鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能課件

2024/12/24

以混凝土材料為主，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管或纖維等形成的主要承重結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteStructures）。1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念素混凝土PlainConcrete纖維增強(qiáng)混凝土FiberReinforcedConcrete鋼骨混凝土SteelReinforcedConcrete鋼筋混凝土ReinforcedConcrete鋼管混凝土ConcreteFilledSteelTube預(yù)應(yīng)力混凝土PrestressedConcrete鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)CompositeStructure1基本概念2024/12/24

抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低通?？估瓘?qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/8~1/20

破壞時(shí)具有明顯的脆性特征混凝土的材料特性1基本概念2024/12/24

抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性細(xì)長的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲鋼筋的材料特性1基本概念2024/12/24混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)素混凝土梁L=1500mm120200C20P鋼筋混凝土梁L=1500mm1202002f14C20PP=4.4kNP=62.5kN

由上述對(duì)比試驗(yàn)可知：鋼筋混凝土梁的承載力比素混凝土梁大大提高（14倍）；素混凝土梁破壞突然，沒有明顯預(yù)兆；而鋼筋混凝土梁則表現(xiàn)出較好的延性，破壞前有明顯預(yù)兆；鋼筋混凝土梁最終由于混凝土被壓碎而破壞，此時(shí)鋼筋已經(jīng)屈服，鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度均得到充分利用。1基本概念2024/12/24將混凝土和鋼筋這兩種材料有機(jī)地結(jié)合在一起，可以取長補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的材料性能。共同工作的主要原因：*混凝土和鋼筋之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在一起，可共同受力，共同變形*兩者的溫度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力破壞兩者的粘結(jié)力，混凝土：1.0×10-5~1.5×10-5/C，鋼筋：1.2×10-5/C*混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化1基本概念2024/12/24目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2024/12/242.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展取決于混凝土材料的發(fā)展2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生*1824年，英國人J.Aspdin發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土；*1849年，法國人JosephLouisLambot用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船----最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；*1861年，法國花匠J.Monier用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請(qǐng)了專利，后由申請(qǐng)年了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利----盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認(rèn)為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者；*1884年，德國人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了鋼筋應(yīng)配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計(jì)算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。2024/12/24強(qiáng)度不斷提高，性能不斷改善美國60年代混凝土抗壓強(qiáng)度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，有特殊需要時(shí)：40N/mm2~100N/mm2，試驗(yàn)室中：300N/mm2輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用容重一般為：14kN/m3~18kN/m3(普通混凝土為24kN/m3)，加氣混凝土、陶?；炷?、火山巖混凝土、碎磚混凝土等無砂混凝土(Non-finesconcrete):只有粗骨料，無細(xì)骨料容重小，水的毛細(xì)現(xiàn)象不顯著，透水性大，水泥用量少，施工簡單

FRP筋的應(yīng)用(強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，抗腐蝕)

用FRP筋代替鋼筋2.2材料方面的發(fā)展2發(fā)展?fàn)顩r2024/12/24綠色混凝土：環(huán)保節(jié)能透明混凝土透水混凝土清水混凝土粉煤灰加氣混凝土世博寧波館獨(dú)特的豎條毛竹模板清水混凝土剪力墻

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智能混凝土智能——能感知環(huán)境條件，做出相應(yīng)行動(dòng)自診斷：碳纖維，光纖傳感自調(diào)節(jié)：形狀記憶合金SMA

自修復(fù):自行愈合和再生2024/12/242.3結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展2發(fā)展?fàn)顩r預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在混凝土的受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重結(jié)構(gòu)體系的豐富不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、FRP混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等2024/12/242.4理論研究方面的發(fā)展2發(fā)展?fàn)顩r設(shè)計(jì)方法允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法破壞階段設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法半經(jīng)驗(yàn)半概率法近似概率法全概率法K·S≤R

≤[

]=f/KS(

kqi·qik)≤R(fck/kc,fsk/ks,As,b)2024/12/24結(jié)構(gòu)基本理論----如何設(shè)計(jì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計(jì)算、設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用2.4理論研究方面的發(fā)展2發(fā)展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一截面屈服后，將在荷載不增加的情況下產(chǎn)生持續(xù)的塑性變形，構(gòu)件可能在鋼筋未進(jìn)入強(qiáng)化段前就產(chǎn)生過大的變形和裂縫，結(jié)構(gòu)不能正常使用或已破壞。自調(diào)節(jié)：形狀記憶合金SMA無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度*1824年，英國人J.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)械咬合力較將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一定的角度(冷彎角度)，用放大鏡檢查試件表面，如無裂縫、分層以及鱗落等現(xiàn)象，認(rèn)為材料的冷彎性能合格。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.混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能混凝土的收縮(Shrinkage)強(qiáng)度不斷提高，性能不斷改善另外，體表比小，表面積相對(duì)大，加快蒸發(fā)，收縮也大。l0—不包含頸縮區(qū)拉伸前的量測(cè)標(biāo)距長度SteelReinforcedConcrete內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進(jìn)入下降段。在常溫下用機(jī)械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力值，然后卸載至零。*1849年，法國人JosephLouisLambot用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船----最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一定的角度(冷彎角度)，用放大鏡檢查試件表面，如無裂縫、分層以及鱗落等現(xiàn)象，認(rèn)為材料的冷彎性能合格。使受彎構(gòu)件的撓度增大；雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度(BiaxialStressState)經(jīng)過停放或加熱后進(jìn)一步提高了屈服強(qiáng)度并恢復(fù)了屈服臺(tái)階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時(shí)效硬化。強(qiáng)度指標(biāo)的確定(鋼材廢品限值)ftk5×10-5/C，鋼筋：1.2024/12/242.4理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論----舊結(jié)構(gòu)的維護(hù)、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來）承載力計(jì)算耐久性評(píng)估壽命預(yù)測(cè)損傷分析加固理論修復(fù)理論災(zāi)害評(píng)估等2發(fā)展?fàn)顩r2024/12/242.4理論研究方面的發(fā)展2發(fā)展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)基本理論----計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用Ansys,Abaqus,Femap，PKPM,ADINA2024/12/24鋼筋混凝土兩者間的粘結(jié)強(qiáng)度變形粘結(jié)破壞的過程和機(jī)理2024/12/24目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2024/12/243.混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能

PasteSandMortarGravelConcreteCementWater混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按一定比例組成，經(jīng)凝結(jié)和硬化形成的復(fù)合材料。2024/12/243砼3.1混凝土強(qiáng)度(StrengthofConcrete)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)度混凝土復(fù)合強(qiáng)度CubicCompressiveStrengthCompressiveStrengthTensileStrengthMulti-Strength抵抗外力產(chǎn)生的某種應(yīng)力的能力2024/12/243砼混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu承壓板試塊混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按邊長為150mm立方體試件的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定?？箟簭?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系指用標(biāo)準(zhǔn)方法制作、養(yǎng)護(hù)至28d齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度(以MPa計(jì)).C15,C20,C25,C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80Normal-strengthconcretehigh-strengthconcretefm-1.645σfm正態(tài)分布2024/12/24立方體抗壓強(qiáng)度影響因素端部約束：潤滑劑試件尺寸：加載速度：＜C30,0.3-0.5MPa/s；＞C30,0.5-0.8MPa齡期：隨齡期逐漸增長3砼標(biāo)準(zhǔn)試塊：150mm×150mm×150mm非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100mm×100mm×100mm

換算系數(shù)0.95200mm×200mm×200mm

換算系數(shù)1.05混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑2024/12/24混凝土軸心抗壓強(qiáng)度fc：按照與立方體試件相同條件制作和試驗(yàn)方法 測(cè)得的棱柱體試件的極限抗壓強(qiáng)度值3砼承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊:150×150×300mm

c1—棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，對(duì)C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,對(duì)C80砼取0.82,中間按線性規(guī)律變化；

c2—C40以上混凝土脆性折減系數(shù)，對(duì)C40取1.0，對(duì)C80取0.87，中間按線性規(guī)律變化。0.88-考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異，對(duì)混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)。國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)等）采用的圓柱體試件6×12in(152×305mm)2024/12/242024/12/24混凝土抗拉強(qiáng)度ft3砼劈裂強(qiáng)度ftsSplittingStrength實(shí)驗(yàn)表明：ft<fts2024/12/24巴西圓盤-巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試方法2024/12/24

f150—150mm立方體抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)。2024/12/24復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度雙軸應(yīng)力下的強(qiáng)度(BiaxialStressState)3砼

①雙向受拉，接近單軸抗拉強(qiáng)度；②雙向受壓，混凝土的側(cè)向變形受到約束，強(qiáng)度提高；

③一拉一壓，加速了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，抗拉、抗壓強(qiáng)度均降低。2024/12/24復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度剪應(yīng)力

和正應(yīng)力

共同作用(shearandnormalstress)混凝土的抗剪強(qiáng)度：隨拉應(yīng)力增大而減小，隨壓應(yīng)力增大而增大當(dāng)壓應(yīng)力在0.6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。3砼2024/12/24復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度三向受壓強(qiáng)度(Triaxialcompressivestrengthtesting

)

1=fcc’

1=fcc’

2=

3

2----側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）無側(cè)向約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng)度k——側(cè)向效應(yīng)系數(shù)

(4.5-7.0)3砼2024/12/24混凝土的疲勞強(qiáng)度FatigueStrength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3砼2024/12/243砼2024/12/24受力變形：砼由于荷載作用下的變形

單調(diào)短期加載：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

荷載長期作用：徐變多次重復(fù)荷載作用下體積變形：砼收縮以及溫度變化產(chǎn)生的變形

收縮3.2混凝土的變形(DeformationofConcrete)3砼2024/12/24混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能Stress-strainRelationship分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力、建立承載力和變形計(jì)算理論的必要依據(jù)，也是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性分析的基礎(chǔ)。3砼02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO試件為棱柱體或圓柱體2024/12/24A點(diǎn)以前：微裂縫沒有明顯發(fā)展，主要彈性變形。對(duì)普通強(qiáng)度混凝土sA約為

(0.3~0.4)fc

，對(duì)高強(qiáng)混凝土sA可達(dá)(0.5~0.7)fc

cu02468102030s(MPa)e×10-3ABCEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度，但塑性降低。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念齡期越長，混凝土硬化越充分，水泥石晶體所占比例越大，gel粘性流動(dòng)少，徐變小。下降段：隨著混凝土強(qiáng)度的提高而更為陡峭。（5）與混凝土具有良好的粘結(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念極限強(qiáng)度b:頸縮出現(xiàn)下降段，直到拉斷。6fc左右時(shí)，抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，壓應(yīng)力繼續(xù)增大，則由于內(nèi)裂縫發(fā)展明顯，抗剪強(qiáng)度將隨壓應(yīng)力的增大而減小。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40。CompositeStructure屈服下限干縮(DryingShrinkage)：混凝土硬化后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā)混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能加載速度：＜C30,0.鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能200mm×200mm×200mm換算系數(shù)1.混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能細(xì)長的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲光面鋼絲：一般以鋼絞線的形式應(yīng)用取dx體平衡條件可得*1884年，德國人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了鋼筋應(yīng)配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計(jì)算理論。2024/12/24AB段：部分塑性變形，應(yīng)力－應(yīng)變逐漸偏離直線。B點(diǎn)時(shí)的裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，試件的橫向變形突然增大，常取sB作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度；普通強(qiáng)度混凝土sB約為0.8fc

，高強(qiáng)混凝土sB可達(dá)0.95fc

cu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/12/24C點(diǎn)：峰值應(yīng)力(混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度)。相應(yīng)的縱向壓應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變，約為0.002。內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，試件承載力開始減小而進(jìn)入下降段。繼續(xù)發(fā)展至D點(diǎn)時(shí)，破壞面初步形成。(fc,

0)

cu02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFOe0

fc軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/12/24E點(diǎn)以后，縱向裂縫形成一個(gè)斜向的破壞面，此破壞面在正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用下形成破壞帶。此時(shí)試件的強(qiáng)度由破壞面上骨料間的摩阻力提供。隨著應(yīng)變進(jìn)一步發(fā)展，摩阻力不斷下降，試件的殘余強(qiáng)度約為0.1~0.4fc02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO（拐點(diǎn)）（收斂點(diǎn)）軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/12/24軸心受壓混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線02468102030s(MPa)e×10-3BACEDFO1.三個(gè)特征值

峰值應(yīng)力

fc

峰值應(yīng)變

0

極限壓應(yīng)變

cu

2.混凝土是一種彈塑性材料3.曲線上升段高低反映混凝土強(qiáng)度大小，下降段陡緩反映混凝土變形能力的大小(fc,

0)

cu2024/12/24影響因素砼的強(qiáng)度↑：峰值應(yīng)變?cè)龃?，延性低?yīng)變速率↓：峰值應(yīng)變?cè)龃?，坡度緩試?yàn)條件：應(yīng)變加載，標(biāo)距，約束混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能

(MPa)fco

0

(

10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢

cu約束混凝土非約束混凝土

c

cfccfcEsecEc

c02

c0

sp

cco環(huán)箍斷裂3砼強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-2×均方差鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能混凝土的收縮(Shrinkage)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念CubicCompressiveStrength世博寧波館獨(dú)特的豎條毛竹模板清水混凝土剪力墻光面鋼絲：一般以鋼絞線的形式應(yīng)用D越小，越大，則鋼筋的冷彎性能越好，說明鋼筋的塑性好?；炷恋钠趶?qiáng)度FatigueStrength鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能極限強(qiáng)度b:頸縮出現(xiàn)下降段，直到拉斷。徑向裂縫達(dá)到表面，形成沿鋼筋的縱向劈裂裂縫。鋼筋計(jì)算的基本指標(biāo)fyCompositeStructure經(jīng)屈服，鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度均得到充分利用。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。在RC構(gòu)件中，受到混凝土極限應(yīng)變的限制，截面達(dá)到破壞時(shí)鋼筋不大可能進(jìn)入這樣大的應(yīng)變狀態(tài)。2024/12/24彈性模量(ModulusofElasticityorElasticModulus)混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能3砼2024/12/24單向受拉混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能上升段：加載初期，變形與應(yīng)力線形增長，至極值應(yīng)力的40-50%達(dá)到比例極限；76-83%出現(xiàn)臨界點(diǎn)(不穩(wěn)定擴(kuò)展開始)；峰值對(duì)應(yīng)的應(yīng)變隨抗拉強(qiáng)度的增加而增大，在50-270范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)混凝土C15-C40時(shí)，極限拉伸值小于受壓，計(jì)算時(shí)取

tu=100u

。下降段：隨著混凝土強(qiáng)度的提高而更為陡峭。Et=Ec3砼2024/12/24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混凝土單調(diào)短期加載下的變形性能經(jīng)驗(yàn)公式(Poisson’sratio)：在壓力較小時(shí)0.15-0.18，接近破壞時(shí)0.5以上，一般0.2混凝土的剪切模量為ShearModulus3砼2024/12/24混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形性能（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的?；炷猎诤奢d重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動(dòng)的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大，在重復(fù)荷載作用下，混凝土的強(qiáng)度和變形有著重要的變化。2024/12/24Oεσσ1σ3fcf混凝土多次重復(fù)加載卸載的應(yīng)力—應(yīng)變曲線2024/12/24混凝土長期加載下的變形性能—徐變(Creep)P3砼在荷載不變的情況下隨時(shí)間而增長的變形稱為徐變2024/12/24

徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響使受彎構(gòu)件的撓度增大；使柱的偏心矩增大；使預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)應(yīng)力損失；徐變使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，因而引起鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力的減小，成為預(yù)應(yīng)力損失。使截面上的應(yīng)力重分布。以柱為例，任一時(shí)刻，外界荷載P=Pc+Ps。當(dāng)徐變發(fā)生后，混凝土似乎變軟，受到鋼筋的拉力反力，減小了混凝土的承壓力，而鋼筋的壓力增大?；炷灵L期加載下的變形性能—徐變3砼2024/12/24徐變的主要原因水泥凝膠體在荷載作用下發(fā)生粘性流動(dòng)，結(jié)晶體內(nèi)部逐漸滑動(dòng)，造成變形增大(針對(duì)應(yīng)力不大時(shí)的主要原因)?；炷羶?nèi)部的微裂縫發(fā)展的結(jié)果(針對(duì)應(yīng)力較大時(shí)的主要原因)?；炷灵L期加載下的變形性能—徐變3砼2024/12/24徐變的影響因素應(yīng)力大小

<0.5fc

，線性徐變

=(0.5-0.8)fc，非線形徐變

>0.8fc

，曲線為發(fā)散性。可用作為普通混凝土長期抗壓強(qiáng)度。齡期影響齡期越長，混凝土硬化越充分，水泥石晶體所占比例越大，gel粘性流動(dòng)少，徐變小。

混凝土長期加載下的變形性能—徐變3砼2024/12/24材料組成 骨料本身沒有徐變特性，但作為剛度較大的彈性體，可以限制約束徐變的大小。因此，骨料的剛度越大，在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例越大，則徐變?cè)叫?。水灰比小，使gel的粘滯度降低，徐變減小。外部環(huán)境：養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫度和濕度 養(yǎng)護(hù)時(shí)，溫度越高，濕度大，則水泥水化作用越充分(晶體多，gel少)，徐變小。使用時(shí)，溫度高，相對(duì)濕度低，徐變大，因?yàn)樵诳傂熳冞€包括由于混凝土內(nèi)部水分受到外力后向外溢出的徐變。試件體表比小，表面積相對(duì)大，徐變大?；炷灵L期加載下的變形性能—徐變徐變與塑性的區(qū)別？3砼2024/12/24體積變形混凝土的收縮(Shrinkage)混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。在水中結(jié)硬時(shí)，體積膨脹(dilationorswelling)收縮變形與時(shí)間的關(guān)系早期收縮變形發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成50%，以后變形發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過程可延續(xù)兩年以上。通常，最終收縮應(yīng)變值約為(2~5)×10-4。3砼2024/12/24收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

受到制約，在砼中產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，影響正常使用；在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，可引起預(yù)應(yīng)力損失。措施：澆注時(shí)設(shè)置施工(伸縮)縫，待混凝土收縮充分收縮后再將縫澆好。收縮的主要原因凝縮(SettingShrinkage)：水泥水化作用過程中形成的晶體比原材料體積小干縮(DryingShrinkage)：混凝土硬化后期混凝土內(nèi)部自由水分的蒸發(fā)或濕度下降引起混凝土的收縮(Shrinkage)3砼2024/12/24收縮的影響因素混凝土的組成和配比是影響主要因素。水泥用量大(水泥晶體多)，水灰比大(后期失水)，收縮大。骨料對(duì)收縮也有制約作用，所以骨料所占體積大，剛度高，制約作用強(qiáng)，收縮小。養(yǎng)護(hù)和使用條件下的溫度和濕度：蒸汽養(yǎng)護(hù)可加快水化作用，減少混凝土中的自由水(游離水)，使以后蒸發(fā)用水減少，從而減小收縮。使用環(huán)境溫度高，濕度低，都容易使自由水蒸發(fā)，使收縮增大。另外，體表比小，表面積相對(duì)大，加快蒸發(fā)，收縮也大?；炷恋氖湛s(Shrinkage)3砼2024/12/24As

sAs

s收縮：鋼筋受壓，混凝土受拉AsPAsPAs

s1

c1P

c2As

s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會(huì)引起混凝土開裂徐變：

s

，c

徐變和收縮2024/12/24目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2024/12/244.1鋼筋的分類(SteelReinforcement)碳素鋼(Fe,C,Si,Mn,P,S)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(Ti,V,Mn)硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系按化學(xué)成分CarbonsteelLowalloy-steel強(qiáng)度高，塑性和低溫沖擊韌性好強(qiáng)度高，塑性可焊性低4鋼筋2024/12/24

鋼筋(4-40mm)熱軋鋼筋：將鋼材(低碳鋼，普通低合金鋼)在高溫狀態(tài)下用機(jī)械方法扎制冷加工鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下機(jī)械拉伸而成，提高強(qiáng)度和節(jié)約鋼材熱處理鋼筋：將HRB400、KL400鋼筋通過加熱、淬火、回火而成按加工工藝碳素鋼絲光面鋼絲：一般以鋼絞線的形式應(yīng)用刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力(indentedwire)鋼絞線不同數(shù)量鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起。其中7股用得較多。強(qiáng)度高柔軟，盤彎運(yùn)輸，在大跨橋中用。螺旋肋鋼絲：先張法預(yù)應(yīng)力混凝土，粘結(jié)性能良好4.1鋼筋的分類4鋼筋2024/12/24外形種類強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)ftk屈服強(qiáng)度(MPa)工程符號(hào)直徑范圍d/mm光圓鋼筋低碳鋼IR235(HPB235)2358-20帶肋鋼筋低合金鋼IIHRB3353356-50IIIHRB4004006-50余熱處理KL400(RRB)4408-40常用熱軋鋼筋R4鋼筋表面形狀：plain屈服強(qiáng)度HPB235生產(chǎn)工藝：hotrolled鋼筋：barHRB335hotrolledribbedbarRRB400Remainedheattreatmentribbedbar2024/12/24HPB235：質(zhì)量穩(wěn)定，塑性好易成型，但屈服強(qiáng)度較低，不宜用于結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋；HRB335：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和塑性均較好，是目前主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；HRB400：帶肋鋼筋，有利于與混凝土之間的粘結(jié)，強(qiáng)度和塑性均較好，是今后主要應(yīng)用的鋼筋品種之一；RRB400：是HRB335鋼筋熱軋后快速冷卻，利用鋼筋內(nèi)溫度自行回火而成，淬火鋼筋強(qiáng)度提高，但塑性降低，余熱處理后塑性有所改善。一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋2024/12/24混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010牌號(hào)符號(hào)公稱直徑

d（mm）屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

fyk（N/mm2）極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

fstk（N/mm2）HPB300

6～22300420HRB335

6～50335455HRBF335

HRB400

6～50400540HRBF400

RRB400

HRB500

6～50500630使用原則：優(yōu)先使用400MPa級(jí)鋼筋;積極推廣500MPa級(jí)鋼筋;取消235MPa光圓鋼筋;逐步限制、淘汰335MPa級(jí)鋼筋。2024/12/242024/12/24強(qiáng)度指標(biāo)的確定(鋼材廢品限值)ftk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《公路橋規(guī)》：鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。4鋼筋2024/12/24

BKZZ’K’殘余變形冷拉伸長率無時(shí)效經(jīng)時(shí)效特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性下降冷拉經(jīng)過停放或加熱后進(jìn)一步提高了屈服強(qiáng)度并恢復(fù)了屈服臺(tái)階，這種現(xiàn)象稱為冷拉時(shí)效硬化。*溫度過高(450度以上)強(qiáng)度有所降低而塑性性能卻有所增加,溫度超過700度，鋼材會(huì)恢復(fù)到冷拉前的力學(xué)性能，不會(huì)發(fā)生時(shí)效硬化。為了避免冷拉鋼筋再焊接時(shí)高溫軟化，要先焊好后再進(jìn)行冷拉??！4鋼筋在常溫下用機(jī)械方法將有明顯流幅的鋼筋拉到超過屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力值，然后卸載至零。2024/12/24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，但塑性降低。將鋼筋(HPB235)用強(qiáng)力拔過比本身直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)拉伸力和擠壓力。4鋼筋2024/12/242024/12/24按外形4.1鋼筋的分類光圓(round)：表面平整，截面為圓形變形或帶肋(deformed,ribbed)螺紋鋼筋人字紋月牙紋4鋼筋2024/12/242024/12/24按供應(yīng)方式4.1鋼筋的分類盤圓或盤條鋼筋：直徑為6-10mm的鋼筋卷成圓盤直條或碾條鋼筋：直徑大于12mm的鋼筋軋成6-12m長一根4鋼筋2024/12/244.2鋼筋的強(qiáng)度和變形有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(軟鋼)無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(硬鋼)單向拉伸實(shí)驗(yàn)4鋼筋2024/12/24

AB’BCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)fu拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段標(biāo)距有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋鋼筋計(jì)算的基本指標(biāo)fy

屈服下限結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一截面屈服后，將在荷載不增加的情況下產(chǎn)生持續(xù)的塑性變形，構(gòu)件可能在鋼筋未進(jìn)入強(qiáng)化段前就產(chǎn)生過大的變形和裂縫，結(jié)構(gòu)不能正常使用或已破壞。在RC構(gòu)件中，受到混凝土極限應(yīng)變的限制，截面達(dá)到破壞時(shí)鋼筋不大可能進(jìn)入這樣大的應(yīng)變狀態(tài)。fyfy/fu屈強(qiáng)比:反映出結(jié)構(gòu)可靠性能的大小,小表明結(jié)構(gòu)的可靠儲(chǔ)備越大,一般要求<0.8。

極限強(qiáng)度2024/12/24鋼筋種類Es(×105MPa)R2352.1HRB335,HRB400,KL4002.04鋼筋（1）理想彈塑性模型（2）三段線性模型鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同：Es

鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變簡化模型

有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋2024/12/24有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋塑性性能：延伸率，冷彎性能延伸率(ElongationRate)(ductilityrate)l0—鋼筋拉伸試驗(yàn)試件的應(yīng)變量側(cè)標(biāo)距，常采用l0=5d(

5)或l0=10d(

10)，l—鋼筋拉斷或重新拼和后量側(cè)斷口兩側(cè)的標(biāo)距，即產(chǎn)生殘留伸長后的標(biāo)距。延性好4鋼筋l0l2024/12/24延伸率缺陷

僅反映鋼筋殘余變形，包含斷口頸縮區(qū)域的局部變形；忽略彈性變形，不能反映鋼筋的總體變形能力；人為誤差影響較大2024/12/24l0—不包含頸縮區(qū)拉伸前的量測(cè)標(biāo)距長度l—拉伸斷裂后不包含頸縮區(qū)的量測(cè)標(biāo)距長度

b—最大拉伸應(yīng)力Es—鋼筋的彈性模量4鋼筋均勻拉伸率2024/12/24有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋冷彎性能(ColdBendingProperty)將鋼筋在常溫下繞一定直徑D(彎心直徑)的輥軸彎折一定的角度(冷彎角度)，用放大鏡檢查試件表面，如無裂縫、分層以及鱗落等現(xiàn)象，認(rèn)為材料的冷彎性能合格。D越小，

越大，則鋼筋的冷彎性能越好，說明鋼筋的塑性好。4鋼筋2024/12/24無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(硬鋼)硬鋼(消除應(yīng)力鋼絲，鋼絞線):強(qiáng)度高，但

低，塑性差，脆性大加載到拉斷，沒有明顯的屈服段。用其配筋的RC構(gòu)件，受拉往往突然斷裂，沒有明顯的預(yù)兆曲線特性：比例極限a點(diǎn)前:直線，彈性變化a點(diǎn)后:一定的塑性，應(yīng)力和應(yīng)變均持續(xù)增長極限強(qiáng)度

b:頸縮出現(xiàn)下降段，直到拉斷?！皡f(xié)定流限”(條件屈服點(diǎn))作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，即加載及卸載后，相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的應(yīng)力，用表示，一般相當(dāng)于

b的70-85%，條件屈服強(qiáng)度：

0.2=0.85

b4鋼筋2024/12/244.3鋼筋的徐變和松弛徐變(蠕變)Creep應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛StressRelaxation長度不變，隨時(shí)間的增長應(yīng)力降低對(duì)結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施4鋼筋2024/12/244.4混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求4鋼筋

保證構(gòu)件具有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備。（1）適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比（2）足夠的塑性

避免發(fā)生脆性破壞。（4）耐久性和耐火性（3）可焊性要求鋼筋具備良好的焊接性能。（5）與混凝土具有良好的粘結(jié)

必要的混凝土保護(hù)層厚度以滿足對(duì)構(gòu)件耐火極限的要求。（6）寒冷地區(qū)，防止鋼筋低溫冷脆導(dǎo)致破壞。2024/12/24公路橋涵受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)按下列規(guī)定采用：鋼筋混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C20，當(dāng)用HRB400、KL400級(jí)鋼筋時(shí)，不應(yīng)低于C25。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40。嚴(yán)寒區(qū)、海水區(qū)或使用除冰鹽且受影響的橋涵構(gòu)件，不應(yīng)低于C30；有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)的環(huán)境不應(yīng)低于C35。3砼4.5混凝土和鋼筋的規(guī)范要求2024/12/244.4混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求《公路橋規(guī)》：公路混凝土橋涵的鋼筋應(yīng)按下列規(guī)定采用1鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋宜選用熱扎R235、HRB335、HRB400和KL400鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的箍筋選用其中的帶肋鋼筋，按構(gòu)造要求配置的鋼筋網(wǎng)可采用冷扎帶肋鋼筋。2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)選用鋼絞線、鋼絲；中小型構(gòu)件或豎、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋，也可選用精扎螺紋鋼筋。4鋼筋2024/12/24目錄鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)及變形性能鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能2024/12/24粘結(jié)應(yīng)力(bondstress)：鋼筋與砼接觸面上產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力5.1粘結(jié)力的作用軸心受拉構(gòu)件裂縫出現(xiàn)前的應(yīng)力分布

軸力N通過鋼筋施加在構(gòu)件兩端。端部隨著離開端部距離的增大在距端部lt處，滑移消除。

s減小

c增大取dx體平衡條件可得5粘結(jié)2024/12/245.2粘結(jié)力的特點(diǎn)拔出實(shí)驗(yàn)Pull-outtest粘結(jié)強(qiáng)度:最大平均粘結(jié)應(yīng)力F—拉拔力d—鋼筋直徑l—鋼筋埋置長度5粘結(jié)2024/12/245.2粘結(jié)力的特點(diǎn)5粘結(jié)2024/12/24光圓鋼筋的粘結(jié)破壞

粘結(jié)作用5.3粘結(jié)破壞機(jī)理水泥凝膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力相對(duì)滑移前鋼筋與混凝土接觸面間的摩擦力鋼筋表面粗糙不平的機(jī)械咬合力相對(duì)滑移后粘結(jié)強(qiáng)度：(1.5-3.5MPa)破壞形態(tài)：拔出的剪切破壞破壞面為接觸面鋼筋表面不平、微銹時(shí)可顯著提高咬合力5粘結(jié)2024/12/24變形鋼筋的粘結(jié)破壞變形鋼筋膠著力摩擦力機(jī)械咬合力主要作用5粘結(jié)鋼筋開始滑移后，粘結(jié)力主要由鋼筋凸肋對(duì)混凝土的斜向擠壓力和界面上的摩擦力組成。粘結(jié)強(qiáng)度：(2.5-6.0MPa)

2024/12/24變形鋼筋縱向分量徑向分量構(gòu)件縱向開裂劈裂粘結(jié)破壞：鋼筋外圍混凝土較薄,無環(huán)向鋼筋約束混凝土變形。徑向裂縫達(dá)到表面，形成沿鋼筋的縱向劈裂裂縫。2024/12/24變形鋼筋縱向分量徑向分量混凝土撕裂混凝土局部擠碎刮出式破壞剪切型粘結(jié)破壞：鋼筋沿肋外徑整體滑移,達(dá)到剪切破壞強(qiáng)度。(刮梨式破壞)2024/12/245.4影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素混凝土強(qiáng)度：混凝土強(qiáng)度越高，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也越高；混凝土澆注時(shí)的鋼筋位置：水平位置的粘結(jié)強(qiáng)度低于豎向位置的鋼筋；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；鋼筋的凈距：凈距小，混凝土發(fā)生水平劈裂，粘結(jié)強(qiáng)度小；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，可以增加其拔出力；5粘結(jié)2024/12/24鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)；混凝土的強(qiáng)度：單壓(立方體，棱柱體)，單拉(直接拉伸，劈裂)，雙向，三向，以及他們之間的聯(lián)系。單向受壓的變形性能，徐變，收縮鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：有明顯流幅和無