1、钢筋混凝土材料的性能本文由 860303870 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第二章第一节钢筋混凝土材料的性能钢筋第二节 混凝土的强度 第三节 混凝土的变形性能 第四节 钢筋与混凝土的粘结 第五节 钢筋混凝土的一般构造规定第一节主要研究内容: 了解:钢筋的类型 掌握:钢筋的力学性能钢筋引 言钢筋的力学性能主要决定于其化学成分. 钢材的种类:按化学成份分,有碳素钢和普通低合金钢. 碳素钢:主要成份是铁元素,少量的碳,锰,硅,硫磷等元素. 低碳钢(含碳量少于 0.25%) 中碳钢(0.25%0.6%) 高碳钢(0.6%1.4%).
2、含碳量越高,强度越高,但塑性和可焊性 降低. 锰,硅元素可提高钢材的强度,并保持一定的塑性. 硫,磷为有害元素:含量超过一定限度时,硫使钢筋热脆 磷使钢筋冷脆.二者焊接质量不易保证 普通低合金钢:除碳素钢已有的成分外,再加入少量的合金元 素如硅,锰,钛,钒,铬等.第一节一,钢筋的类型 二,钢筋的性能 三,钢筋的冷加工钢筋四,钢筋的蠕变,松弛和疲劳 钢筋的蠕变,一,钢筋的类型(钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构) 钢筋的类型(钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构)(一)钢筋按加工方法分 (二)钢筋在单调受拉时所反映的应力应变 性质的不同分 (三)柔性钢筋,劲性钢筋(一)钢筋按加工方法分 1,热轧钢筋
3、, 2,冷加工钢筋 , 3,热处理钢筋 , 4,钢丝 ,1,热轧钢筋 , 为低碳钢,普通低合金钢在高温状态下轧制而成HPB235,HRB335,HRB400 RRB400 四级. HPB235 是低碳钢,外表光圆,称为光圆钢筋. HRB335,HRB400 RRB400 外表有肋纹, 称为变形钢筋.2,冷加工钢筋 ,通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工处理. 分为:冷拉钢筋和冷拔钢筋;3,热处理钢筋 ,对某些特定钢号的热轧钢筋进行热处理得到.4,钢丝: ,钢丝分为:碳素钢丝,消除应力钢丝和刻痕钢丝. 刻痕钢丝:用高碳钢光圆盘条钢筋经冷拔和矫 直回火.(二)按钢筋在单调受拉时的应力应变性质的不同分
4、 有明显屈服点的钢筋 无明显屈服点的钢筋(二)按钢筋在单调受拉时的应力应变性质的不同分 有明显屈服点的钢筋(二)按钢筋在单调受拉时的应力应变性质的不同分 无明显屈服点的钢筋(三)柔性钢筋,劲性钢筋 柔性钢筋:光圆( 级),变形钢筋(级,级) 绑扎或焊接成钢筋骨架或钢筋网,分别用于梁,柱或板,壳结构中劲性钢筋:由各种型钢,钢轨或用型钢与钢筋焊接成的骨架; 劲性钢筋刚度,强度较大二,钢筋的性能屈服上限 屈服下限极限强度概念介绍:弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段弹性极限,比例极限上图为有明显屈服点的钢筋试 件在试验机上进行拉伸试验, 绘制出应力应变图形二,钢筋的性能在左图中,找不到一个 明显的
5、屈服点,在达到 极限抗拉强度后,由于 颈缩现象,曲线具有一 个下降段.无明显屈服点的钢筋所对 应的 应力应变曲线二,钢筋的性能分析: 以有明显屈服点钢筋的思路, 在钢筋塑性变形开始明显增 长处找到一个相当的假想屈 服点,以便在设计中把它作 为这类钢筋可以利用的应力 上限, 条件屈服强度:一般取残余 应变为 0.2%的应力 0以残余应变 0.2%所对应的无明显屈服点的钢筋所对 应的 应力应变曲线应力作为无明显屈服点的 钢筋的应力上限.软钢钢筋表示形式: HPB235 级:级,符号 HRB335 级,级,符号 HRB400 级:级,符号 RRB400 级:余热处理级,符号硬钢三,钢筋的冷加工 冷拔
6、:将光圆钢筋通过比其直径稍小的硬质合 金拔丝模.钢筋受纵向的拉力和横向挤压力共 同工作.使钢筋截面变小,长度拔长.冷拔可 提高钢筋的抗拉,抗压强度. 冷拉:通过介绍冷拉过程可了解冷拉的含义.三,钢筋的冷加工冷拉:四,钢筋的蠕变,松弛和疲劳 钢筋的蠕变, 蠕变:钢筋在高应力状态下,随时间增长应变 继续增加的现象. 松弛:钢筋受力后,若保持长度不变,则其应 变随时间增长而降低的现象. 疲劳破坏:钢筋在承受重复,周期动荷载作用 下,经过一定次数后,从塑性破坏的性质转变 为脆断的现象.钢筋在疲劳破坏时的强度低于在静荷载下的极限强度.钢筋的疲劳强度:在某一规定的应力幅度内,经受某一规定 次数循环加载后,
7、才发生疲劳破坏的最大应力值补充:混凝土结构设计规范 规定:普通钢筋宜用 HRB400 级和 HRB335 级钢筋,也可采用 HPB235 级和 RRB400 级钢筋; 普通钢筋指钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土 结构中的非预应力钢筋; HRB400 级和 HRB335 级:现行国家标准钢筋混凝土 用热轧带肋钢筋GB1499 中 HRB400 级和 HRB335级 的钢筋; HPB235 级:现行国家标准 钢筋混凝土用热轧光圆钢 筋GB13013 中 Q235 的 钢筋; RRB400 级:现行国家标准钢筋混凝土用余热处理钢 筋GB13014 中的 KL400 钢筋; 参阅附录第二节 混凝土
8、的强度主要内容: 混凝土的组成及强度等级 单向受力状态下混凝土的强度 了解: 了解: 混凝土的组成第二节 混凝土的强度一,混凝土的组成 二,单向受力状态下混凝土的强度 复合受力状态下混凝土的强度(自阅) 三,复合受力状态下混凝土的强度(自阅)一,混凝土的组成普通混凝土组成:由水泥,石子,砂子三种材 料及水按一定配合比拌合,经过凝固硬化后作 成的人工石才. 是一种各组份具有不同性质的多相复合材料. 分类:微观结构,亚微观结构,宏观结构fffcu,k, k fcu cu回前文单向受力的结构和构件极少 一般处于复合应力状态复合应力状态下混凝土强度如何确定试验设备复杂 单向应力状态下混凝土强度 是复合
9、应力状态混凝土强度基础理论分析困难单向应力状态下混凝土强度指标: 进行钢筋混凝土结构构件强度分析的重要依据 建立强度理论公式的重要依据影响单向应力状态下 混凝土强度指标的因素较多统一规定采用普通混凝土力学性能试验方法二,单向受力状态下混凝土的强度(一) 立方体抗压强度 轴心抗压强度) (二)棱柱体抗压强度 (轴心抗压强度) (三)混凝土轴心抗拉强度(一) 立方体抗压强度 fcu , k1,混凝土结构设计规范 规定 2,标准试验方法 , 3,混凝土强度指标的确定 ,(一) 立方体抗压强度f cu ,k立方体抗压强度试验所需设备和试验方法都比 较简单,试验结果的离散性相对较小,尤其适 用于在施工过
10、程中检验和控制混凝土的强度. 1,混凝土结构设计规范 规定:边长 150mm150mm 150mm 的立方体 在(20 3) 的温度, 相对湿度 90%以上的潮湿空 气养护 28 天 按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立 方体强度(MPa)2,标准试验方法: ,标准试验方法:(1)试验方法 (2)试件尺寸大小: (3)试验时加载速度: (4)混凝土立方体抗压强度与成型后的龄期:2,标准试验方法: ,标准试验方法: (1)试验方法:规范:不涂润滑油(2)试件尺寸大小:试件尺寸越小,抗压强度值越高 换算系数 200mm 200mm 200mm : 1.05 100mm 100mm 100m
11、m : 0.952,标准试验方法: 试验方法: 试验方法 (3)试验时加载速度:加载速度越快,测得强度越高 混凝土强度等级低于 C30 时:0.30.5MPa/每秒 混凝土强度等级 等于/高于 C30 时:0.50.8MPa/每秒(4)混凝土立方体抗压强度与成型后的龄期:3,混凝土强度指标的确定 , 规定: 混凝土结构设计规范 规定: 混凝土强度指标应按立方体抗压强度 标准值确定; 标准值确定;规范中共有 14 个等级: C15,C20,C25,C30,35,C40,C45,C50, C55,C60,C65,C70,C75,C80,3,混凝土强度指标的确定 ,混凝土强度等级要求:钢筋混凝土结构
12、混凝土强度等级不应低于 C15 采用 HRB335 级钢筋,混凝土强度等级不宜低于 C20 采用 HRB400, RRB400 级钢筋,承受重复荷载构件:不得低于 C20 预应力混凝土结构的混凝土强度等级:不应低于 C30 采用钢绞线,钢丝,热处理钢筋作预应力钢筋时: 不宜低于 C40立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标,混 凝土结构设计中所使用的混凝土其它强度指标, 都可以根据立方体强度值换算得出.(二)棱柱体抗压强度fc(轴心抗压强度) 轴心抗压强度)规范规定 150mm3150mm3300mm 试件作为轴心抗压强度.f cu轴心抗压强度) (二)棱柱体抗压强度 f (轴心抗压强度)cu由
13、图可看出:f cu ,k和 的统计平均值 大致成一条直线, 二者比值在 0.700.92 范围变化f c ,kf ck = 1 f cu ,k立方体抗压强度 f cu ,k 与棱柱 体抗压强度 f c ,k 之间的 关系为:f ck = 1 f cu ,k(二)棱柱体抗压强度(轴心抗压强度) 棱柱体抗压强度(轴心抗压强度)综合考虑各种因素,立方体抗压强度标准值 与棱柱体抗压强度标准值的关系: f ck = 0.88 1 2 f cu ,k 式中: 0.88 考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异取用的 折减系数; 1 棱柱体强度与立方体强度之比;1 = 0.76 2 为高强度混凝土的脆性折减系
14、数; C 50 1 = 0.76 C 40 = C 80 1 = 0.82 = C 80 2 = 1.00 中间 2 = 0.87插值(三)混凝土轴心抗拉强度抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一,间接衡 量混凝土的冲切强度.(三)混凝土轴心抗拉强度混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度,一般仅 1/17-1/8. 在钢筋混凝土结构中,一般不采用混凝土承受拉力.(三)混凝土轴心抗拉强度在钢筋混凝土结构构件中,处于受拉状态下的混凝土,在未开 裂之前,确实承受一部分拉力. 若计算混凝土构件在混凝土开裂之前的承载力, 若计算混凝土构件在混凝土开裂之前的承载力, 或控制混凝土构件的开裂需知道混凝土的抗拉强度结构
15、中混凝土 的轴心抗拉强度标准值 f t ,k 与立方体抗压 强度标准值 f cu ,k 之间的关系,由试验结果得:f t,k = 0.88 0.395f0.55 cu,k(1 0.645 )0.45 2回前文第三节混凝土的变形性能类型: 受力变形:混凝土在一次短期加载,荷载长期 作用和多次重复作用下产生的变形; 体积变形:混凝土由于硬化过程中的收缩,温 度和湿度的变化产生的变形.第三节混凝土的变形性能一,混凝土在一次短期加荷时的变形性能二,混凝土在多次重复荷载作用下的应力应变关系 三,荷载长期作用下混凝土变形性能 四,混凝土收缩与膨胀(体积变形)第三节混凝土的变形性能一,混凝土在一次短期加荷时
16、的变形性能1,混凝土受压时的应力应变关系 2,混凝土受压应力应变曲线数学模型 3,混凝土的变形模量 4,混凝土轴心受拉时应力应变关系一,混凝土在一次短期加荷时的变形性能 1,混凝土受压时的应力应变关系:图 2-91,混凝土受压时的应力应变关系上升段第 1 阶段(OA): 第 2 阶段(A-B): 第 3 阶段(B-C):下降段1,混凝土受压时的应力应变关系上升段:第 1 阶段(OA):应力较小,混凝土变形主要是 骨料和水泥结晶体受力产 生弹性变形,应力应变 接近直线A 点:比例极限 点1,混凝土受压时的应力应变关系上升段:第 1 阶段(OA):A 点:比例极限第 2 阶段(A-B):稳定裂缝扩
17、展阶段第 3 阶段(B-C):裂缝快速发展的不稳定状态 :混凝土棱柱 体抗压强度 f c , 对应应变为 0 (一般为 0.002)max下降段:混凝土到达峰值应力后裂缝继续 扩展,贯通, 内部结构的整体性受到愈严重 的破坏 荷载传递路线不断减少,试件 平均应力降低 应力应变曲线出现“拐点“ 超过“拐点“,结构受力性质发生 本质的变化: 骨料间的咬合力,摩擦力与残余 承受压力部分共同承力 主裂缝贯通,较宽,结构失效.2,混凝土受压应力应变曲线数学模型:1)美国 E.Hognestad 建议 的模型: 曲线的上升段为二次抛 物线,下降段为斜直线 2 0 = f c 2 0 0 0 u = f 0
18、 c 1 0.15 u 0 f 峰值应力; c 峰值应力对应的应 0 0 变,取= 0.002 u 极限压应变, 取 = 0.0038u2,混凝土受压应力应变曲线数学模型:2)西德 Rsch 建议的模型: 曲线的上升段为二次抛 物线,下降段为平直线 2 0 = f c 2 0 0 0 u = fcf c 峰值应力; 0 峰值应力 f c 对应的应变,取 u 极限压应变,取 u = 0.0035 0 = 0.002回3,混凝土的变形模量混凝土应力应变为一曲线 应力应变关系在不同应力阶 段二者之比是一变量 描述混凝土在荷载作用下的 变形问题 混凝土的变形模量1)混凝土的弹性模量 2)混凝土的割线模
19、量 3)混凝土的切线模量3,混凝土的变形模量1)混凝土的弹性模量 混凝土处于弹性阶段时:c E c = tg 0 = eE c 混凝土原点弹性模量 0 混凝土曲线在原点处 切线与横坐标夹角 e 混凝土弹性应变 c 混凝土弹性阶段应 力3,混凝土的变形模量2)混凝土的割线模量 混凝土进入塑性阶段,曲线上任一点应力为 c 处割线的斜 率 E c = tg 1 = cc3,混凝土的变形模量3)混凝土的切线模量 在混凝土应力应变曲线上 某一应力处作一切线,应 力增量与应变增量的比值 为混凝土的切线模量 E c = tg混凝土的切线模量为一变值 随混凝土应力的增大而减 小.回4,混凝土轴心受拉时应力应变
20、关系分析: 测试混凝土受拉时的应 力应变曲线较困难.回前文二,混凝土在多次重复荷载作用下的应力应变关系 工程实例:厂房中的吊车梁,桥梁,气锤 基础等构件,承受重复荷载疲劳破坏:混凝土在荷载重复作用下引起的破坏.混凝土疲劳抗压强度;采用 150mm150mm 300mm 或 150mm150mm 450mm 的棱柱体,把能使 棱柱体试件承受 200 万次或以 上次循环荷载而发生破坏的 压应力值称为混凝土疲劳抗 压强度二,混凝土在多次重复荷载作用下的应力应变关系三,荷载长期作用下混凝土变形性能1,徐变的概念 2,影响混凝土徐变的因素:1,徐变的概念:结构或材料承受的荷载或应力不变,而应变或变 形随
21、时间增长的现象称为徐变2,影响混凝土徐变的因素:与时间参数的关系: 混凝土的应力大小 加载时龄期:加载时混凝土的龄期越早,徐变 越大; 混凝土的组成成分: 混凝土养护条件 构件形状,尺寸等2,影响混凝土徐变的因素:与时间参数的关系:2,影响混凝土徐变的因素混凝土的应力大小2,影响混凝土徐变的因素加载时龄期:加载时混凝土的龄期越早,徐变 越大;2,影响混凝土徐变的因素:混凝土的组成成分:水泥用量越多,徐变越 大; 水灰比越大,徐变越大; 骨料越坚硬,徐变越小;2,影响混凝土徐变的因素:与时间参数的关系: 混凝土的应力大小 加载时龄期:加载时混凝土的龄期越早,徐变 越大; 混凝土的组成成分: 混凝
22、土养护条件 构件形状,尺寸等四,混凝土收缩与膨胀(体积变形)1,概念: 2,影响因素: 水泥种类 混凝土在凝结硬化过 水泥用量 程中,体积会发生变化.在水中结硬时,体积膨胀; 在空气中结硬时 ,体积收缩骨料性质养护条件混凝土制作方法凝结:凝胶体本身的体积收缩; 凝结:凝胶体本身的体积收缩; 干缩: 干缩:混凝土因失水产生的体积收缩使用环境 构件体积与表面积比值等2,影响因素举例分析: 养护条件第三节混凝土的变形性能小节: 一,混凝土在一次短期加荷时的变形性能1,混凝土受压时的应力应变关系: 2,混凝土受压应力应变曲线数学模型: 3,混凝土的变形模量 4,混凝土轴心受拉时应力应变关系二,混凝土在
23、多次重复荷载作用下的应力应变关系 三,荷载长期作用下混凝土变形性能 四,混凝土收缩与膨胀(体积变形)第四节 钢筋与混凝土的粘结钢筋混凝土: 钢筋抗拉,抗压性能均好,混凝土的抗压性能 强,但抗拉性能较弱. 二者结合一起共同工作,可充分利用材料的性 能,其工作前提是: (1)二者温度线膨胀系数相接近; (2)二者之间产生良好的粘结力. (3)钢筋有良好的锚固第四节 钢筋与混凝土的粘结一,粘结的概念 钢筋与混凝土 凝土的粘结 二,钢筋与混凝土的粘结 三,粘结强度 四,影响粘结强度的因素一,粘结的概念举例:一混凝土梁(A)与钢筋混凝土梁(B)对比试验: 其中 A 梁设钢筋,但钢筋与混凝土之间无粘结,
24、B 梁设钢筋,钢筋与混凝土之间有粘结.一,粘结的概念破坏特征:A 梁:受荷不久,梁底混凝土开裂,构件断裂.一,粘结的概念破坏 特征:B 梁:受荷后,钢筋与混凝土能共同工作. 由于钢筋与混凝土之间的粘结,使钢筋随底部混凝土 的受拉而伸长,最后梁发生破坏, 此时钢筋发生明显的伸长.梁破坏之前可明显观测.二,钢筋与混凝土的粘结图 228二,钢筋与混凝土的粘结二,钢筋与混凝土的粘结粘结力作用效果: 由试验可知,粘结锚固能力可有四种途径得到: (1)胶结力:钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力这种力一般很小,当接触面发生相对滑移时,该力即消失,仅在 受力阶段的局部无滑移区域起作用.(2)摩擦力:混凝土收缩
25、,将钢筋勒紧,握裹而产生. (3)机械咬合力:钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的.变形钢筋具有横肋会产生咬合力,是变形钢筋粘结力主要来 源.(4)锚固:钢筋段部加弯钩,弯折或锚固区焊短钢筋,焊角钢 等来提供能力.光面钢筋 的粘结性能较差 除直径 12mm 以下的受压钢筋及焊接网或 焊接骨架中的光面钢筋外,其余光面钢筋的末 端均应设置弯钩三,粘结强度试验研究:钢筋从混凝土中拉拔试验=N dl三,粘结强度由拔出试验, 由拔出试验,钢筋与混凝土之间 的平均粘结应力可表示为: 的平均粘结应力可表示为: 粘结应力与相对滑移的关系:=N dl式中: N钢筋的拉力; 钢筋的直径; 粘结长度;dl: :钢筋和混凝土之间的平均粘结应力 定义: 定义四,影响粘结强度的因素混凝土强度,锚固长度. 保护层的相对厚度,锚筋的外形特征. 配箍情况,混凝土浇注状况. 锚筋受力情况等1
