1、第一章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能 Basic Concept, Physical and Mechanical Properties of Materials for Reinforced Concrete Structure本章的主要内容l 钢筋混凝土的基本概念l 混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能l 钢筋的品种、级别及其力学性能l 钢筋和混凝土的粘结1.1 钢筋混凝土结构的基本概念一、钢筋混凝土结构的定义钢筋混凝土结构： 由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制 成的结构。钢筋混凝土的产生 ：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分
2、发挥各自的优势。l混凝土：非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低为抗压强度的（ 1/81/18）。l钢筋：抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力板PP PPee柱简支梁P P P P连续梁常见的钢筋混凝土结构为什么常见的板、梁、柱中要设置钢筋？分析一些常见的板梁开裂现象 例 ： 一跨度为 4m，跨中作用集中荷载的试验梁，梁截面尺寸 200300mm，混凝土为 C20。如图所示：4000AAFa)200300 A Ab)4000BBB B200300210316试验结果：l a）图中，素砼梁极限荷载 P=8kN，由砼抗拉强度控制，破坏形态： 脆性破坏l b）图中，钢筋砼梁极限荷载 P=36kN， 由钢
3、筋受拉、砼受压而破坏，破坏形态： 延性破坏 （配筋适量）由此可得出：钢筋和混凝土结合的有效性：l 大大提高了结构的承载力l 结构的受力性能得到改善2、钢筋和混凝土共同工作的原因(1) 二者之间有良好的粘结力(2) 两者温度线膨胀系数接近(3) 混凝土包住钢筋，可以防止钢筋生锈。 钢筋 st = 1.2 105混凝土 ct = 1.0 1.5 105（ 1） 就地取材，节约钢筋；（ 2） 耐久性好，耐火性好；（ 3） 可模性好，便于结构型式的实现（ 4） 现浇结构的整体性好。l 优点：3、钢筋混凝土结构的主要优缺点 l 缺点：（ 2）抗裂性能差，带裂缝工作（ 3）施工受气候条件影响，建造期长 。
4、 （ 4）耗费较多的模具和木料。 （ 5）加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差。 （ 1）自重大 轻骨料砼。施加预应力解决方法解决方法1.2 混凝土混凝土 是用水泥、砂子和石子三种材料，经水拌和凝固硬化后制成的人工石材。 混凝土的要求： 和易性好 强度要高 (重点 ) 耐久性要好 经济上要节省 评定混凝土品质的 主要指标 一、混凝土的强度 l 三个强度指标三个强度指标 ： l 影响因素： 材料的性质、混凝土配合比、养护环境、施工方法、 试件的形状与尺寸，试验方法，加载条件和试件的受力性质。 （ 1）定义： 按照标准方法制作养护（温度 203 、相对湿度不小于 90% 的潮湿空气中养护 28d）
5、的边长 150mm的立方体试件，在 28d龄期用标准试验方法（试件表面不涂润滑剂，全截面受压，加载速度 0.150.25MPa/sec）测得的具有 95% 保证率的抗压强度。1. 混凝土的立方体抗压强度 -基本强度指标（ 2） 影响因素 试件尺寸(尺寸效应 ) 直接受压 (标准试验方法 )间接受压(试块与承压板之间涂有油脂或填以塑料薄片 )试验方法 加载速度越快 ,强度越高 （ 3） 对混凝土强度等级的要求 混凝土强度从 C20C80共分为 14个等级，中间以 5MPa进级。 C50以下为普通强度混凝土， C50及以上为高强度混凝土 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 规定：l 钢筋混凝
6、土构件 不应低于 C20，当采用 HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于 C25l 预应力混凝土构件 不应低于 C40。 混凝土结构设计规范 规定：l 钢筋混凝土构件 不应低于 C15，当采用 HRB335级钢筋配筋时，混凝土强度等级不宜低于 C20；当采用HRB400、 RRB级钢筋以及重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于 C20l 预应力混凝土构件 ，混凝土强度等级不应低于 C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 C40例如，美国、日本和欧洲混凝土协会、 (CEB)采用直径 6英寸 (152mm)、高 12英寸 (305mm)的圆柱体标准试件
7、的抗压强度作为轴心抗压强度的指标，记作 。对 C60以下的混凝土，圆柱体抗压强度和立方体抗压强度标准值 fcu,k之间的关系可按下式折算：l 国外常采用混凝土圆柱体试件确定混凝土轴心抗压强度当 fcu,k超过 60N/mm2后随着抗压强度提高，与 fcu,k的比值 (即公式中的系数 )要提高。 CEB-FIPMC-90给出：对 C60的混凝土，比值为 0.833；对 C70的混凝土，比值为 0.857；对C80的混凝土，比值为 0.875。2. 棱柱体强度（轴心抗压强度 ) （ 1）定义： 真实 反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度，用 150mm150mm300mm棱柱体为标准试件测得的
8、抗压强度。注： 试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件（ 2） 轴心抗压强度标准值 与立方体抗压强度标准值 的换算 :注： C50及以下混凝土， =0.76 ； C55C80混凝土， =0.760.82考虑 C40以上混凝土具有 脆性 ，还需取折减系数 C40C80为 1.00.87，中间按直线插入。3. 轴心抗拉强度 ( )是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标 边长为 150mm立方体试件抗压强度的变异系数表达式 ：式中：试验方法 直接轴向拉伸法劈裂法直接轴向拉伸法劈裂法三个强度指标三个强度指标 如何使用如何使用l 混凝土的强度指标是混凝土的强度指标是l 立方体强度是各种力学指
9、标的基本代表值 4. 复合应力状态下混凝土强度1, 2 (压压 ) 混凝土强度增加（ 第三象限 ）1, 2 (拉压 ) 混凝土强度降低（ 第二、四象限 ）1, 2 (拉拉 ) 混凝土强度基本不变（ 第一象限 ）0（ 1）双向正应力作用 (如下图 )（ 2）正应力和剪应力作用（混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低）l当 /fc（ 0.50.7)时 ,抗剪强度随压应力的增大而增大 l当 /fc（ 0.50.7)时 ,抗剪强度随压应力的增大而减小l当压应力在 左右时， 抗剪强度达到最大 ，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。20050N/mm235N/mm2122
10、10N/mm2150100500 5 10 15 20 2512(N/mm2)1 ()（ 3）三轴受压（抗压强度提高）混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 与侧压的经验公式： 工程应用 钢管砼、密配螺旋箍筋纵向钢筋螺旋箍筋工程应用 钢管混凝土、密配螺旋箍筋二、混凝土的变形 1、混凝土变形性能的特点 影响因素 加载方式、荷载作用时间、温度、湿度、试验的尺寸、形状、 混凝土强度等。外荷载作用而产生的受力变形：体积变形：包括温度变形和收缩变形长期荷载作用下的变形一次短期加载下的变形重复荷载作用下的变形分类（ 1） 混凝土的应力应变曲线 2. 混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能 受力过程：OA 弹性
11、阶段（ 0.3fc）AB 弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（ =0.3fc 0.8fc）BX 裂缝不稳定阶段： （ =0.8fc 1.0fc）特征值fc ：峰值应力（轴心抗压强度）0 ：对应于应力峰值点的应变 规范 c0 = 0.002cu ：最大应变（混凝土极限压应 变） 规范 cu =3.010-3（ 2）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：l 混凝土的强度： 915222832403020100 0.001 0.002 0.003 0.004强度等级不同的混凝土的应力应变曲线 混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈差（延性是材料承受变形的能力）。l 加载速度 应变速率小，峰值应力 fc降低， c0 增大，下降段曲线坡度显著地减缓。l 测试技术和试验条件 应该采用等应变加载。 试验机的刚度对下降段的影响很大。如果试验机的刚度不足，无法测出应力应变曲线的下降段。 应变测量的标距也有影响，应变量测的标距愈大，曲线坡度陡；标距愈小，坡度愈缓。
