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1、第一章混凝土结构用材料的性能 混凝土结构设计原理 湖南城市学院土木工程学院混凝土结构设计原理课程组 1 混凝土结构用材料的性能 教学内容 1 钢筋的主要力学性能2 混凝土的主要力学性能3 钢筋与混凝土的粘结教学重点 1 一次短期受压的混凝土的应力应变曲线及其说明2 软钢的应力应变曲线及其说明3 钢筋的强度和变形指标 2 一 钢筋的强度和变形1 钢筋的成分 级别和品种 按化学成分 碳素钢 铁 碳 硅 锰 硫 磷等元素 低碳钢 含碳量 0 25 中碳钢 含碳量0 25 0 6 高碳钢 含碳量0 6 1 4 普通低合金钢 另加硅 锰 钛 钒 铬等 硅系 硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系 3 一 钢筋的强度和
2、变形1 钢筋的成分 级别和品种 按加工 4 一 钢筋的强度和变形1 钢筋的成分 级别和品种 按加工 5 一 钢筋的强度和变形1 钢筋的成分 级别和品种 按表面形状 光圆钢筋变形钢筋 钢筋的应用范围 非预应力钢筋 HPB235 HRB335 HRB400 RRB400 预应力钢筋 碳素钢丝 刻痕钢丝 钢绞线 热处理钢筋 冷拉钢筋 6 一 钢筋的强度和变形 2 钢筋的应力 应变曲线 上屈服点不稳定 下屈服点 出现颈缩 拉断 BC段为屈服平台CD段为强化段 硬钢 有明显流幅的钢筋 软钢 无明显流幅的钢筋 钢筋受压和受拉时的应力 应变曲线几乎相同 7 一 钢筋的强度和变形2 钢筋的应力 应变曲线 强度
3、指标 硬钢 屈服强度 极限强度 软钢 极限强度 条件屈服强度或名义屈服强度残余应变为0 2 时所对应的应力作为条件屈服强度 8 一 钢筋的强度和变形2 钢筋的应力 应变曲线 变形指标 伸长率 钢筋拉断后的伸长与原长的比值 冷弯要求 将直径为d的钢筋绕直径为D 弯心直径 的钢辊弯成一定的角度 冷弯角度 而不发生断裂或钢筋表面无起层 裂纹 国内对应变量测标距规定取 相应的伸长率为 9 一 钢筋的强度和变形3 钢筋的冷加工和热处理 冷拉 无时效 经时效 K点的选择 应力控制和应变控制 温度的影响 温度达700 C时恢复到冷拉前的状态 先焊后拉 特性 只提高抗拉强度 不提高抗压强度 强度提高 塑性下降
4、 10 一 钢筋的强度和变形3 钢筋的冷加工和热处理 冷拔 经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅 冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度 11 一 钢筋的强度和变形3 钢筋的冷加工和热处理 热处理 对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理 强度提高 塑性降低 不降低强度的前提下 消除由淬火产生的内力 改善塑性和韧性 12 一 钢筋的强度和变形 6 混凝土结构对钢筋的要求 强度要求 屈服强度和极限强度 抗震设计时还要求有一定的屈强比 塑性要求 伸长率和冷弯要求 可焊性 与混凝土的粘结性 13 二 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 立方体抗压强度fcu 我国规范的方法 不涂润滑剂 14
5、 二 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 标准试块 150 150 150 非标准试块 100 100 100换算系数0 95200 200 200换算系数1 05 立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标 我国规范混凝土的强度等级有 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 Concrete 立方体抗压强度 立方体抗压强度fcu 15 二 混凝土的强度和变形1 单轴受力状态下混凝土的抗压强度 棱柱体抗压强度fc 标准试块 150 150 300 非标准试块 100 100 300换算系数0 95200 2
6、00 400换算系数1 05 考虑到承压板对试件的约束 立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度 且有 fc 0 76fcu 试验结果 考虑到构件和试件的区别 取fc 0 67fcu 对国外 美国 日本 欧洲混凝土协会等 采用的圆柱体试件 d 150 h 300 有fc 0 79fcu 圆柱体抗压强度 16 二 混凝土的强度和变形2 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度 直接受拉试验ft 试验结果 ft 0 26fcu2 3考虑到构件和试件的区别 尺寸效应 加荷速度等的影响 取ft 0 23fcu2 3 17 二 混凝土的强度和变形2 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度 劈裂试验fts 我国根据100mm立方体
7、的劈裂与抗压试验结果有 fts 0 19fcu3 4 18 二 混凝土的强度和变形2 复合受力状态下混凝土的抗拉强度 双轴应力下的强度 双向正应力下的强度曲线 法向应力和剪应力下的强度曲线 19 二 混凝土的强度和变形3 混凝土的疲劳强度 重复荷载下的应力 应变曲线 fcf的确定原则 100 100 300或150 150 450的棱柱体试块承受200万次 或以上 循环荷载时发生破坏的最大压应力值 20 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 单轴受压时的应力 应变关系 21 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 单轴受压时的应力 应变关系的数学模型 中国规范 22 二 混凝土的强度
8、和变形4 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量 原点切线模量 弹性模量 拉压相同 变形模量 割线模量 弹塑性模量 切线模量 受压时 为0 4 1 0 受拉破坏时 为1 0 23 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 混凝土的弹性模量的试验方法 150 150 300标准试件 5 10次 24 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 混凝土的泊松比和剪切模量 混凝土的泊松比 在压力较小时为0 15 0 18 接近破坏时可达0 5以上 一般可取0 2 混凝土的剪切模量为 25 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 长期荷载作用下混凝土的变形性能 徐变 c 0 5fc 线性徐变 c 0
9、 8fc 非线性徐变 原因之一 胶凝体的粘性流动 原因之二 混凝土内部微裂缝的不断发展 26 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 长期荷载作用下混凝土的变形性能 影响徐变的因素 应力 c0 8fc 造成混凝土破坏 不稳定 加荷时混凝土的龄期 越早 徐变越大 水泥用量越多 水灰比越大 徐变越大 骨料越硬 徐变越小 27 二 混凝土的强度和变形4 混凝土的变形性能 混凝土的收缩 结硬过程中混凝土体积缩小的性质 水泥品种 等级越高 收缩越大 水泥用量 水泥用量越多 水灰比越大 收缩越大 骨料 骨料越硬 收缩越小 养护条件 制作方法 使用环境 体积与表面积的比值等 28 三 粘结作用与粘结机理
10、 1 粘结机理 变形钢筋 粘附力 摩擦力 机械咬合力 主要作用 29 三 粘结作用与粘结机理2 粘结破坏形态 光圆钢筋 钢筋拔出 30 三 粘结作用与粘结机理4 粘结破坏形态 变形钢筋 31 三 粘结作用与粘结机理4 粘结破坏形态 变形钢筋 混凝土撕裂 混凝土局部挤碎 刮出式破坏 32 三 钢筋与混凝土间粘结强度 一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间的平均粘结强度 钢筋周长 埋置长度 拔出拉力 影响因素 混凝土强度 浇注位置 水平浇注 竖向浇注 钢筋的外形特征 保护层厚度和钢筋的净距 33 四 锚固 搭接长度 基本锚固长度 GB50010 锚固钢筋的外形系数 见教材表9 1 对不同的情况还要作修正
11、 34 作业 一 单选题1 与素混凝土梁相比 钢筋混凝上梁承载能力 A 相同 B 提高许多 C 有所提高 2 与素混凝土梁相比 钢筋混凝土梁抵抗开裂的能力 A 提高不多 B 提高许多 C 完全相同 3 与素混凝土梁相比 适量配筋的钢混凝土梁的承载力和抵抗开裂的能力 A 均提高很多 B 承载力提高很多 抗裂提高不多 C 抗裂提高很多 承载力提高不多 D 均提高不多 4 钢筋混凝土梁在正常使用荷载下 A 通常是带裂缝工作的 B 一旦出现裂缝 裂缝贯通全截面 C 一旦出现裂缝 沿全长混凝土与钢筋间的粘结力丧尽 5 钢筋与混凝土能共同工作的主要原因是 A 防火 防锈 B 混凝土对钢筋的握裹及保护 C
12、混凝土对钢筋的握裹 两者线膨胀系数接近 35 作业 一 单选题6 混凝土若处于三向应力作用下 当 D A 横向受拉 纵向受压 可提高抗压强度 B 横向受压 纵向受拉 可提高抗压强度 C 三向受压会降低抗压强度 D 三向受压能提高抗压强度 7 混凝土的弹性模量是指 A A 原点弹性模量 B 切线模量 C 割线模量 D 变形模量 8 规范规定的受拉钢筋锚固长度为 C A 随混凝土强度等级的提高而增大 B 随钢筋等级提高而降低 C 随混凝土等级提高而减少 随钢筋等级提高而增大 D 随混凝土及钢筋等级提高而减小 9 属于有明显屈服点的钢筋有 A A 冷拉钢筋 B 钢丝 C 热处理钢筋 D 钢绞线 10
13、 钢材的含碳量越低 则 B A 屈服台阶越短 伸长率也越短 塑性越差 B 屈服台阶越长 伸长率越大 塑性越好 C 强度越高 塑性越好 D 强度越低 塑性越差 36 作业 一 单选题11 钢筋的屈服强度是指 A 比例极限 B 弹性极限 C 屈服上限 D 屈服下限 12 能同时提高钢筋的抗拉和抗压强度的冷加工方法是 A 冷拉 B 冷拔 C 冷拉 冷拔均可13 规范确定所用试块的边长是 A 150mm B 200mm C 100mm D 250mm 14 边长为100mm的非标准立方体试块的强度换算成标准试块的强度 则需乘以换算系数 A 1 05 B 1 0 C 0 95 D 0 90 15 指的是
14、混凝土的 弹性模量 割线模量 切线模量 原点切线模量 16 混凝土强度等级是由 确定的 B C 17 混凝土强度等级由150mm立方体抗压试验 按 确定 B C D 37 作业 二 判断题1 混凝土立方体试块的尺寸越大 强度越高 2 混凝土在三向压力作用下的强度可以提高 3 钢筋受压时的屈服强度与受拉时基本相同 4 钢筋经冷拉后 强度和塑性均可提高 5 冷拉钢筋不宜用作受压钢筋 6 C20表示fcu 20N mm 7 混凝土受压破坏是由于内部微裂缝扩展的结果 8 混凝土抗拉强度随着混凝土强度等级提高而增大 9 混凝土在剪应力和法向应力双向作用下 抗剪强度随拉应力的增大而增大 10 混凝土受拉时
15、的弹性模量与受压时相同 11 线性徐变是指压应力较小时 徐变与应力成正比 而非线性徐变是指混凝土应力较大时 徐变增长与应力不成正比 12 混凝土强度等级愈高 胶结力也愈大 13 混凝土收缩 徐变与时间有关 且互相影响 38 作业 三 问答题 1 以简支梁为例 说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异 2 钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么 3 混凝土结构有什么优缺点 4 软钢和硬钢的区别是什么 应力一应变曲线有什么不同 设计时分别采用什么值作为依据 5 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种 我国热轧钢筋的强度分为几个等级 钢筋的强度和变形指标有哪些 6 钢筋冷加工的目的是什么 冷加工方法有哪几种 简述冷拉时效 7 在钢筋混凝土结构中 宜采用哪些钢筋 8 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求 9 简述混凝土立方体抗压强度 其尺寸效应如何 混凝土的强度等级是如何确定的 10 简述混凝土在单轴短期加载下的应力应变关系 11 什么叫混凝土徐变 影响徐变的因素有哪些 混凝土徐变对结构有什么影响 12 什么叫混凝土收缩 如何减小收缩 收缩的影响因素有哪些 13 钢筋与混凝土之间的粘结力是如何组成的 39
