《结构设计原理ch2结构工程材料concrete》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构设计原理ch2结构工程材料concrete（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 工程结构材料的物理力学性能,2.1 结构钢材的物理力学性能 2.2 钢筋混凝土的物理力学性能,主要内容,掌握混凝土强度和变形性能； 熟悉钢筋混凝土结构中所用钢筋种类、级别和性能 了解钢筋与混凝土之间粘结性能影响因素 熟悉保证粘结性能的构造措施 了解高强混凝土的性能,建筑中常用钢筋 分为四类,热轧钢筋,冷加工钢筋,钢丝,热处理钢筋,2.2.1 钢筋的品种与级别,对某些特定钢号的热轧钢筋进行加热、淬火和回火等调质工艺得到。,将钢筋冷拔后，校直，经中温回火处理消除应力后得到,通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工处理。 分为：冷拉钢筋和冷拔钢筋；,为低碳钢，普通低合金钢在高温状态下轧制而成, 热
2、轧钢筋按其强度由低到高分为HPB300, HRB335、HRB400和RRB400, HRB500,热轧钢筋的屈服强度,热轧钢筋的符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,钢筋的 曲线,钢筋的强度与变形,比例极限,屈服强度,极限强度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,oa弹性阶段,a比例极限,b屈服强度,cd强化阶段,0.2%, 0.2,d极限强度,de 颈缩阶段, 0.2条件屈服强度,由力学性能不同分成：,软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋),硬钢：无明显屈服台阶的钢
3、筋(钢丝、热处理钢筋),钢筋力学性能指标：,对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。,对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度 0.2作为强度设计依据。,屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。,取相应于残余应变 = 0.2%时的应力 0.2作为名义屈服点。常取 0.2=0.8 fsu。,伸长率：,0.2的定义：,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。,冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高 钢材强度，节约钢筋。,冷加工对钢材性能的影响。,热处理是对某些特定型号的热轧钢进行淬火和回火处理。,钢筋的冷加工的性能,o,冷拉控制应力,(N/mm2),冷拉率,o,a,b,c,c,d,d,冷拉无
4、时效,冷拉经时效,(a),(b),(a) 为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。,(b) 为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。,冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳 丝接近，塑性要好一些。,砼结构对钢筋性能的要求,1.强度：强度是钢筋质量的重要目标。 屈服强度、抗拉强度、强屈比。 2.塑性： 伸长率 冷弯要求 3.可焊性 4.与砼的粘结力,立方体抗压强度,2.2.2 混凝土的强度,混凝土强度等级fcu,k 边长为150mm的立方体在203的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，测得的具有95%保证率的抗压强度,混
5、凝土等级 C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80 等级数值为立方体抗压强度（N/mm2）,影响立方体强度的因素： 内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等 外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。,由于尺寸效应的影响： fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 fcu(200),轴心抗压强度,2.2.2 混凝土的强度,考虑实际情况(施工状况、养护条件等),真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。,抗拉强度,2.2.2 混凝土的强度,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的关系,混
6、凝土强度设计值,材料分项系数 c=1.40,考虑施工因素，取:,2.2.2 混凝土的强度,复合应力强度,双向受力强度, 三轴受压：(如图),工程应用：约束混凝土,钢管砼,密配螺旋箍筋,复合应力强度,剪压或剪拉复合应力状态,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。,混凝土的剪压复合强度,复合应力强度,1.短期加荷本构关系,2.2.3 混凝土的变形,受压混凝土棱柱体-曲线,0.30.4fc,k 弹性阶段,0.8fc,k 稳定裂缝扩展阶段,fc,k 裂缝快速扩展阶段,不同强度混凝土的应力-应变关
7、系曲线,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。,2.2.3 混凝土的变形,规范应力-应变本构关系,上升段：,下降段：,2.2.3 混凝土的变形,2.弹性模量、变形模量,2.2.3 混凝土的变形,棱柱体试件 取应力上限为0.5fc重复加荷510次 变形趋于稳定后-曲线接近于直线 取该直线斜率为混凝土弹性模量 受拉时的原点切线斜率同受压时基本一致，可采用相同的弹性模量Ec 抗拉强度ft对应的变形模量Ec=0.5 Ec,反复受压曲线,3.混凝土的徐变,2.2.3 混凝土的变形
8、,徐变：承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象。,卸载后混凝土经历逐渐恢复的过程,水泥用量越多，水灰比越大徐变越大 骨料越坚硬，弹性模量越高，相对体积越大，徐变越小 养护时温度高、湿度大徐变就小，受荷时高温干燥徐变就大 加荷时混凝土龄期越长，徐变越小，应力越大，徐变越大 0.5fc为线性徐变， =（0.50.8）fc非线性徐变， 0.8fc时徐变是非收敛的最终将导致混凝土破坏，0.8fc即为混凝土的长期抗压强度,徐变影响因素,初应力的影响,加荷时期影响,2.2.3 混凝土的变形,徐变对结构的影响：, 使构件的变形增加；, 在截面中引起应力重分布；, 在预应力混凝土结构中引起预应力损
9、失。,4.体积变形,2.2.3 混凝土的变形,收缩 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象,膨胀 混凝土在水中或饱和湿度情况下，结硬时体积增大的现象,一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多 干燥失水是混凝土收缩的重要因素,环境温度越高、湿度越低收缩越大 蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值 水泥用量越多，水灰比越大收缩越大;骨料级配越好，弹模越大，构件的体积与表面积比值越大，收缩越小,收缩的性质,自由收缩,约束收缩,来自内部的钢筋约束,来自支座的外部约束,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,2.2.3 混凝土的变形,5.温度变形,热胀冷缩，温度
10、线膨胀系数一般为（1.21.5）10-5/ 受外界约束，内部产生温度应力 混凝土表面较内部的收缩量大，将对表面混凝土形成拉应力，易造成表层混凝土开裂，该效应对大体积混凝土体现尤甚,2.2.4 钢筋与混凝土的粘结,粘结力 当钢筋和混凝土有相对变形（滑移）时，在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力,水泥胶体对钢筋的粘着力（化学吸附力） 钢筋与混凝土之间的摩擦力 钢筋表面凹凸不平与混凝土的机械咬合作用 钢筋端部在混凝土内的锚固作用,产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因：,钢筋混凝土受拉构件，轴力N通过钢筋施加于端部,端部 钢筋： 混凝土：c=0,中部 钢筋s 混凝土c 直至lt处应变差为
11、零，粘结应力为零,2.2.4 钢筋与混凝土的粘结,光面钢筋的粘结性能,试件的破坏为钢筋被拔出的剪切破坏 粘结强度主要来自化学吸附力和摩擦力，钢筋表面状况对粘结强度的影响较大,2.2.4 钢筋与混凝土的粘结,变形钢筋的粘结性能,变形钢筋粘结强度除化学吸附力和摩擦力以外，机械咬合力是其主要来源,斜向挤压力产生内部径向裂缝，裂缝达表面时对应劈裂粘结应力cr=(0.80.85) u,达到u后出现脆性劈裂破坏,2.2.4 钢筋与混凝土的粘结,影响粘结强度的因素,粘结强度cr与混凝土劈裂抗拉强度fts成正比，随混凝土强度的提高而提高 保护层和钢筋之间的净距离越大，劈裂抗力越大，粘结强度越高 l/d5后，粘
12、结强度不再由劈裂破坏决定，而由钢筋外径圆柱面的剪切破坏决定 钢筋锚固区和搭接长度范围内加强横向钢筋，可提高混凝土的粘结强度 钢筋端部的弯钩，弯折及附加锚固措施提高粘结强度,2.2.4 钢筋与混凝土的粘结,构造措施,保证混凝土保护层厚度 同等钢筋面积条件下，优先采用小直径钢筋、 光面钢筋在钢筋末端设弯钩增大其锚固粘结能力 钢筋深入支座有足够的锚固长度，或将钢筋弯折，或钢筋端部焊接短钢筋，短角钢筋等 钢筋不宜在混凝土受拉区截断 大直径钢筋的搭接和锚固区域内设横向钢筋,2.2.4 钢筋与混凝土的粘结,课堂作业：,1、钢材的设计强度是根据 确定的。 A 比例极限；B 弹性极限；C 屈服点；D 抗拉强度 2、四种厚度不等的Q345钢板中，其中 的设计强度最低。 A 16mm；B 20mm；C 25mm；D 40mm 3、下列因素中，其中 与钢材脆性破坏无直接关系。 A 屈服点的高低；B 含碳量；C 负温度环境；D 应力集中 4、钢材的疲劳破坏属于 破坏。 A 弹性；B 塑性；C 脆性；D 低周高应变 5、对钢材疲劳强度影响不显著的是 。 A 应力比；B 应力幅；C 钢种；D 应力循环次数 6、对混凝土的徐变影响不显著的是 。 A 水泥用量；B 骨料用量；C 水灰比；D 加载龄期,
