝土所用的钢条,直条,盘条,=变形钢筋,2019/10/18,28,国外的变形钢筋,将钢筋的截面面积换算为一个圆的面积,换算圆的直径=钢筋的公称直径,光圆钢筋的公称直径=钢筋直径,带肋钢筋的公称直径大于基圆直径（内径）di，外接圆直径（外径）de,表4-2 带肋钢筋公称直径d与内径di、横肋高h和外径de 之间的对应关系 (mm),2019/10/18,29,4.3.1 钢筋的种类,一、普通钢筋 钢筋混凝土结构中的钢筋 预应力混凝土结构中的非预应力钢筋 普通热轧钢筋 HPB300 热轧光圆
11、钢筋 HRB335 热轧带肋钢筋 HRB400 热轧带肋钢筋 HRB500 热轧带肋钢筋,2019/10/18,30,细晶粒热轧钢筋 HRBF335 细晶粒热轧带肋钢筋 HRBF400 细晶粒热轧带肋钢筋 HRBF500 细晶粒热轧带肋钢筋 积累的经验有限，一般用于承受静力荷载的构件 余热处理钢筋 RRB400 余热处理带肋钢筋 可焊性、机械连接性能、施工适应性降低，应用受到限制。不宜应用于承受疲劳荷载的构件。,2019/10/18,31,二、预应力筋 钢绞线 多根高强度钢丝扭结而成并经消除应力（低温回火）后的盘卷状钢丝束。 三股钢绞线 七股钢绞线 钢丝 中强度预应力钢丝 消除应力钢丝 预应力
12、螺纹钢筋,光面,螺旋肋,光面,螺旋肋,2019/10/18,32,4.3.2 钢筋的力学性能,一、材料强度 热轧钢筋,比例极限fp,弹性极限fe,屈服极限fy,屈服点fy,强度极限fu,屈强比 fy/fu 强度储备的标志,2019/10/18,33,预应力筋 中强度预应力钢丝、预应力螺纹钢筋，有屈服现象，可测定屈服极限fy ； 消除应力钢丝、钢绞线没有明显屈服，将残余伸长率为0.2%所对应的应力定义为名义屈服点，用表f0.2表示。 名义屈服极限测定困难，规范为统一起见，取极限抗拉强度的0.85倍,2019/10/18,34,最大力下的总伸长率gt,gt,拉断前达到最大力时的均匀应变 = 均匀伸
13、长率,钢筋的延性指标,二、材料的伸长率 最大拉力下的总伸长率,2019/10/18,35,延伸率或断后伸长率, 5%，塑性材料, 5%，脆性材料,三、钢筋的冷弯性能 冷弯试验 弯180后，放大镜检查钢筋表面 无裂纹、分层现象，冷弯合格 检验塑性应变能力和钢筋质量的综合指标,2019/10/18,36,4.4 钢筋的性能指标取值,热轧钢筋,HPB300：fyk=300N/mm2,HRB335：fyk=335N/mm2,HRB400：fyk=400N/mm2,RRB400：fyk=400N/mm2,屈服强度标准值 fyk，=钢筋级别后面的数字：,预应力筋,屈服强度标准值fpyk 抗拉强度标准值fp
14、tk,附表5,附表4,HRB500：fyk=500N/mm2,4.4.1 钢筋强度标准值,2019/10/18,37,普通钢筋强度设计值 400MPa及以下材料分项系数s=1.10，抗拉强度与抗压强度取值相同 对于500MPa级钢筋，取s=1.15 ，抗压强度特殊取值,计算结果修约到10 N/mm2,400MPa及以下钢筋,500MPa钢筋,计算结果修约到5 N/mm2,4.4.2 钢筋强度设计值,2019/10/18,38,HPB300:,N/mm2,修约结果为270N/mm2,HRB335:,N/mm2,修约结果为300N/mm2,HRB400、RRB400:,N/mm2,修约结果为360
15、N/mm2,见 附 表 6,并取: fy=410N/mm2,HRB500:,修约结果为435N/mm2,N/mm2,2019/10/18,39,预应力筋强度设计值 预应力筋的抗拉强度设计值 材料分项系数取s=1.20 条件屈服强度取极限抗拉强度的0.85倍 对于有屈服的预应力筋,计算结果修约到10N/mm2,对于中强度预应力钢丝和预应力螺纹钢筋，还考虑到工程经验，对抗拉强度设计值进行了适当调整。,对于无明显屈服的预应力筋,2019/10/18,40,预应力筋的抗压强度设计值 钢材的抗拉能力和抗压能力相同 预应力筋的抗拉强度很高 混凝土达到最大压应力时，高强度筋应力达不到屈服或条件屈服 以混凝土
16、峰值应变0.002作为预应力筋抗压强度的限制条件,钢筋的弹性模量，见附表8,预应力筋的强度设计值见附表7,不宜用高强度钢筋受压,2019/10/18,41,一、代换原则 等强度代换 构件受承载力控制时（纵向受力钢筋） 强度相等进行代换（承受的拉力或压力相等） 等面积代换 构件按最小配筋率配筋或按构造要求配筋时 按钢筋面积相等进行代换 附加要求 裂缝宽度、挠度验算 满足构造要求,4.4.3 工地上钢筋代换,2019/10/18,42,二、钢筋代换方法 受力钢筋代换基本公式 受拉钢筋：拉力相等,钢筋强度等级相同，不同直径的钢筋代换,直径相同、强度等级不同的钢筋代换,2019/10/18,43,受压钢筋代换：压力相等,构造钢筋代换 面积相等,2019/10/18,44,例题4-5 6 根 10 代换成 6 的钢筋应为（ ）。 A. 10 6 B. 1
