《建筑结构上册 教学课件 ppt 作者 刘凤翰 第2章第1次第2次课》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构上册 教学课件 ppt 作者 刘凤翰 第2章第1次第2次课（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 钢筋与混凝土的力学性能,本 章 提 要,本章主要论述了混凝土的力学性能（混凝土的 立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度； 混凝土的变形和混凝土的选用）和钢筋的力学性能。 重点讨论了钢筋与混凝土之间的相互作用粘结力。它们是学习混凝土结构设计原理和构造要求的基础。,本章内容,2.1 钢筋的力学性能 2.2 混凝土的力学性能 2.3 钢筋与混凝土的相互作用粘结力,2.1 钢筋的力学性能,2.1.1 钢筋的种类,我国混凝土结构设计规范中推荐的钢筋 由碳素结构钢和普通低合金钢制成。我国常用的 钢筋品种有以下几类（见图1）： 1.热轧钢筋 2.冷加工钢筋 3.热处理钢筋 4.钢丝 5.钢绞线,图
2、1 常用钢筋形式,2.1.2 钢筋的强度和变形,1.有屈服点的钢筋,有屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸 试验得出的典型应力应变曲线如图2所示。 对于有明显屈服点的钢筋取其屈服强度作 为钢筋强度的限值强度指标。,2.无屈服点的钢筋,无明显屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉 伸试验得出的典型应力应变曲线如图3所示。 实际设计中通常取相应于残余应变=0.2% 时的应力0.2作为名义屈服点，即条件屈服强度。 对于无明显屈服点的钢筋，由于其条件屈服 点不容易测定，因此，这类钢筋的质量检验以其 极限强度作为主要指标。混凝土结构设计规范 规定，条件屈服强度0.2取极限强度b的0.8-0.9倍， 即： 0.2
3、=(0.8-0.9)b,2.1.3 钢筋的选用,钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋， 应按下列规定选用： 1.钢筋混凝土结构一HRB400级热轧带肋钢筋为主 导钢筋。实际工程中，普通钢筋宜采用HRB400级 和335级钢筋，也可采用HPB235级及RRB400级钢 筋。 2.预应力钢筋宜采用消除应力钢丝，钢绞线和热处 理钢筋，也可采用冷拉，级钢筋；对中小 型构件中的预应力钢筋，宜采用牌号为CRB650或 CRB800的冷轧带肋钢筋。,2.2混凝土的力学性能,2.2.1混凝土的强度,混凝土是用一定比例的水泥，砂，石和水，经拌 合，浇筑，振捣，养护，逐步凝固养化形成的人造石 材。故混凝土的强度
4、不仅与组成材料的质量和比例有 关，还与制作方法，养护条件和龄期有关。另外，不 同的受力情况，不同的试件形状和尺寸，不同的试验 方法所测得的混凝土强度值也不同。混凝土基本的强 度指标有立方体抗压强度指标，以此为依据确定混凝 土的强度等级，并由强度等级查表得到混凝土的轴心 抗压强度和轴心抗拉强度用于设计计算。,A.混凝土立方体抗压强度,混凝土规范规定，混凝土立方体强度，系指按 标准方法制作，养护，边长为150mm的立方体试件在 （203）的温度和相对湿度90%以上的潮湿空家中 养护28d，所测得的具有95%保证率的抗压强度（单位 为MPa）作为混凝土的强度标准值fcu,k在实际生产中， 有时也采用
5、边长为100mm或200mm的立方体试件，则 所测得的立方体强度应分别乘以换算系数0.95或1.05。,混凝土规范将混凝土等级按立方体抗压强度 标准划分为14级，为C15，C20，C25，C30，C35， C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75和 C80。在钢筋混凝土结构中，混凝土的强度等级不宜 低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等 级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以 及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于 C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 C40。,B.混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）,按“试验方法”的
6、规定，该强度采用150mm 150mm300mm的棱柱体作为标准试件，故又 称为棱柱体抗压强度。由于试件高度比立方体试 块大得多，在其高度中央的混凝土不再受到上下 压机钢板的约束，故该试验所得的混凝土抗压强 度低于立方体抗样强度，符合轴心受压短柱的实 际强度。,大量试验资料表明混凝土轴心抗压强度的标准 值(fc,k)与立方体抗压强度的标准值(fcu,k)之间的关 系约为fc,k=（0.7-0.8）fcu,k，在结构设计中，考虑 到混凝土构件强度与试件强度之间的差异，规范对 C50及以下的混凝土取fc,k=0.67 fcu,k，对C80取系 数为0.72，中间按线性变化。对于C40-C80混凝土
7、再 考虑乘以脆性折减书1.0-0.870。有了以上关系式， 只要知道混凝土的强度等级，便可求出轴心抗压强度，故在工程中一般不再进行轴心抗压强度的检测试验。,C.混凝土轴心抗拉强度ft,混凝土轴心抗拉强度ft是采用100mm100mm 500mm的棱柱体，两端设有螺纹钢筋（图4）在实 验机上受拉来测定的，当试件拉裂时测得的平均拉应 力即为混凝土的轴心抗拉强度。,试验表明，混凝土的抗拉强度比抗压强度 低得多，混凝土轴心抗拉强度f 0t 只是混凝土 立方体抗压强度f 0cu 的1/18-1/8，而且随混凝 土强度等级的提高而见效。,D.侧向应力对混凝土轴心抗压强度的影响,侧向压应力的存在会使轴心抗压
8、强度提高。通过圆柱体 三向受压试验（图2-7）得到的圆柱体纵向抗压强度fcc 的计 算公式如下： fcc=fc+4r 式中fc无侧向压应力时的混凝土轴心抗压强度 r 侧向压应力 混凝土三向受压时强度提高的原因是：侧向压应力约束了混 凝土的横向变形，从而延迟和先了混凝土内部裂缝的发生和 发展，使试件不易破坏。 如在试件纵向受压的同时侧向受到的拉应力，则混凝土 轴心抗压强度会降低，其原因是拉应力会助长混凝土裂缝的 发生和开展。,2.2.2混凝土的变形,混凝土变形有两类：一类是荷载作用下的 受力变形，包括一次短期加荷时的变形，多次 重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形。 另一类是体积变形，包括收缩
9、，膨胀和温度变 形。,A.混凝土在一次短期加荷时的变形,(1)混凝土在一次短期加荷时的应力-应变关系 混凝土在一次短期加荷时的应力-应变关系 可通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。 混凝土受压时典型的应力-应变曲线如图5所示。,图5所示的应力-应变曲线包括上升段和下降段两部分，对应于 顶点C的应力为轴心抗压强度fc。在上升阶段中，当应力小于0.3fc 时，应力-应变曲线可视为直线，混凝土处于弹性阶段。随着应力 的增加，应力-应变曲线逐渐偏离直线，表现出越来越明显的塑性 性质；此时，混凝土的应变c由弹性应变ce和塑性应变cp两 部分组成，且后者占的比例越来越大。在下降段，随着应变的增大 ，应
10、力反而减少，当应变达到极限值cu时混凝土破坏。值得注意 的是：由于曲线存在着下降段，故而最大应力fc所对应的应变并不 是极限应变cu，而是应变0。 混凝土受拉时的应力-应变曲线的形状与受压时相似。对应于抗 拉强度ft的应变ct很小，计算时可取ct=0.0015,(2)混凝土的横向变形系数,混凝土纵向压缩时横向会伸长，横向伸长 值与纵向压缩值之比称为横向变形系数，用符 号vc来表示。混凝土工作在弹性阶段时该值又 趁为泊松比，其大小基本不变 ，按“混凝土规 范”规定，可取vc=0.2。,(3)混凝土的弹性模量，变形模量和剪变模量,混凝土的应力与其弹性应变ce之比值称为混 凝土的弹性摸量，用符号Ec
11、表示。 混凝土的应力与其弹塑性总应变c称为混凝土 的变形模量，用符号Ec表示,该值小于混凝土的弹性 模量。 混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变的比 值，即： Gc=/ 混凝土规范规定：可取Gc=0.4Ec,B.混凝土在多次重复加荷时的变形,工程中的某些构件，例如工业厂房中的吊车梁，在起 使用期限内荷载作用的重复次数可达到二百万次以上；在 这种重复加荷情况下，混凝土的变形情况与一次短期加荷 时期的明显不同。试验表明多次重复加荷情况下，混凝土 将产生“疲劳”现象，这时的变形模量明显降低，其值约为 弹性模量的0.4。混凝土疲劳时除变形模量减少外，其强度 也有所减少，强度降低系数与重复作用应力的变化幅
12、度有 关，最小值为0.74。,C.混凝土的徐变,所谓混凝土徐变是指混凝土在长期荷载作用下， 即使应力保持不变，应变也会随时间继续增长的现象。 徐变与下列一些因素有关： 水泥用量愈多，水灰比愈大，徐变越大 增加混凝土骨料的含量徐变将变小 养护条件好，水泥 水化作用充分，徐变就小 混凝土加荷前，混凝土强度愈高，徐变就愈小 构件截图中应力愈大，徐变愈大,D.混凝土的收缩与膨胀变形,混凝土在硬结过程中，体积会发生变化。当 混凝土在空气中硬结时，体积会收缩，而在水中 硬结时，体积会膨胀，一般来说，混凝土的收缩 值比膨胀值大得多，因此，混凝土的收缩对结构 的影响比膨胀大.,混凝土收缩主要与下列因素有关:
13、水泥强度愈高，混凝土收缩愈大 水泥愈多混凝土收缩愈大 水灰比愈大混凝土收缩愈大 骨料的量大，收缩小 硬结过程中周围温湿度愈大，收缩愈小 混凝土愈密实，收缩愈小 使用环境温湿度大时收缩小 构件的体积与表面积的比值大，收缩小。,2.3钢筋与混凝土之间的粘结作用,2.3.1 粘结作用的组成,在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土共同工作 的主要原因是两者在接触面上具有好的粘结作用， 该作用可承受粘结表面上的剪应力，抵抗钢筋与混 凝土之间的相对滑动。 根据粘结作用的产生原因可知，粘结作用由胶 合作用，摩擦作用和胶合作用三部分组成，其中， 胶合作用较小，在后两种作用中，光面钢筋以摩擦 作用为主，带肋钢筋（又称
14、变形钢筋），则以胶合 作用为主。,2.3.2 粘结强度及其影响因素,钢筋与混凝土的粘结面上所能承受的平均剪应力的 最大值称为粘结强度。粘结强度通常可用拔出试验确定， 如图6所示，将钢筋的一端埋入混凝土，在另一端施加 拉力，将其拔出，试验边名粘结强度f是指钢筋拉拔力 到达极限是钢筋与混凝土剪切面的平均剪应力，可按下 式计算： f=T/dl 式中 T拉拔力的极限值 d钢筋的直径 l钢筋的埋入长度,影响钢筋与混凝土粘结强度的因素多，其中主要的有混凝土强 读，保护层厚度，横向配筋，横向压力急浇筑位置等. 粘结强度随混凝土的强度的提高而提高，但不与立方体强度成 正比，而与混凝土劈拉强度f成正比。增加保护层厚度可提高混凝土的劈裂抗力，保证粘结强度的发挥。横向钢筋的约束了微裂缝的支座锚固区和搭接长度范围内，均应设置一定数量的横向钢筋，以防止粘结劈裂破坏。当钢筋的锚固区作用有横向压力时，横向压力同样对微裂缝起着约束作用，并使钢筋与混凝土之间摩擦阻力增大，因而可以提高粘结强度。粘结强度与浇筑混凝土时钢筋所处位置有关浇筑深度超过300mm的“顶部”水平钢筋，由于水分气泡逸出，混凝土泌水下沉，在钢筋底面将形成不与钢筋紧密接触的强度较低的疏松空隙层，它削弱了钢筋与混凝土的粘结作用。,谢谢!,
