第一章鋼筋砼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能

1、第一章 鋼筋砼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能第一節(jié) 鋼筋砼結(jié)構(gòu)的基本概念一、砼結(jié)構(gòu)的一般概念二、鋼筋砼的特點(diǎn)一、砼結(jié)構(gòu)的一般概念混凝土結(jié)構(gòu)(concrete structure）包括素混凝土（plain concrete structure）結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土（reinforced concrete structure）結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土(prestressed concrete structure ）結(jié)構(gòu)。混凝土是土木建筑工程中廣泛應(yīng)用的一種建筑材料?；炷敛牧系目箟簭?qiáng)度較高，而抗拉強(qiáng)度卻很低（它的抗拉強(qiáng)度僅是其抗壓強(qiáng)度的1/81/12）。因此，素混凝土構(gòu)件的應(yīng)用范圍非常有限，主要用于受壓構(gòu)件，如柱墩、基礎(chǔ)墻

2、等。如圖1-1所示的混凝土梁。 圖 1-1 混凝土梁 素混凝土梁破壞鋼筋混凝土梁破壞預(yù)應(yīng)力混凝土梁破壞二、鋼筋砼的特點(diǎn) 1、鋼筋和砼共同工作的基礎(chǔ)A、鋼筋(reinforcement)和混凝土(concrete)之間有著可靠的粘結(jié)力，能相互牢固地結(jié)成整體。在外荷載作用下，鋼筋與相鄰混凝土能夠協(xié)調(diào)變形，共同受力。B、鋼筋與混凝土的溫度線膨脹系數(shù)(linear expansion coefficient)相近，鋼筋為1.210-5-1，混凝土為(1.01.5)10-5-1）。 C、鋼筋被混凝土所包裹，從而防止了鋼筋的銹蝕，保證了結(jié)構(gòu)的耐久性( durability)。2、鋼筋砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)A、具有較

3、高強(qiáng)度。B、耐久性較好。C、可模性好。D、抗地震性較好。E、可就地取材。 3、鋼筋砼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)A、自重大。B、 抗裂性差。 C、澆筑時(shí)需要模板(forms) 。D、施工受季節(jié)限制。 第二節(jié) 鋼筋和砼材料的力學(xué)性能 一、鋼筋1、分類：按直徑粗細(xì)分鋼筋和鋼絲兩類。鋼筋根據(jù)生產(chǎn)工藝和加工條件分熱軋鋼筋、冷拉鋼筋和熱處理鋼筋三種。將鋼筋在高于再結(jié)晶溫度狀態(tài)下，用機(jī)械方法軋制成的不同外形的鋼筋，稱為熱軋鋼筋(hot rolled steel bars)。熱軋鋼筋按照外形特征可分為光圓鋼筋(hot rolled plain steel bars)和變形鋼筋(deformed bars)。其中橫肋斜向一個(gè)方

4、向而成螺紋形的稱為螺紋鋼筋；橫肋斜向不同方向而成“人”字形的稱為人字形鋼筋?？v肋與橫肋不相交且橫肋為月牙形狀的稱為月牙紋鋼筋。圖1-2鋼絲根據(jù)加工方法和組成形式分碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼鉸線和冷拔低碳鋼絲四種。按照鋼材的化學(xué)成分，分碳素鋼(carbon steel)和普通低合金鋼(low alloy-steel)兩大類。二、鋼筋的力學(xué)性能1. 鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系鋼筋的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線可分為兩大類，即有明顯流幅的曲線（圖1-3）和無明顯流幅的曲線（圖1-4）。 圖1-3 圖1-4鋼筋砼結(jié)構(gòu)縱向鋼筋一般為R235(Q235),HRB335,HRB400及KL400鋼筋。R235為光圓鋼筋強(qiáng)度,

5、其牌號為Q235,相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)級鋼筋,公稱直徑d=820mm,以偶數(shù)2mm遞增；HRB335、HRB400為鋼筋牌號,其中尾部數(shù)字為強(qiáng)度等級,HRB335相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)級鋼筋；HRB400相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)級鋼筋,該鋼筋公稱直徑d=650mm,其中d=22mm以下以2mm遞減,d=22mm以上為25、28、32、36、40、50mm；KL400為余熱處理鋼筋的強(qiáng)度等級代號,鋼筋級別相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)的級鋼筋,公稱直徑d=840mm,尺寸進(jìn)級情況與HRB相同。 2鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)（1）屈服強(qiáng)度。（2）極限強(qiáng)度。鋼材的極限強(qiáng)度（包括抗拉強(qiáng)度(tensile strength)、抗壓強(qiáng)度(compressive s

6、trength)和抗剪強(qiáng)度(shear resistance strength)3鋼筋的塑性指標(biāo)（1）伸長率(ductility rate)?？梢园凑障率接?jì)算： （2）截面收縮率(percentage reduction of area)。 （3）冷彎性能。 如圖。第三節(jié)混凝土的力學(xué)性能一、混凝土的強(qiáng)度 二、砼的變形性能 一、混凝土的強(qiáng)度1、立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度是指邊長為150mm的立方體試塊，在20的溫度和相對濕度在90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d后，用標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度等級是按照邊長為150mm的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定的。混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是按照上述立

7、方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法得到的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度值。公橋規(guī)按照混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，把混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土的強(qiáng)度等級分為14級，以“C+立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”表示，即C15、C20C70、C80。公路橋涵鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級可采用C20C80。2、軸心抗壓強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度不僅與試件的尺寸有關(guān)，也與它的形狀有關(guān)。在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，受壓構(gòu)件不是立方體而是棱柱體，所以，采用棱柱體試件（高度大于邊長的試件稱為棱柱體）比采用立方體試件能更好地反映混凝土的實(shí)際抗壓能力。用棱柱體試件測得的抗壓強(qiáng)度稱為棱柱體抗壓強(qiáng)度，或者稱為軸心抗壓強(qiáng)度。棱柱體試件是在與立方體試件相同的條件下制作的，試

8、件表面不涂潤滑劑，實(shí)測所得的棱柱體抗壓強(qiáng)度比立方體抗壓強(qiáng)度低?；炷凛S心抗壓強(qiáng)度隨著混凝土強(qiáng)度等級提高而增加，總的趨勢是混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級成正比。3、軸心抗拉強(qiáng)度軸心受拉試件如圖所示?；炷猎嚰谳S心拉伸下的極限抗拉強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是確定混凝土抗裂度的重要指標(biāo)，有時(shí)還可以通過混凝土軸心抗拉強(qiáng)度間接地作為衡量混凝土其他力學(xué)性能的指標(biāo)，例如混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度等。測定方法：我國交通部頒布的標(biāo)準(zhǔn)公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定：采用150mm立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度測定，按照規(guī)定的試驗(yàn)方法操作，則混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度為： 二、砼的變形性能1、在單調(diào)、短期荷載作用下

9、的變形性能（見圖）A、當(dāng)0.3fcd時(shí)，關(guān)系接近一根直線。B、隨著應(yīng)力的增大，當(dāng)0.5fcd時(shí)曲線明顯的呈彎曲狀上升，增量大于增量，材料出現(xiàn)明顯的塑性。C、當(dāng)=max時(shí)，o隨混凝土強(qiáng)度的不同可在（1.52.5）10-3間波動(dòng)，構(gòu)件破壞，max稱砼的棱柱體抗壓強(qiáng)度，下降段末端的相應(yīng)應(yīng)變即為混凝土的極限應(yīng)變值max。2、砼的變形模量由砼的呈曲線關(guān)系（如圖），當(dāng)混凝土的應(yīng)力達(dá)到時(shí)，其相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)?，混凝土的總?yīng)變由彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分組成，即變形模量因此在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，通常近似地取壓應(yīng)力時(shí)的變形模量作為混凝土的彈性模量。經(jīng)驗(yàn)公式：混凝土受剪彈性模量按下式計(jì)算3、混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能

10、 A、當(dāng)加載應(yīng)力較小時(shí)，經(jīng)過幾次加卸載變成一條直線。B、當(dāng)加載較大時(shí)fcd，則經(jīng)過多次重復(fù)加荷、卸荷的過程后，將使曲線由凸向應(yīng)力軸而轉(zhuǎn)為凸向應(yīng)變軸，并最后導(dǎo)致破壞，稱這種破壞為疲勞破壞，疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度（fatigue strength）。疲勞強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力正負(fù)號、砼標(biāo)號有關(guān)。對于橋梁結(jié)構(gòu)，要求能夠承受200萬次以上的反復(fù)荷載，以作為確定砼疲勞強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。疲勞應(yīng)力比值一般較大，所以公橋規(guī)上規(guī)定專門進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的條件。 第四節(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié)一、鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用 二、粘結(jié)力的組成 三、影響粘接能力的主要因素 一、鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用1、粘結(jié)力的定義在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，

11、鋼筋和混凝土這兩種材料之所以能共同工作的基本前提是具有足夠的粘結(jié)力，能承擔(dān)由于變形差（相對滑移）沿鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力，通常把這種剪應(yīng)力稱為鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力。見圖。2.粘結(jié)力的作用鋼筋與混凝土之間粘結(jié)的作用主要體現(xiàn)在下述兩個(gè)方面：（l）鋼筋端部的錨固。(2)裂縫間應(yīng)力的傳遞。見圖。 二、粘結(jié)力的組成1鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用，鋼筋和混凝土之間的化學(xué)吸附作用也稱膠結(jié)力。2混凝土收縮，將鋼筋緊緊握裹而產(chǎn)生的摩擦力。3鋼筋與混凝土之間機(jī)械咬合作用力。4附加咬合作用。見圖。 三、影響粘接能力的主要因素1.鋼筋表面形狀2.混凝土強(qiáng)度等級3.澆注混凝土?xí)r鋼筋的位置4.保護(hù)層

12、厚度和鋼筋間距5.橫向鋼筋及側(cè)向壓力等 第一章 鋼筋砼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能思 考 題1-1什么是混凝土結(jié)構(gòu)？1-2什么是素混凝土結(jié)構(gòu)？1-3什么是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)？1-4在素混凝土結(jié)構(gòu)中配置一定型式和數(shù)量的鋼材以后，結(jié)構(gòu)的性能將發(fā)生什么樣的變化？1-5鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線特征是什么？簡化模式是什么？1-6何謂條件屈服強(qiáng)度？1-7鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)有哪些？屈服比的實(shí)質(zhì)是什么？1-8混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的特征和主要影響因素是什么？1-9混凝土的彈性模量和變形模量是如何定義的？關(guān)系如何？1-10混凝土的彈性模量是怎樣確定的？1-11混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能有什么要求？1-12為什么試塊在承壓面上抹涂潤化劑后測出的抗壓強(qiáng)度比不抹涂潤化劑的高？1-13影響混凝土的抗壓強(qiáng)度的因素有哪些？1-14伸入支座的錨固長度越長，粘結(jié)強(qiáng)度是否越高？為什么？1-15公路橋涵工程中對鋼筋和混凝土有何特殊的要求？1-16鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力是怎樣產(chǎn)生的？1-17試述受壓混凝土棱柱體一次加載的-曲線的特點(diǎn)？ 第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算原則學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)一、學(xué)習(xí)方法指示及要求1、本章沒有計(jì)算內(nèi)容，重點(diǎn)時(shí)弄懂概念，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2、混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)隨著受力情況的不同而異，要了解各種強(qiáng)度指標(biāo)物理意義。3、混凝土的標(biāo)準(zhǔn)立方體抗