建筑结构--第四章01讲解

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1、1 1 钢筋混凝土的力学性能钢筋混凝土的力学性能 2 2 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件 3 3 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土受压构件 4 4 预应力混凝土预应力混凝土结构的基础知识结构的基础知识 5 5 钢筋混凝土钢筋混凝土平面楼盖平面楼盖 第四章：钢筋混凝土结构第四章：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 承载力低 、呈脆性 ，用于受 压为主的 结构 钢筋的抗 拉强度和 混凝土的

2、抗压强度 得到利用 承载力大 、抗震性 好，耗钢 量多 构件连接 复杂、维 护费用多 ，承载力 高。 提高构件抗 裂性能，工 序多，技术 要求高，费 用高 钢材的品种 钢材按化学成分不同分为碳素钢和合金钢。 含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%含碳量含碳量0.25%0.60%0.25%0.60%含碳量大于含碳量大于0.60%0.60% 低碳钢 中碳钢高碳钢 碳素钢碳素钢 合金小于合金小于5.0%5.0%合金合金5.0%10%5.0%10%合金大于合金大于10%10% 低合金钢 中合金钢高合金钢 合金钢合金钢 热轧钢筋热轧钢筋中高强钢丝和钢绞线中高强钢丝和钢绞线冷加工钢筋冷加工钢筋 建筑钢筋

3、建筑钢筋 热轧钢筋种类 热轧光面钢筋 余热处理钢筋 热轧变形钢筋 热轧变形钢筋 光面螺旋纹人字纹月牙纹 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 弹性阶段弹性阶段 屈服屈服阶段阶段 强化强化阶段阶段 颈缩颈缩阶段阶段 屈强比：屈服强度与极限抗拉强度的比值。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

4、 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 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

5、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 (N/mm2) o 0.2无明显屈服钢 筋的条件屈服点。对 应于残余应变为 0.2%的应力。 冷加工钢筋 冷加工钢筋冷加工钢筋 常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行 加工得到的钢筋。 冷轧 冷轧扭 加工 工艺 冷拔 冷拉 提高钢筋强度 节约钢材 具有屈服点，其他皆无 。 o 冷拉控制应力 冷拉率 残余 变形 o B K K D D 冷拉无时效 冷拉

6、经时效 第一次加载 冷拉钢筋 冷拔钢筋 d1 d2 P d2 d1 提高抗压强度 和抗拉强度 但塑性下降 冷拔 将钢筋用强力 拔过比其直径 小的硬质合金 拔丝模。 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

7、550MPa， 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

8、级热轧钢筋以及强 度级别较低的冷拔、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 。 立方体抗压立方体抗压棱柱体抗压棱柱体抗压 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

9、相对湿度在 90以上的潮湿空气中养护28d，用标准 试验方法测得的具有95保证率的抗压强度(以N mm2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

10、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。 劈裂试验 F a F

11、 拉 压 压 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；P

12、392-393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

13、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

14、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 不涂润滑剂 涂润滑剂 图：混凝土破坏机理 fc 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 /fc比 值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于 高强混凝土承受较高的应力值，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

15、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