鋼筋與混凝土的力學(xué)性能3PPT學(xué)習(xí)教案

1、鋼筋與混凝土的力學(xué)性能33.1 鋼筋 有屈服點(diǎn)的鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得出的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3.1所示。其中頸縮現(xiàn)象如圖3.2。 對(duì)于有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋取其屈服強(qiáng)度作為鋼筋強(qiáng)度的限值強(qiáng)度指標(biāo)。 3.1.1 鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能3.1.1.1 有屈服點(diǎn)的鋼筋有屈服點(diǎn)的鋼筋第1頁(yè)/共45頁(yè)121100%lll反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)是伸長(zhǎng)率和冷彎性能。伸長(zhǎng)率是鋼筋試件拉斷后的伸長(zhǎng)值與原長(zhǎng)的比率。應(yīng)按下式計(jì)算： 第2頁(yè)/共45頁(yè)圖3.1鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線 第3頁(yè)/共45頁(yè)圖3.2鋼筋的頸縮 第4頁(yè)/共45頁(yè)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得出的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3

2、.3所示。 實(shí)際設(shè)計(jì)中通常取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時(shí)的應(yīng)力0.2作為名義屈服點(diǎn)，即條件屈服強(qiáng)度。對(duì)于無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，由于其條件屈服點(diǎn)不容易測(cè)定，因此，這類鋼筋的質(zhì)量檢驗(yàn)以其極限強(qiáng)度作為主要指標(biāo)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，條件屈服強(qiáng)度0.2取極限強(qiáng)度b的0.8倍，即：0.2=0.8b 3.1.1.2 無(wú)屈服點(diǎn)的鋼筋無(wú)屈服點(diǎn)的鋼筋第5頁(yè)/共45頁(yè)圖3.3無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼筋 第6頁(yè)/共45頁(yè)鋼筋在常溫下的加工稱為冷加工，常用冷拉、冷拔等方法。其目的就是使鋼筋的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而提高鋼筋的強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼筋的目的。 1.冷拉冷拉是把鋼筋張拉到應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)的某一應(yīng)力值，然后放松鋼筋，經(jīng)時(shí)效硬

3、化后再?gòu)埨摻顣r(shí)，則應(yīng)力應(yīng)變曲線將發(fā)生變化，如圖3.4所示。2.冷拔冷拔是在常溫下將鋼筋（熱軋HPB235）用強(qiáng)力拔過(guò)比它直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，如圖3.5，拔成比原來(lái)直徑小的鋼絲。 3.1.1.3 鋼筋的冷加工鋼筋的冷加工第7頁(yè)/共45頁(yè)圖3.4鋼筋冷拉的應(yīng)力應(yīng)變曲線 第8頁(yè)/共45頁(yè)圖3.5鋼筋冷拔示意圖 第9頁(yè)/共45頁(yè)1.鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 500102002）規(guī)定，材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不少于95%保證率。熱軋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強(qiáng)度確定，用fyk表示。預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)極限抗拉強(qiáng)度確定，用fptk表示。普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度

4、標(biāo)準(zhǔn)值見附表2、附表3。 3.1.1.4 鋼筋的計(jì)算指標(biāo)鋼筋的計(jì)算指標(biāo)第10頁(yè)/共45頁(yè)2.鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，鋼筋應(yīng)采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù)s，按不同鋼筋種類，分別取s=1.101.20。鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值見附表4、附表5。 第11頁(yè)/共45頁(yè)3.1.2 鋼筋的種類鋼筋的種類我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通低合金鋼制成。我國(guó)常用的鋼筋品種有以下幾類（見圖3.6）：1.熱軋鋼筋 2.冷加工鋼筋 3.熱處理鋼筋 4.鋼絲 5.鋼絞線 第12頁(yè)/共45頁(yè)圖3.6常用鋼筋形式 第13頁(yè)/共45頁(yè)（1）

5、 有較高的強(qiáng)度和適宜的屈強(qiáng)比。 （2） 塑性。要求有良好的塑性，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在破壞前有明顯的預(yù)兆。（3） 鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力。 （4） 具有良好的可焊性。（5） 在寒冷地區(qū)，鋼筋的低溫性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工鋼筋，以免發(fā)生脆性破壞。 3.1.3 鋼筋的選用鋼筋的選用3.1.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求第14頁(yè)/共45頁(yè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，應(yīng)按下列規(guī)定采用：（1） 普通鋼筋宜采用HRB400級(jí)和HRB335級(jí)鋼筋，也可采用HPB235級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋；（2） 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。具

6、體工程中，現(xiàn)澆樓板的鋼筋和梁柱的箍筋多采用HPB235級(jí)鋼筋；梁柱的受力筋多采用HRB335、HRB400和RRB400級(jí)鋼筋；尺寸較大的構(gòu)件有時(shí)也采用HRB335級(jí)鋼筋作箍筋。 3.1.3.2 鋼筋的選用鋼筋的選用第15頁(yè)/共45頁(yè)3.2 混凝土 混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、細(xì)骨料砂等材料按一定配合比，經(jīng)混合攪拌，入模澆搗并養(yǎng)護(hù)硬化后形成的人工石材。 影響混凝土的強(qiáng)度和變形的主要因素有：原材料的性能；各組成成分的比例，尤其是水灰比的大??；施工方法（攪拌程度、澆搗的密實(shí)性、對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)方法）等。 混凝土的基本強(qiáng)度指標(biāo)有立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度三種。 第16頁(yè)/

7、共45頁(yè)3.2.1 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)材料所能承受的某種極限應(yīng)力。 混凝土的強(qiáng)度是靠水泥的水化、硬化獲得的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)也是早期快、后期慢，但到28d齡期時(shí)強(qiáng)度的增長(zhǎng)就不明顯而趨于穩(wěn)定。因此，規(guī)范以28d齡期時(shí)混凝土的強(qiáng)度為基準(zhǔn)。 第17頁(yè)/共45頁(yè)1.混凝土強(qiáng)度等級(jí)立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。我國(guó)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的確定方法是：用邊長(zhǎng)為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28d，并用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（C30以下的加載速度控制在0.30.5MPa/s范圍；C30以上的加載速度控制在0.50.8MPa/

8、s范圍。兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fcuk表示。 3.2.1.1 混凝土的抗壓強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度第18頁(yè)/共45頁(yè)2.軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c立方體抗壓強(qiáng)度不能代表混凝土在實(shí)際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是作為在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強(qiáng)度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)表明：用高寬比為23的棱柱體測(cè)得的抗壓強(qiáng)度與以受壓為主的混凝土構(gòu)件中的混凝土抗壓強(qiáng)度基本一致。因此，棱柱體的抗壓強(qiáng)度可以作為以受壓為主的混凝土抗壓強(qiáng)度，稱為軸心抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fc表示。 第19頁(yè)/共45頁(yè)混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉強(qiáng)度一般只有抗壓強(qiáng)度的1/201/8，且不與抗壓強(qiáng)度成正比?；炷凛S心抗拉強(qiáng)

9、度取棱柱體（100mm100mm500mm，兩端埋有鋼筋）的抗拉極限強(qiáng)度為軸心抗拉強(qiáng)度?；炷翗?gòu)件的開裂、變形以及受剪、受扭、受沖切等承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。根據(jù)試驗(yàn)得知，fcu、fc、ft三者之間的關(guān)系是fcufcft。 3.2.1.2 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度第20頁(yè)/共45頁(yè)1.混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，并考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間的差異，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給出了混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，詳見附表6。2.混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù)c，規(guī)范規(guī)定c=1.4，即fc=fck/c，ft=ftk/c。ft、fc見附表7。3.2.

10、1.3 混凝土的強(qiáng)度計(jì)算指標(biāo)混凝土的強(qiáng)度計(jì)算指標(biāo)第21頁(yè)/共45頁(yè)3.2.2 混凝土的變形混凝土的變形混凝土變形有兩類：一類是荷載作用下的受力變形，包括一次短期加荷時(shí)的變形、多次重復(fù)加荷時(shí)的變形和長(zhǎng)期荷載作用下的變形；另一類是體積變形，包括收縮、膨脹和溫度變形。 第22頁(yè)/共45頁(yè)1.混凝土在一次短期加荷時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系混凝土在一次短期加荷時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可通過(guò)對(duì)混凝土棱柱體的受壓或受拉試驗(yàn)測(cè)定?；炷潦軌簳r(shí)典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3.7所示，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3.8所示。 混凝土受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀與受壓時(shí)相似。對(duì)應(yīng)于抗拉強(qiáng)度f(wàn)t的應(yīng)變ct很小，計(jì)算時(shí)可取ct=0.00

11、15。3.2.2.1 混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量第23頁(yè)/共45頁(yè)2.混凝土的彈性模量混凝土的應(yīng)力與其彈性應(yīng)變ce之比值稱為混凝土的彈性模量，用符號(hào)Ec表示。根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，混凝土規(guī)范采用以下公式計(jì)算混凝土的彈性模量： 混凝土的剪變模量是指剪應(yīng)力和剪應(yīng)變的比值，即： 5210(/)2.234.7/ccuEN mmfcG第24頁(yè)/共45頁(yè)混凝土受壓后除產(chǎn)生瞬時(shí)壓應(yīng)變外，在維持其外力不變的條件下（即荷載長(zhǎng)期不變），應(yīng)變隨時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。如圖3.9所示為一施加的初始?jí)毫?0.5fc時(shí)的徐變與時(shí)間的關(guān)系?；炷恋男熳儗?duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能有重要的影響：它將使結(jié)構(gòu)構(gòu)件

12、的變形增加；軸心受壓構(gòu)件中鋼筋的應(yīng)力增加而混凝土的壓應(yīng)力減小的應(yīng)力重分布現(xiàn)象產(chǎn)生；在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中引起預(yù)應(yīng)力損失等。 3.2.2.2 混凝土的徐變混凝土的徐變第25頁(yè)/共45頁(yè)影響混凝土徐變的主要因素有：（1） 構(gòu)件中截面上的應(yīng)力愈大，徐變就愈大；構(gòu)件承載前，混凝土的強(qiáng)度越高，徐變就越小。（2） 配合比、水灰比越大，徐變?cè)酱?；骨料的?jí)配愈好，含量愈高，徐變愈小。（3） 構(gòu)件澆搗愈密實(shí)，養(yǎng)護(hù)條件愈好，徐變愈??；反之，徐變愈大。第26頁(yè)/共45頁(yè)圖3.9混凝土的徐變曲線 第27頁(yè)/共45頁(yè)混凝土在空氣中凝結(jié)硬化時(shí)，體積減小的現(xiàn)象稱為收縮變形。其規(guī)律見圖3.10所示。 收縮變形是一種非受力變

13、形；而徐變變形只有在受力達(dá)到一定數(shù)值并且持續(xù)作用下才產(chǎn)生。 影響混凝土收縮的主要因素有：（1） 水泥用量愈多，水灰比愈大，收縮愈大。（2） 高標(biāo)號(hào)水泥制成的混凝土構(gòu)件收縮大。（3） 骨料級(jí)配好，含量高，骨料的彈性模量大，收縮小。3.2.2.3 混凝土的收縮變形混凝土的收縮變形第28頁(yè)/共45頁(yè) （4） 養(yǎng)護(hù)條件好，使用環(huán)境濕度大，收縮小。 （5） 混凝土密實(shí)度好，收縮小。 第29頁(yè)/共45頁(yè)圖3.10混凝土的收縮變形 第30頁(yè)/共45頁(yè)和其它許多材料一樣，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)混凝土的體積也具有熱脹冷縮的性質(zhì)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)溫度在0到100范圍內(nèi)時(shí)，混凝土線膨脹系數(shù)c可采用110-5/。

14、溫度變形能使混凝土開裂，在某些場(chǎng)合應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。 3.2.2.4 溫度變形溫度變形第31頁(yè)/共45頁(yè)3.2.3 混凝土的選用混凝土的選用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。 第32頁(yè)/共45頁(yè)3.3 鋼筋與混凝土的相互作用粘結(jié)力 粘結(jié)力是存在于鋼筋與混凝土界面上的作用力。它反映的是鋼筋與混凝土交

15、界面上沿鋼筋縱向的抗剪能力。如圖3.11所示。 產(chǎn)生粘結(jié)力的主要因素是：（1） 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；（2） 混凝土顆粒與鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘合力；（3）由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。3.3.1 粘結(jié)力的概念和作用粘結(jié)力的概念和作用第33頁(yè)/共45頁(yè)圖3.11鋼筋與混凝土之間的粘結(jié) 第34頁(yè)/共45頁(yè)3.3.2 粘結(jié)力的測(cè)定粘結(jié)力的測(cè)定粘結(jié)力的測(cè)定一般采用拔出試驗(yàn)方法，如圖3.12所示。粘結(jié)強(qiáng)度f(wàn)可由下式計(jì)算根據(jù)拔出試驗(yàn)可知：（1） 粘結(jié)應(yīng)力按曲線分布，最大粘結(jié)應(yīng)力在離開端部的某一位置出現(xiàn)，且隨拔出力的大小而變； Pfdl第35頁(yè)/共45頁(yè)（2） 鋼筋埋入

16、長(zhǎng)度越長(zhǎng)，拔出力越大，但埋入過(guò)長(zhǎng)則尾部的粘結(jié)力很小，甚至為零；（3） 粘結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而增大；（4） 變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度比光面鋼筋的大；但若在光面鋼筋末端做彎鉤，則拔出力大大提高。 第36頁(yè)/共45頁(yè)圖3.12鋼筋拔出試驗(yàn)中粘結(jié)應(yīng)力分布圖 第37頁(yè)/共45頁(yè)規(guī)范根據(jù)拔出試驗(yàn)給出受拉鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度為其中，錨固鋼筋的外形系數(shù)按表3.1取值。構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際錨固長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、保護(hù)層厚度、鋼筋形式等對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，采用基本錨固長(zhǎng)度乘以一定修正系數(shù)。 3.3.3 保證鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的措施保證鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的措施3.3.3.1 縱向受拉鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度縱

17、向受拉鋼筋的基本錨固長(zhǎng)度yatfldf第38頁(yè)/共45頁(yè)表3.1錨固鋼筋的外形系數(shù) 鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋三面刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線 鋼筋外形系數(shù) 0.160.140.190.130.160.17第39頁(yè)/共45頁(yè)鋼筋的連接可分為兩類：綁扎搭接、機(jī)械連接或焊接。規(guī)范規(guī)定，位于同一連接區(qū)段內(nèi)的受拉鋼筋搭接接頭百分率不宜大于25%，當(dāng)工程中確有必要增大時(shí)，對(duì)于梁內(nèi)構(gòu)件也不應(yīng)大于50%，對(duì)板類、墻類及柱類構(gòu)體，可根據(jù)實(shí)際情況放寬?？v向受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長(zhǎng)度按下式計(jì)算（但不小于300mm）： l1=la 縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)按表3.2采用。 3.3.3.2 縱向受力鋼筋的連接縱向受力鋼筋的連接第40頁(yè)/共45頁(yè)規(guī)范規(guī)定，兩搭接接頭的中心距應(yīng)不小于1.3l1（見圖3.1