鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課件

第一章鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第一章鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)基本原理1一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度fcu承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強(qiáng)度大于我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑壓力試件裂縫發(fā)展擴(kuò)張整個(gè)體系解體，喪失承載力另影響強(qiáng)度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)2一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×150非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100×100×100換算系數(shù)0.95200×200×200換算系數(shù)1.05立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級的指標(biāo)，我國規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級有：C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度（單位MPa）立方體抗壓強(qiáng)度fcu一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)3一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度棱柱體抗壓強(qiáng)度fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：150×150×450考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，且有：fck=αfcu,k

α為0.76（C50以下），0.77-0.82（C55-C80）(試驗(yàn)結(jié)果)對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150,h=300），有fck’=0.79fcu,k圓柱體抗壓強(qiáng)度一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)4一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度承壓板試塊在實(shí)際工程中，考慮到構(gòu)件混凝土與試件混凝土因制作工藝、受荷情況和環(huán)境條件的不同，按《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50283-1999）條文建議說明，取用抗壓強(qiáng)度平均換算系數(shù)為0.88；并假定構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)與立方體抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)相同；則構(gòu)件混凝土柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為（設(shè)計(jì)值*1.45）：fck=0.88*α*β*

fcu,k對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圓柱體抗壓強(qiáng)度脆性折減系數(shù)，C40-C80之間按1.0-0.87線性插入（p419）一、混凝土的強(qiáng)度和變形

1.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)5一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度直接受拉試驗(yàn)ft100100150150500試驗(yàn)結(jié)果：ft=0.26fcu2/3考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷速度等的影響，取ft=0.23fcu2/3一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)6一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度劈裂試驗(yàn)ftsddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂與抗壓試驗(yàn)結(jié)果有：fts=0.19fcu3/4一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)7一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度1.01.2拉1.01.2-0.125-0.125

2/fc

1/fc壓

/fc

/fc0.20.1-0.1

0.00.61.0單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度雙向正應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強(qiáng)度曲線一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)8一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度三向受壓時(shí)的混凝土強(qiáng)度

1=fcc’

1=fcc’

2=

3=fLfL----側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗(yàn)有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng)度無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度一、混凝土的強(qiáng)度和變形

2.復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)9一、混凝土的強(qiáng)度和變形

3.混凝土的疲勞強(qiáng)度破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf

3

2

1

疲勞強(qiáng)度<fcfcf的確定原則：100×100×300或150×150×450的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時(shí)發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值一、混凝土的強(qiáng)度和變形

3.混凝土的疲勞強(qiáng)度破壞重復(fù)荷載10一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810加載速度提高，測得混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系作用是：峰值應(yīng)力后，吸收試驗(yàn)機(jī)的變形能，測出下降段一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能fco011一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型

u=0.0038

0=0.002o

cfc

c0.15fc

u=0.0035

0=0.002o

cfc

c美國Hognestad模型德國Rüsch模型一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能單軸受壓時(shí)的12一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型----中國規(guī)范

u

0o

cfc

c一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能單軸受壓時(shí)的13一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能側(cè)向受約束時(shí)混凝土的變形特點(diǎn)

cu約束混凝土非約束混凝土

c

cfccfcEsecEc

c02

c0

sp

cco環(huán)箍斷裂一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能側(cè)向受約束時(shí)14一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能軸向受拉時(shí)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

t

to

t0

tu

ft

t(MPa)0

(mm)

cr=0.00012試件：76

19

305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06標(biāo)距＝83mm

理論模型?。。∫?、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能軸向受拉時(shí)混15一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能重復(fù)荷載下混凝土的變形性能

p

e

包絡(luò)線與一次性加載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能重復(fù)荷載下混16一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的彈性模量

c

c

c

c

e

p

0

1原點(diǎn)切線模量（彈性模量）：拉壓相同變形模量（割線模量、彈塑性模量）切線模量受壓時(shí)，為0.4~1.0；受拉破壞時(shí)，為1.0一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的彈性17一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的彈性模量的試驗(yàn)方法（150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試件）

c/fc

c0.55~10次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的彈性18一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在壓力較小時(shí)為0.15~0.18，接近破壞時(shí)可達(dá)0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量為一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的泊松19一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能長期荷載作用下混凝土的變形性能----徐變0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)

c<0.5fc，線性徐變

c>0.5fc，非線性徐變

cr

e

e’

e’’

cr’P原因之一，膠凝體的粘性流動原因之二，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能長期荷載作用20一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能長期荷載作用下混凝土的變形性能----影響徐變的因素應(yīng)力：

c<0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比----線性徐變0.5fc<

c<0.8fc，非線性徐變

c>0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定加荷時(shí)混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能長期荷載作用21一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的收縮----結(jié)硬過程中混凝土體積縮小的性質(zhì)水泥品種：等級越高，收縮越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收縮越大骨料：骨料越硬，收縮越小養(yǎng)護(hù)條件、制作方法、使用環(huán)境、體積與表面積的比值等一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能混凝土的收縮22一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs

s1

c1P

s2As

s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變：

s，c

一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能徐變對混凝土23一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的影響As

sAs

s收縮：鋼筋受壓，混凝土受拉As一、混凝土的強(qiáng)度和變形

4.混凝土的變形性能收縮對混凝土24課后思考1:

我國規(guī)范規(guī)定的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的定義。(如何由立方體抗壓強(qiáng)度到設(shè)計(jì)強(qiáng)度？)

試闡明徐變的概念及其與收縮概念的不同。課后思考1:

我國規(guī)范規(guī)定的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的定義。25二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25~0.6%）高碳鋼（含碳量0.6~1.4%）普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種按化學(xué)26二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種鋼筋熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋R235（HPB235），熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，余熱處理鋼筋KL400（RRB400）

冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、KL400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工第一個(gè)字母H代表熱軋(Hotrolled)，R代表余熱處理（Remainedheattreatment）；第二個(gè)字母表示表面形狀，P代表光面（plain）、R代表帶肋（Ribbed）；第三個(gè)字母B代表鋼筋（Bar），尾部數(shù)字為強(qiáng)度等級光圓鋼筋強(qiáng)度等級代號

二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種鋼筋熱27二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種月牙肋二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種月牙肋28二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種鋼絲碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：七根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種鋼絲碳29二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種按表面形狀光圓鋼筋變形鋼筋鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋：R235，HRB335，HRB400，KL400預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的成分、級別和品種按表面30二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

AB’BCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強(qiáng)化段0.2%

0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線AB31二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

AB’BCDE0.2%

0.2強(qiáng)度指標(biāo)*明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)?，鋼筋屈服后會產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用*無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度

二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線AB32二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

7.鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型

s

s

s=Es

s

y

s,hfy

s

s

s=Es

s

y

s,hfyfs,u

s,u

s,u

s

s

s=Es

s

yfy

s,hfs,u有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

7.鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型33二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定的具有一定保證率（鋼筋為97.73%）的統(tǒng)計(jì)特征值：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-2×均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線強(qiáng)度指標(biāo)34二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

AB’BCDE0.2%

0.2變形指標(biāo)*伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值*冷彎要求：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂

二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線AB35二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拉

BKZZ’K‘殘余變形冷拉伸長率無時(shí)效經(jīng)時(shí)效K點(diǎn)的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制溫度的影響：溫度達(dá)700oC時(shí)恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性下降二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拉36二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拔經(jīng)過37二、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理熱處理對特定鋼號的鋼筋進(jìn)行淬火和回火處理