第1章鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能

1、第一篇第一篇 鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構第一章第一章 鋼筋混凝土結構的基本概鋼筋混凝土結構的基本概 念及材料的物理力學性能念及材料的物理力學性能一、配筋的作用一、配筋的作用 受豎向力作用的混凝土梁受豎向力作用的混凝土梁 1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念圖圖11 素混凝土梁和鋼筋混凝土梁素混凝土梁和鋼筋混凝土梁 a) 素混凝土梁的斷裂素混凝土梁的斷裂 b) 鋼筋混凝土梁的開裂鋼筋混凝土梁的開裂 例：例：一跨度為一跨度為4m4m，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截面尺寸面尺寸200200300mm300mm，混凝土為，混凝土為C20C2

2、0。1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念荷載試驗荷載試驗結果如下：結果如下：a) 素砼梁素砼梁 極限荷載極限荷載 F=8kN 由砼抗拉強度控制由砼抗拉強度控制 破壞形態(tài)：脆性破壞破壞形態(tài)：脆性破壞b) 鋼筋砼梁鋼筋砼梁 極限荷載極限荷載 F=36kN 鋼筋受拉、砼受鋼筋受拉、砼受壓而破壞壓而破壞 破壞形態(tài)：延性破壞破壞形態(tài)：延性破壞由此得出鋼筋和混凝土結合的有效性：由此得出鋼筋和混凝土結合的有效性：u材料強度得到充分利用u大大提高結構的承載力u結構的受力性能得到改善1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念受豎向力作用的混凝土柱受豎向力作用的混

3、凝土柱 1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋與混凝土合理的組合原則：鋼筋與混凝土合理的組合原則：發(fā)揮混凝土抗壓強度高，避免抗拉強度低發(fā)揮混凝土抗壓強度高，避免抗拉強度低的弱點。的弱點。鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構不是不是鋼筋和混凝土之間的鋼筋和混凝土之間的任意任意組合組合。發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強度高的特點；發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強度高的特點；PPPPee柱簡支梁PPPP連續(xù)梁1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念簡支板簡支梁PP簡支梁1.1.混凝土結硬后，能與鋼筋牢固地粘結在一起

4、，傳混凝土結硬后，能與鋼筋牢固地粘結在一起，傳 遞應力。遞應力。2.2.二者具有相近的線脹系數，不會由于溫度變化產二者具有相近的線脹系數，不會由于溫度變化產生較大的溫度應力和相對變形而破壞粘結力。生較大的溫度應力和相對變形而破壞粘結力。鋼筋：鋼筋： stst = 1.2 = 1.2 10 1055砼： ctct = 1.0 = 1.0 1.5 1.5 1010553.3.呈堿性的混凝土可以保護鋼筋，使鋼筋混凝土呈堿性的混凝土可以保護鋼筋，使鋼筋混凝土結構具有較好的耐久性。結構具有較好的耐久性。二、鋼筋與混凝土長期共同工作的條件二、鋼筋與混凝土長期共同工作的條件 1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的

5、基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念1. 1. 就地取材，節(jié)約鋼筋；就地取材，節(jié)約鋼筋；2. 2. 耐久性好，耐火性好；耐久性好，耐火性好；3. 3. 可模性好；可模性好；4. 4. 現澆或裝配整體式結構的整體性現澆或裝配整體式結構的整體性 好，剛度大。好，剛度大。1. 1. 自重大自重大 g g=25kN/m=25kN/m3 32. 2. 抗裂性差抗裂性差施加預應力施加預應力優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：三、鋼筋混凝土結構的特點三、鋼筋混凝土結構的特點 1-1 1-1 鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構的基本概念1.1.立方體抗壓強度立方體抗壓強度 1)1)立方體抗壓強度立方體抗壓強度 影響因素影

6、響因素： 1-21-2混凝土的物理力學性混凝土的物理力學性能能cuf 混凝土的立方體抗壓強度是指按標準方法制作和混凝土的立方體抗壓強度是指按標準方法制作和養(yǎng)護的邊長為養(yǎng)護的邊長為150mm150mm的立方體試件的立方體試件, ,在在28d28d后用標準試后用標準試驗方法測得的抗壓強度驗方法測得的抗壓強度 。u試件尺寸：試件尺寸：150mm150mm150mm150mm150mm(150mm(標準制作標準制作) )u養(yǎng)護環(huán)境養(yǎng)護環(huán)境：（20202 2）、 相對濕度相對濕度95%95%u齡期：齡期： 2828天天u試驗方法：試驗方法：不涂油脂不涂油脂 一、混凝土的強度一、混凝土的強度 cu/fF

7、A1-21-2混凝土的物理力學性混凝土的物理力學性能能1-21-2混凝土的物理力學性混凝土的物理力學性能能 2)2)影響抗壓強度的因素影響抗壓強度的因素 影響因素影響因素： 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能l試驗方法試驗方法 “套箍效應套箍效應”l試件尺寸試件尺寸 尺寸越大，實測強度越尺寸越大，實測強度越低低。 “尺寸效應尺寸效應”l加載速度加載速度 加載速度越快，強度越加載速度越快，強度越高高。1-21-2混凝土的物理力學性混凝土的物理力學性能能2. 2. 砼軸心抗壓強度（棱柱體抗壓強度）砼軸心抗壓強度（棱柱體抗壓強度）1）砼軸心抗壓強度）砼軸心抗壓強度 按照與按照與立方

8、體試件相同條件下制作、養(yǎng)立方體試件相同條件下制作、養(yǎng) 護和試護和試 驗方法測得的抗壓強度。驗方法測得的抗壓強度。2）采用棱柱體抗壓強度意義）采用棱柱體抗壓強度意義3）試件尺寸）試件尺寸 150mm150mm300mm1-21-2混凝土的物理力學性混凝土的物理力學性能能cf1-21-2混凝土的物理力學性混凝土的物理力學性能能3. 3. 砼軸心抗拉強度砼軸心抗拉強度1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能1）軸心抗拉強度）軸心抗拉強度混凝土試件在軸心拉伸下測得的抗拉強度?；炷猎嚰谳S心拉伸下測得的抗拉強度。2）試驗方法）試驗方法 直接測試法（軸心受拉試驗）直接測試法（軸心受拉試驗）

9、間接測試法（劈裂試驗）間接測試法（劈裂試驗）tf1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能直接測試法（軸心受拉試驗）直接測試法（軸心受拉試驗）軸心受拉試驗試件尺寸軸心受拉試驗試件尺寸 鋼筋鋼筋圖圖1 15 5 混凝土抗拉強度試驗試件（尺寸單位：混凝土抗拉強度試驗試件（尺寸單位：mmmm） 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能軸心受拉試驗軸心受拉試驗 圖圖 混凝土直接受拉試驗混凝土直接受拉試驗 tFf =A間接測試法（劈裂試驗）間接測試法（劈裂試驗）1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能試件：立方體或圓柱體試件：立方體或圓柱體 圖圖1-6 1-6 劈裂試驗

10、劈裂試驗 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能a)用圓柱體進行劈裂試驗用圓柱體進行劈裂試驗 b)用立方體進行劈裂試驗用立方體進行劈裂試驗 c)劈裂面中水平應力分布劈裂面中水平應力分布 20.637tsFFfAA1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能劈裂抗拉強度劈裂抗拉強度 軸心抗拉強度軸心抗拉強度0.9ttsff換算換算4. 4. 復合應力狀態(tài)下復合應力狀態(tài)下砼強度砼強度 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能 雙向受拉，接近單軸抗拉雙向受拉，接近單軸抗拉 強度；強度；1）雙向）雙向應力狀態(tài)應力狀態(tài) 一拉一壓，加速了混凝土一拉一壓，加速了混凝土 內內

11、 部微裂縫的發(fā)展部微裂縫的發(fā)展 ，抗，抗 拉、抗壓強度均拉、抗壓強度均降低降低。 雙向受壓，混凝土的側向雙向受壓，混凝土的側向 變形受到約束，強度變形受到約束，強度提高提高 4. 4. 復合應力狀態(tài)下復合應力狀態(tài)下砼強度砼強度1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能tf 試件側向變形受到限制，其內試件側向變形受到限制，其內部微裂縫的產生和發(fā)展受到阻礙，部微裂縫的產生和發(fā)展受到阻礙，當側壓力增大時，軸向抗壓強度也當側壓力增大時，軸向抗壓強度也相應增大。相應增大。ccc2ffk工程應用：約束混凝土鋼管砼鋼管砼密配螺旋箍筋柱密配螺旋箍筋柱2）三向受壓應力狀態(tài)）三向受壓應力狀態(tài) 三向三向受

12、壓時混凝土的應力受壓時混凝土的應力應變曲線應變曲線 試件縱向受壓時，混凝土的橫向膨脹受到約束，使核心混凝試件縱向受壓時，混凝土的橫向膨脹受到約束，使核心混凝土處于土處于三向受壓三向受壓狀態(tài)，內部狀態(tài)，內部微裂縫微裂縫的發(fā)展受到抑制，從而提高了的發(fā)展受到抑制，從而提高了試件的縱向強度和試件的縱向強度和延性延性，特別是延性大為提高。，特別是延性大為提高。 混凝土圓柱體三向受壓時軸向應力混凝土圓柱體三向受壓時軸向應力應變曲線應變曲線 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能4. 4. 復合應力狀態(tài)下復合應力狀態(tài)下砼強度砼強度3）剪壓或剪拉復合應力狀態(tài)）剪壓或剪拉復合應力狀態(tài) 1-21-2

13、混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能 隨著隨著拉應力拉應力的增大的增大 ，混凝土的抗剪強度，混凝土的抗剪強度降低降低。 隨著隨著壓應力壓應力的增大的增大 ，混凝土的抗剪強度，混凝土的抗剪強度逐漸增大逐漸增大； 當壓應力當壓應力超過超過某一數值后，抗剪強度隨壓應力增大而某一數值后，抗剪強度隨壓應力增大而減小減小。1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能二、混凝土的變形二、混凝土的變形 混凝土的變形混凝土的變形受力變形受力變形 非受力變形非受力變形（體積變形）（體積變形）一次短期荷載下的變形一次短期荷載下的變形荷載長期作用下的變形荷載長期作用下的變形重復荷載下的變形重復荷載下的變形

14、收縮變形收縮變形溫度變化引起的變形溫度變化引起的變形1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能1.1.一次短期加載下混凝土的變形一次短期加載下混凝土的變形1 1）混凝土的）混凝土的 當當0.3時，時， 關系接近于關系接近于直線直線； 當當=(0.30.8)時，時， 關系關系偏離直線偏離直線； 當當=(0.81.0)時，內部微裂縫進入時，內部微裂縫進入非穩(wěn)定發(fā)展非穩(wěn)定發(fā)展階段。階段。 cu0峰值應變峰值應變 極限壓應變極限壓應變 cf峰值應力峰值應力 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能2 2）影響）影響 曲線的主要因

15、素曲線的主要因素 砼強度砼強度 應變速率應變速率 測試技術和試驗條件測試技術和試驗條件1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能3 3）砼的彈性模量、變形模量砼的彈性模量、變形模量原點彈性模量原點彈性模量 ：過：過原點原點切線的斜率。切線的斜率。切線模量切線模量 ：過某一點：過某一點切線切線的斜率。的斜率。割線模量割線模量 ：某一點與原點：某一點與原點連線連線的斜率。的斜率。0tancecEddEc cccE1 tan ccecccecccEE1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能3 3）砼的彈性模量、變形模量砼的彈性模量、變形模量原點彈性模量原點彈性模量 ：過：過原點

16、原點切線的斜率。切線的斜率。切線模量切線模量 ：過某一點：過某一點切線切線的斜率。的斜率。割線模量割線模量 ：某一點與原點：某一點與原點連線連線的斜率。的斜率?；炷恋淖冃文Ａ炕炷恋淖冃文Ａ?0tancecEddEc cccE1 tan ccecccecccEE1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能3 3）砼的彈性模量、變形模量砼的彈性模量、變形模量1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能3 3）砼的彈性模量、變形模量砼的彈性模量、變形模量52ccu,k10(N/mm )34.72.2Ef彈性模量測定方法彈性模量測定方法1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力

17、學性能3 3）砼的彈性模量、變形模量砼的彈性模量、變形模量剪切模量剪切模量cccEG121-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能1. 1. 混凝土的徐變混凝土的徐變 定義：定義：徐變的特點：徐變的特點：2.2. 混凝土在長期荷載作用下的變形混凝土在長期荷載作用下的變形 在荷載在荷載長期長期作用下，混凝土的作用下，混凝土的變形變形隨時間而隨時間而徐徐增長徐徐增長的現象。的現象。開始增長較快，以后逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)開始增長較快，以后逐漸減慢，最后趨于穩(wěn) 定。定。 1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能徐變的原因：徐變的原因： 影響徐變的因素：影響徐變的因素： 水泥凝膠體

18、的黏性流動，細微空隙逐漸閉合。水泥凝膠體的黏性流動，細微空隙逐漸閉合。 混凝土中內部微裂縫的發(fā)展?；炷林袃炔课⒘芽p的發(fā)展。 壓壓應力的大小；應力的大?。患虞d時加載時砼的齡期；砼的齡期； 砼的組成成分和配合比砼的組成成分和配合比； 混凝土的制作、養(yǎng)護及使用環(huán)境；混凝土的制作、養(yǎng)護及使用環(huán)境；構件的尺寸、體表比。構件的尺寸、體表比。1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能徐變徐變線性徐變線性徐變非線性徐變非線性徐變c0.5 fc c(0.50.8) fc c0.8 fc 變形不收斂變形不收斂1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能徐變對砼結構的影響：徐變對砼結構的影響：

19、使受彎構件和偏壓構件的使受彎構件和偏壓構件的變形加大變形加大 ； 使鋼筋混凝土構件截面產生使鋼筋混凝土構件截面產生應力重分布應力重分布； 使預應力混凝土構件產生使預應力混凝土構件產生預應力損失預應力損失 。1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能收縮：收縮：混凝土在空氣中結硬體積減小的現象。混凝土在空氣中結硬體積減小的現象。蒸汽養(yǎng)護常溫養(yǎng)護051015200.10.20.30.4收縮(103)時間 (月)3.3. 混凝土收縮變形混凝土收縮變形 收縮特點：收縮特點：發(fā)展速度發(fā)展速度先快后慢先快后慢。1-21-2混凝土的物理力學性能混凝土的物理力學性能收縮的性質收縮的性質自由收縮自由收

20、縮約束收縮約束收縮來自內部的鋼筋約束來自內部的鋼筋約束來自外部約束來自外部約束收縮對結構的影響：收縮對結構的影響：自由收縮一般不會引起拉應力，故不會開裂自由收縮一般不會引起拉應力，故不會開裂； 約束收縮產生收縮應力甚至開裂約束收縮產生收縮應力甚至開裂。 影響收縮的主要因素影響收縮的主要因素1 1） 有明顯屈服點鋼筋的有明顯屈服點鋼筋的a 比例極限比例極限c 屈服強度屈服強度oa 彈性階段彈性階段d 極限強度極限強度bf 屈服階段屈服階段fd 強化階段強化階段de 破壞階段破壞階段e 極限應變極限應變1-31-3鋼筋鋼筋一、鋼筋的強度和變形一、鋼筋的強度和變形 1. 1. 鋼筋的鋼筋的應力應力應

21、變應變( ()曲線曲線 普通熱軋鋼筋機械性能的規(guī)定普通熱軋鋼筋機械性能的規(guī)定 表1-1品種品種強度等級強度等級代號代號直直 徑徑(mm)屈服應力屈服應力s s (MPa (MPa) )抗拉強度抗拉強度b b (MPa (MPa) )伸長率伸長率5 5(%)(%)冷彎冷彎D=彎心直徑彎心直徑d=鋼筋直徑鋼筋直徑外形外形強度級別強度級別不小于不小于光圓光圓鋼筋鋼筋R23582023537025180D=d帶肋帶肋鋼筋鋼筋HRB33562533549016180D=3d2850180D=4dHRB40062540057014180D=4d2850180D=5dKL4008254406001490 D

22、=3d284090 D=4d1-31-3鋼筋鋼筋2 2）無明顯屈服點鋼筋的無明顯屈服點鋼筋的b 極限抗拉強度極限抗拉強度e 極限應變極限應變 條件屈服強度：條件屈服強度： 取殘余應變?yōu)槿堄鄳優(yōu)?.2%0.2%所對應的應力作為無明顯流幅鋼筋所對應的應力作為無明顯流幅鋼筋的強度限值，通常稱為的強度限值，通常稱為條件屈服強度條件屈服強度1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋s=0.85b2. 2. 鋼筋的鋼筋的塑性性能塑性性能 （1）伸長率：伸長率：（2）冷彎性能：冷彎性能： 延伸率越大，鋼筋的延伸率越大，鋼筋的塑性性能塑性性能越好。越好。111100%lll 彎心彎心直徑直徑越小，彎過的越小

23、，彎過的角度角度越大，越大，冷彎性能越好，鋼筋的冷彎性能越好，鋼筋的塑性性能塑性性能越好。越好。1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋1. 1. 成分成分 二、鋼筋的成分、級別、品種二、鋼筋的成分、級別、品種 碳素鋼碳素鋼 普通低合金鋼普通低合金鋼 1-31-3鋼筋鋼筋2. 2. 種類種類 按鋼筋外形分按鋼筋外形分二、鋼筋的成分、級別、品種二、鋼筋的成分、級別、品種 光圓鋼筋光圓鋼筋帶肋鋼筋帶肋鋼筋人字形鋼筋人字形鋼筋月牙鋼筋月牙鋼筋螺旋鋼筋螺旋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋2. 2. 種類種類 按

24、生產工藝及加工條件按生產工藝及加工條件二、鋼筋的成分、級別、品種二、鋼筋的成分、級別、品種 冷拉鋼筋冷拉鋼筋熱處理鋼筋熱處理鋼筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋冷拔鋼筋冷拔鋼筋光圓鋼筋光圓鋼筋帶肋鋼筋帶肋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋二、鋼筋的成分、級別、品種二、鋼筋的成分、級別、品種 冷拉BKZZK無時效經時效溫度的影響：溫度達700C時恢復到 冷拉前的狀態(tài)，先焊 后拉特性：只提高抗拉強度，塑性下降冷拔特性：強度提高，塑性下降1-31-3鋼筋鋼筋3. 3. 等級等級 二、鋼筋的成分、級別、品種二、鋼筋的成分、級別、品種 品種品種強度等級強度等級代號代號直直 徑徑(mm)屈服應力屈服應力s s (MPa (MPa)

25、 )抗拉強度抗拉強度b b (MPa (MPa) )伸長率伸長率5 5(%)(%)冷彎冷彎D=彎心直徑彎心直徑d=鋼筋直徑鋼筋直徑外形外形強度級別強度級別不小于不小于光圓光圓鋼筋鋼筋R23582023537025180D=d帶肋帶肋鋼筋鋼筋HRB33562533549016180D=3d2850180D=4dHRB40062540057014180D=4d2850180D=5dKL4008254406001490 D=3d284090 D=4d1-31-3鋼筋鋼筋熱軋鋼筋的符號說熱軋鋼筋的符號說明明（HPB）R235 生產工藝：生產工藝： hot rolledhot rolled 表面形狀：表面形狀：plainplain 鋼筋：鋼筋：barbar 屈服強度屈服強度1-31-3鋼筋鋼筋熱軋鋼筋的符號說明熱軋鋼筋的符號說明HRB335 hot rolledribbed bar （RRB）KL400 remained heat treatmentribbed bar HRB400 1-31-3鋼筋鋼筋（1 1）強度要高）強度要高1-31-3鋼筋鋼筋1-31-3鋼筋鋼筋三、混凝土結構對鋼筋