混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第2章

第二章混凝土結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能2.1混凝土的性能2.2鋼筋的性能2.3鋼筋與混凝土的相互作用:90/civil/index.htm2.1混凝土的性能1混凝土的組成2混凝土的強(qiáng)度3混凝土的變形:90/civil/index.htm2.1.1混凝土的組成

由水泥、石、砂、水按一定的配合比制成，經(jīng)凝結(jié)硬化形成的復(fù)合材料。通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種類型：Ａ.微觀結(jié)構(gòu)：即水泥石結(jié)構(gòu)Ｂ.亞微觀結(jié)構(gòu)：即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)。Ｃ.宏觀結(jié)構(gòu)：即砂漿和粗骨料兩組分體系。混凝土的組成:90/civil/index.htm2.1.1混凝土的組成

1、混凝土為多相、多種材料、具有初始缺陷；

2、骨料的分布及骨料與基相之間在界面的結(jié)合強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素；

3、在荷載的作用下，微裂縫的擴(kuò)展對混凝土的力學(xué)性能有著極為重要的影響。注意::90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度混凝土立方體抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度混凝土在復(fù)雜應(yīng)力下強(qiáng)度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度

在混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)。（1）立方體的抗壓強(qiáng)度fcu

從C15～C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級，級差為。

混凝土的強(qiáng)度等級是用抗壓強(qiáng)度來劃分:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度（2）軸心抗壓強(qiáng)度fc150mm×150mm×300mm棱柱體

用立方體強(qiáng)度反映：考慮實(shí)際情況(施工狀況、養(yǎng)護(hù)條件等)真實(shí)反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓度。:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度

混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可以采用直接軸心受拉或圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)的試驗(yàn)方法來測定。劈拉試驗(yàn)FaFFF劈裂試驗(yàn)（3）軸心抗拉強(qiáng)度ft混凝土構(gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。拉壓壓:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度

在平面（兩向）應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)兩方向應(yīng)力均為壓應(yīng)力時(shí)，抗壓強(qiáng)度相互提高，最大可增加27％，而當(dāng)一方向?yàn)閴簯?yīng)力，另一方向?yàn)槔瓚?yīng)力時(shí)，強(qiáng)度相互降低。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度

同一種混凝土的各種強(qiáng)度（立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、兩向強(qiáng)度、三向強(qiáng)度、局壓強(qiáng)度）相互之間都有一定的關(guān)系。:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的強(qiáng)度:90/civil/index.htm2.1.2混凝土的變形骨料水泥結(jié)晶體水泥凝膠體彈性變形的基礎(chǔ)塑性變形的基礎(chǔ)混凝土變形與材料組成的關(guān)系混凝土:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形（1）一次短期荷載作用的變形:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形CBDEfc

0

0???A

cu??一次短期荷載作用的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系OA–––彈性階段

A:0.3fcAB–––彈塑性階段、裂縫穩(wěn)定階段BC–––裂縫不穩(wěn)定階段

:0.8fc～1.0fc

:0.3fc～0.8fc

:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形

0

–––對應(yīng)于峰值點(diǎn)應(yīng)變《規(guī)范》

0

=0.002

cu

–––混凝土極限壓應(yīng)變《規(guī)范》

cu

=0.0033fc

–––軸心抗壓強(qiáng)度特征點(diǎn)：:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形變形模量一次短期荷載作用的變形模量彈性模量切線模量:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形（2）長期荷載作用下的變形—徐變

混凝土在荷載的長期作用下，其變形隨時(shí)間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變。:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形徐變對混凝土結(jié)構(gòu)工作性能有很大影響。使構(gòu)件的變形增加引起應(yīng)力重分布引起預(yù)應(yīng)力的損失影響徐變的因素有混凝土的級配、水灰比、初始加載齡期、初應(yīng)力大小，養(yǎng)護(hù)使用條件等。:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形徐變性質(zhì)：線性徐變

c0.5fc非線性徐變

c>0.5fc當(dāng)

c>0.8fc，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞，一般取混凝土應(yīng)力約作為混凝0.75～0.8fc土的長期抗壓強(qiáng)度。:90/civil/index.htm2.1.3混凝土的變形重復(fù)荷載作用下的變形—疲勞（3）重復(fù)荷載作用下的變形—疲勞:90/civil/index.htm2.2鋼筋的性能2.2.1鋼筋的種類2.2.2鋼筋的力學(xué)性能2.2.3鋼筋的加工、處理2.2.4鋼筋的質(zhì)量檢驗(yàn):90/civil/index.htm2.2.1鋼筋的種類

鋼筋的種類

元素組成：碳鋼（低、中、高碳鋼）

合金鋼（錳、硅、釩等）

加工方式：熱軋、冷拉、熱處理鋼筋

強(qiáng)度等級：HPB300、HRB335、HRBF335、

HRB400、HRBF400、RRB400、

HRB500、HRBF500

外形：光圓鋼筋、變形鋼筋、鋼絲、鋼絲束、鋼絞線:90/civil/index.htm2.2.1鋼筋的種類:90/civil/index.htm2.2.2鋼筋的力學(xué)性能根據(jù)力學(xué)性能不同分為：硬鋼：無明顯流幅的鋼筋(鋼絲、熱處理鋼筋)軟鋼：有明顯流幅的鋼筋(熱軋鋼筋、冷拉鋼筋):90/civil/index.htm2.2.2鋼筋的力學(xué)性能軟鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系硬鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系比例極限屈服強(qiáng)度極限強(qiáng)度o

(N/mm2)

fyfted流幅abc0.2%

0.2

(N/mm2)

o:90/civil/index.htm2.2.2鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)：

軟鋼：屈服強(qiáng)度、延伸率、屈強(qiáng)比

硬鋼：條件屈服點(diǎn)殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力，《規(guī)范》取為0.85fu。:90/civil/index.htm2.2.2鋼筋的力學(xué)性能鋼筋的加工與處理

鋼筋的冷加工（冷拉、冷拔）鋼筋的熱處理（淬火、回火）:90/civil/index.htm2.2.3鋼筋的力學(xué)性能強(qiáng)度塑性變形（伸長率、冷彎）焊接鋼筋的質(zhì)量檢驗(yàn):90/civil/index.htm2.3鋼筋與混凝土的相互作用2.3.1粘結(jié)及粘結(jié)的作用2.3.2粘結(jié)的組成2.3.3粘結(jié)強(qiáng)度2.3.4粘結(jié)與滑移的關(guān)系2.3.5影響粘結(jié)的因素2.3.6保證粘結(jié)的措施:90/civil/index.htm2.3.1粘結(jié)及粘結(jié)的作用粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)。

鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力示意圖（a）錨固粘結(jié)應(yīng)力（b）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力粘結(jié)的意義：:90/civil/index.htm2.3.2粘結(jié)的組成

光圓鋼筋與變形鋼筋具有不同的粘結(jié)機(jī)理，其粘結(jié)作用主要由三部分組成：（１）膠結(jié)：鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力），一般很小，僅在受力階段的局部無滑移區(qū)域起作用，當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑移時(shí)，該力即消失。（２）摩擦：混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩阻力。（３）咬合：鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用力（咬合力）。對于光圓鋼筋，這種咬合力來自于表面的粗糙不平。:90/civil/index.htm2.3.3粘結(jié)強(qiáng)度鋼筋與混凝土之間粘結(jié)示意圖:90/civil/index.htm2.3.4粘結(jié)與滑移的關(guān)系:90/civil/index.htm2.3.5影響粘結(jié)的因素混凝土強(qiáng)度：混凝土強(qiáng)度越高，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也越高；保護(hù)層厚度：混凝土保護(hù)層較薄時(shí)，其粘結(jié)力降低，并在保護(hù)層最薄弱位置容易出現(xiàn)劈裂裂縫，促使粘結(jié)力提早破壞；鋼筋表面形狀：帶肋鋼筋表面凹凸不平，與混凝土之間的機(jī)械咬合力較好，破壞時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度大；光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度則較小，所以要在鋼筋端部做成彎鉤，可以增加拔力；橫向壓應(yīng)力：如支座處的反力作用在鋼筋錨固端，增大了摩阻力，有利于粘結(jié)錨固。澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置：澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置也會影響粘結(jié)的強(qiáng)度。:90/civil/index.htm2.3.6保證粘結(jié)的措施（1）對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證最小搭接長度和錨固長度。（2）為了保證混凝土與鋼筋之間有足夠的粘結(jié)，必須滿足鋼筋