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1、第一篇 钢筋混凝土结构,第一章 钢筋混凝土结构的基本概 念及材料的物理力学性能,一、配筋的作用,受竖向力作用的混凝土梁,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,图11 素混凝土梁和钢筋混凝土梁 a) 素混凝土梁的断裂 b) 钢筋混凝土梁的开裂,例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土为C20。,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,荷载试验结果如下：,a) 素砼梁 极限荷载 F=8kN 由砼抗拉强度控制 破坏形态：脆性破坏,b) 钢筋砼梁 极限荷载 F=36kN 钢筋受拉、砼受压而破坏 破坏形态：延性破坏,由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：,材料强度得到充分利用 大
2、大提高结构的承载力 结构的受力性能得到改善,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,受竖向力作用的混凝土柱,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,钢筋与混凝土合理的组合原则：,发挥混凝土抗压强度高，避免抗拉强度低的弱点。,钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的任意组合。,发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；,简支梁,P,P,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,简支梁,1.混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传 递应力。,2.二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。,钢筋： st = 1.2 105,砼： ct = 1.0 1.5 1
3、05,3.呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。,二、钢筋与混凝土长期共同工作的条件,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,1. 就地取材，节约钢筋；,2. 耐久性好，耐火性好；,3. 可模性好；,4. 现浇或装配整体式结构的整体性 好，刚度大。,1. 自重大 g=25kN/m3,2. 抗裂性差,施加预应力,优点：,缺点：,三、钢筋混凝土结构的特点,1-1 钢筋混凝土结构的基本概念,1.立方体抗压强度,1)立方体抗压强度,影响因素：,1-2混凝土的物理力学性能,混凝土的立方体抗压强度是指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件,在28d后用标准试验方法测得的抗压强
4、度 。 试件尺寸：150mm150mm150mm(标准制作) 养护环境：（202）、 相对湿度95% 龄期： 28天 试验方法：不涂油脂,一、混凝土的强度,1-2混凝土的物理力学性能,1-2混凝土的物理力学性能,2)影响抗压强度的因素,影响因素：,1-2混凝土的物理力学性能,试验方法 “套箍效应” 试件尺寸 尺寸越大，实测强度越低。 “尺寸效应” 加载速度 加载速度越快，强度越高。,1-2混凝土的物理力学性能,2. 砼轴心抗压强度（棱柱体抗压强度） 1）砼轴心抗压强度 按照与立方体试件相同条件下制作、养 护和试 验方法测得的抗压强度。 2）采用棱柱体抗压强度意义 3）试件尺寸 150mm150
5、mm300mm,1-2混凝土的物理力学性能,1-2混凝土的物理力学性能,3. 砼轴心抗拉强度,1-2混凝土的物理力学性能,1）轴心抗拉强度,混凝土试件在轴心拉伸下测得的抗拉强度。,2）试验方法, 直接测试法（轴心受拉试验）, 间接测试法（劈裂试验）,1-2混凝土的物理力学性能,直接测试法（轴心受拉试验）,轴心受拉试验试件尺寸,图15 混凝土抗拉强度试验试件（尺寸单位：mm）,1-2混凝土的物理力学性能,轴心受拉试验,图 混凝土直接受拉试验,间接测试法（劈裂试验）,1-2混凝土的物理力学性能,试件：立方体或圆柱体,图1-6 劈裂试验,1-2混凝土的物理力学性能,a)用圆柱体进行劈裂试验 b)用立
6、方体进行劈裂试验 c)劈裂面中水平应力分布,1-2混凝土的物理力学性能,劈裂抗拉强度 轴心抗拉强度,换算,4. 复合应力状态下砼强度,1-2混凝土的物理力学性能, 双向受拉，接近单轴抗拉 强度；,1）双向应力状态, 一拉一压，加速了混凝土 内 部微裂缝的发展 ，抗 拉、抗压强度均降低。, 双向受压，混凝土的侧向 变形受到约束，强度提高,4. 复合应力状态下砼强度,1-2混凝土的物理力学性能,试件侧向变形受到限制，其内部微裂缝的产生和发展受到阻碍，当侧压力增大时，轴向抗压强度也相应增大。,工程应用：约束混凝土,钢管砼,密配螺旋箍筋柱,2）三向受压应力状态,三向受压时混凝土的应力应变曲线,试件纵向
7、受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使核心混凝土处于三向受压状态，内部微裂缝的发展受到抑制，从而提高了试件的纵向强度和延性，特别是延性大为提高。,混凝土圆柱体三向受压时轴向应力应变曲线,1-2混凝土的物理力学性能,4. 复合应力状态下砼强度 3）剪压或剪拉复合应力状态,1-2混凝土的物理力学性能, 随着拉应力的增大 ，混凝土的抗剪强度降低。 随着压应力的增大 ，混凝土的抗剪强度逐渐增大； 当压应力超过某一数值后，抗剪强度随压应力增大而减小。,1-2混凝土的物理力学性能,二、混凝土的变形,混凝土的变形,受力变形,非受力变形 （体积变形）,一次短期荷载下的变形,荷载长期作用下的变形,重复荷载下的变形
8、,收缩变形,温度变化引起的变形,1-2混凝土的物理力学性能,1.一次短期加载下混凝土的变形 1）混凝土的,当0.3时， 关系接近于直线； 当=(0.30.8)时， 关系偏离直线； 当=(0.81.0)时，内部微裂缝进入非稳定发展阶段。,峰值应变,极限压应变,峰值应力,1-2混凝土的物理力学性能,1-2混凝土的物理力学性能,2）影响 曲线的主要因素, 砼强度 应变速率 测试技术和试验条件,1-2混凝土的物理力学性能,3）砼的弹性模量、变形模量,原点弹性模量 ：过原点切线的斜率。,切线模量 ：过某一点切线的斜率。,割线模量 ：某一点与原点连线的斜率。,1-2混凝土的物理力学性能,3）砼的弹性模量、
9、变形模量,原点弹性模量 ：过原点切线的斜率。,切线模量 ：过某一点切线的斜率。,割线模量 ：某一点与原点连线的斜率。,混凝土的变形模量,1-2混凝土的物理力学性能,3）砼的弹性模量、变形模量,1-2混凝土的物理力学性能,3）砼的弹性模量、变形模量,弹性模量测定方法,1-2混凝土的物理力学性能,3）砼的弹性模量、变形模量,剪切模量,1-2混凝土的物理力学性能,1. 混凝土的徐变,定义：,徐变的特点：,2. 混凝土在长期荷载作用下的变形,在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而徐徐增长 的现象。,开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳 定。,1-2混凝土的物理力学性能,徐变的原因：,影响徐变的因素：
10、,水泥凝胶体的黏性流动，细微空隙逐渐闭合。 混凝土中内部微裂缝的发展。,压应力的大小； 加载时砼的龄期； 砼的组成成分和配合比； 混凝土的制作、养护及使用环境； 构件的尺寸、体表比。,1-2混凝土的物理力学性能,徐变,线性徐变,非线性徐变,c0.5 fc,c(0.50.8) fc,c0.8 fc,变形不收敛,1-2混凝土的物理力学性能,徐变对砼结构的影响：, 使受弯构件和偏压构件的变形加大 ；, 使钢筋混凝土构件截面产生应力重分布；, 使预应力混凝土构件产生预应力损失 。,1-2混凝土的物理力学性能,收缩：混凝土在空气中结硬体积减小的现象。,3. 混凝土收缩变形,收缩特点：发展速度先快后慢。,
11、1-2混凝土的物理力学性能,收缩的性质,自由收缩,约束收缩,来自内部的钢筋约束,来自外部约束,收缩对结构的影响： 自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂； 约束收缩产生收缩应力甚至开裂。,影响收缩的主要因素,1） 有明显屈服点钢筋的,a 比例极限,c 屈服强度,oa 弹性阶段,d 极限强度,bf 屈服阶段,fd 强化阶段,de 破坏阶段,e 极限应变,1-3钢筋,一、钢筋的强度和变形,1. 钢筋的应力应变()曲线,普通热轧钢筋机械性能的规定 表1-1,1-3钢筋,2）无明显屈服点钢筋的,b 极限抗拉强度,e 极限应变,条件屈服强度：,取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度限值
12、，通常称为条件屈服强度,1-3钢筋,1-3钢筋,s=0.85b,2. 钢筋的塑性性能,（1）伸长率：,（2）冷弯性能：,延伸率越大，钢筋的塑性性能越好。,弯心直径越小，弯过的角度越大，冷弯性能越好，钢筋的塑性性能越好。,1-3钢筋,1-3钢筋,1-3钢筋,1-3钢筋,1-3钢筋,1-3钢筋,1-3钢筋,1. 成分,二、钢筋的成分、级别、品种,碳素钢,普通低合金钢,1-3钢筋,2. 种类,按钢筋外形分,二、钢筋的成分、级别、品种,光圆钢筋,带肋钢筋,人字形钢筋,月牙钢筋,螺旋钢筋,1-3钢筋,2. 种类,按生产工艺及加工条件,二、钢筋的成分、级别、品种,冷拉钢筋,热处理钢筋,热轧钢筋,冷拔钢筋,
13、光圆钢筋,带肋钢筋,1-3钢筋,二、钢筋的成分、级别、品种,冷拉,无时效,经时效,温度的影响：温度达700C时恢复到 冷拉前的状态，先焊 后拉,特性：只提高抗拉强度，塑性下降,冷拔,特性：强度提高，塑性下降,1-3钢筋,3. 等级,二、钢筋的成分、级别、品种,1-3钢筋,热轧钢筋的符号说明,（HPB）R235,生产工艺： hot rolled,表面形状：plain,钢筋：bar,屈服强度,1-3钢筋,热轧钢筋的符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,（RRB）KL400,remained heat treatment,ribbed,bar,HRB400,1-3钢筋,
14、（1）强度要高,1-3钢筋,1-3钢筋,三、混凝土结构对钢筋性能的要求,（2）塑性好,（4）与混凝土有良好的粘结,避免发生脆性破坏。,（3）可焊性好,要求钢筋具备良好的焊接性能。,1-4 钢筋与砼的粘结,1. 粘结力（握裹力）,钢筋与混凝土表面的化学胶粘力； 钢筋与混凝土接触面的摩擦力 ； 钢筋与混凝土表面凹凸不平的机械咬合力 。,钢筋与混凝土接 触面上产生的沿钢筋 纵向的剪应力 。,1-4 钢筋与砼的粘结,1）粘结应力,粘结强度：粘结失效时的最大（平均）粘结应力。,1-4 钢筋与砼的粘结,2）粘结强度,拔出试验,确定锚固长度原则：,1-4 钢筋与砼的粘结,2. 钢筋锚固长度,使钢筋拉到屈服时，钢筋和混凝土之间的粘结力未破坏。,（最小锚固长度）,1-4 钢筋与砼的粘结,2. 钢筋锚固长度,（1）光圆钢筋的粘结破坏,1-4 钢筋与砼的粘结,3. 粘结破坏机理,劈裂破坏,剪切破坏,（2） 变形钢筋的粘结破坏,剪切破坏,4. 影响粘结强度的因素 砼的强度 钢筋的布置形式 钢筋净距 砼的保护层厚度 钢筋的表面形状,1-4 钢筋与砼的粘结,
