第二章钢筋混凝土材料的力学性能课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,混凝土结构,第 2章 钢筋混凝土材料的力学性能,主讲教师：盛明强,课件制作：盛明强,混凝土结构第 2章 钢筋混凝土材料的力学性能主讲教师：盛明强,1,主要内容：,混凝土的力学性能,钢筋的力学性能,钢筋与混凝土的粘结,重点：,混凝土的强度和变形性能,钢筋的种类和力学性能,粘结破坏机理,主要内容：混凝土的力学性能重点：混凝土的强度和变形性能,2,2.1.1 混凝土的强度,普通混凝土：由水泥、砂、石和水按一定配合比拌和，经凝固硬化后做成的人工石材。,一、混凝土的强度,1、混凝土立方体抗压强度,以边长为150mm的立方体在203,C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（以N/mm,2,计）作为混凝土,的强度等级,，并用符号表示混凝土的强度等级一般可划分为：C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80。,2.1 混凝土,2.1.1 混凝土的强度普通混凝土：由水泥、砂、石和水按一定,3,“套箍作用”,影响因素：,尺寸效应：,尺寸越大，内部缺陷较多，强度较低。,加载速度：,加载速度越快，强度越低。,“套箍作用”影响因素：尺寸效应：加载,4,2,轴心抗压强度,棱柱体高度的取值：h/b=24,摆脱端部摩擦力的影响；,试件不致失稳。,与 的关系：,试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态。,试件尺寸：我国取 mm为标准试件。,2 轴心抗压强度 棱柱体高度的取值：h/b=2,5,3,轴心抗拉强度,与 的关系：,直接受拉试验,劈裂试验,(间接测试混凝土的轴心抗拉强度）,3 轴心抗拉强度 与,6,4 复杂应力状态下混凝土的强度,双向受力状态,双向受拉，接近单轴抗拉强度；,双向受压，混凝土的侧向变形受到约束，强度,提高,；,一拉一压，,加速了混凝土内部微裂缝的发展，抗拉、抗压强度均,降低,。,4 复杂应力状态下混凝土的强度 双向受力状态,7,压剪或拉剪复合应力状态,随着,拉应力,的增大，混凝土的抗剪强度,降低,。,随着,压应力,的增大，混凝土的抗剪强度,逐渐增大,；当压应力,超过,某一数值后，抗剪强度随压应力增大而,减小,。,混凝土的压剪复合强度,压剪或拉剪复合应力状态 随着拉应力的增大，混凝土,8,第二章钢筋混凝土材料的力学性能课件,9,三轴应力状态,试件侧向变形受到限制，其内部微裂缝的产生和发展受到阻碍，当侧压力增大时，轴向抗压强度也相应增大。,混凝土的三轴抗压强度,三轴试验得到的,侧向压应力系数为4.1，但,经验公式的侧向压应力系数取4.57.0，平均值为5.6。,三轴应力状态 试件侧向变形受到限制，,10,试件纵向受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使核心混凝土处于,三向受压,状态，内部,微裂缝,的发展受到抑制，从而提高了试件的纵向强度和,延性,，特别是延性大为提高。,混凝土圆柱体三向受压时轴向应力应变曲线,试件纵向受压时，混凝土的横向膨胀受到约束，使,11,正因为三向受压时混凝土的轴心抗压强度大幅提高，故实际工作中常采用,横向钢筋,约束混凝土的方法来提高混凝土的抗压强度。,由多轴强度破坏理论也可知，三向受压时混凝土可以承受很大的压应力，理论上承受三向均压时其极限承载力为无穷大。,正因为三向受压时混凝土的轴心抗压强度大幅提高，,12,螺旋箍筋圆柱体约束混凝土的应力应变曲线,螺旋箍筋圆柱体约束混凝土的应力应变曲线,13,1.一次短期加载下,混凝土受压的应力应变曲线,（1）混凝土的应力应变曲线,oa段，当0.3时，关系接近于,直线,；,ab段，当=(0.30.8)时，关系,偏离直线,；,bc段，当=(0.81.0)时，内部微裂缝进入,非稳定发展阶段,。,cd段，c点以后，承载力下降，应变继续增大，留下,残余应力,。,峰值应变,极限压应变,混凝土的应力应变曲线,2.1.2 混凝土的变形,1.一次短期加载下混凝土受压的应力应变曲线 oa段，当,14,由上述混凝土破坏机理可知，微裂缝的发展导致试件最终破坏。混凝土受拉时的应力应变关系曲线与受压时相似，但其峰值时的应力和应变都较受压时小得多。,由上述混凝土破坏机理可知，微裂缝的发展导致试件最终破坏。混凝,15,（2）,混凝土的弹性模量、变形模量,弹性模量：过,原点,切线的斜率。,切线模量：过某一点,切线,的斜率。,变形模量（割线模量）：某一点与原点,连线,的斜率。,混凝土的变形模量,（2）混凝土的弹性模量、变形模量 弹性模量：过原点切线的,16,规范规定：混凝土弹性模量采用棱柱体反复加荷的方法确定。随着加荷次数的增加，应力应变曲线基本上接近于直线，该直线的斜率即为混凝土的弹性模量。,规范规定：混凝土弹性模量采用棱柱体反复加荷的方法确定。随,17,混凝土,弹性模量,与,立方体抗压强度,之间的关系：,混凝土弹性模量与立方体抗压强度之间的关系：,18,2,混凝土在长期荷载作用下的变形性能,定义：,在荷载,长期,作用下，混凝土的,变形,随时间而,徐徐增长,的现象。,徐变的特点：,开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳定。,混凝土的徐变,2 混凝土在长期荷载作用下的变形性能 定义：在荷载长,19,第二章钢筋混凝土材料的力学性能课件,20,徐变的原因：,水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。,混凝土中内部微裂缝的发展。,影响徐变的因素：,混凝土的龄期；,应力的大小；,水灰比与水泥用量；,骨料用量及力学性能；,混凝土的制作、养护环境。,徐变的原因：影响徐变的因素：,21,徐变对结构设计的影响：,使钢筋混凝土构件截面产生,内力重分布,；,使受弯构件和偏压构件的,变形加大,；,使预应力混凝土构件产生,预应力损失,；,长细比大构件，偏心受压时会,增大偏心距,，,降低承载力,。,徐变对结构设计的影响：,22,3,混凝土的收缩,定义,：混凝土在空气中硬化结硬时体积减小的现象。,收缩的主要原因,：混凝土硬化过程中化学反应产生的凝缩和混凝土内的自由水蒸发产生的干缩。,试验表明,：水泥用量越多、水灰比越大，混凝土收缩越大；集料的弹性模量越大、级配越好，混凝土浇捣越密实，则收缩越小。,3 混凝土的收缩定义：混凝土在空气中硬化结硬时体积减小的现象,23,2.1.3 混凝土的选用,混凝土,强度等级,的选用,采用HRB335、HRB400、RRB400级钢筋时，,不得低于C20；,预应力混凝土结构，,不应低于C30；,采用高强钢丝作预应力钢筋时，,不宜低于C40。,承受重复荷载构件的混凝土，,不得低于C20；,钢筋混凝土结构的强度等级，,不应低于C15；,当采用HRB335时，,不宜低于C20；,一般,来说，受弯的梁板不超过,C30,，受压的柱、墙不低于,C30。,2.1.3 混凝土的选用 混凝土强度等级的选用 采,24,2.2.1 钢筋的种类,2.2 钢筋,按生产和加工工艺的不同可分为热轧钢筋、钢丝、钢绞线和热处理钢筋。,热轧钢筋,是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。,热轧钢筋的外形,2.2.1 钢筋的种类2.2 钢筋按生产和加工工艺的不同,25,光面钢筋：HPB235；,变形钢筋：HRB335、HRB400和RRB400。,光面钢筋：HPB235；,26,消除应力钢丝,分为：光面钢丝、刻痕钢丝和螺旋肋钢丝。,热处理钢筋,为将特定强度的热轧钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。,预应力钢筋,消除应力钢丝分为：光面钢丝、刻痕钢丝和螺旋肋钢丝。,27,热轧钢筋的,符号说明,HPB235,生产工艺：hot rolled,表面形状：plain,钢筋：bar,屈服强度,热轧钢筋的符号说明HPB235 生产工艺：hot roll,28,热轧钢筋的,符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,热轧钢筋的符号说明HRB335 hot rolledribb,29,热轧钢筋的,屈服强度,种类,符号,f,y,f,y,热轧钢筋,HPB 235(Q235),210,210,HRB 335(20MnSi),300,300,HRB 400(20MnSiV、,20MnSiNb、20MnTi),360,360,RRB 400(K20MnSi),R,360,360,热轧钢筋的屈服强度种类符号fyf y热轧钢筋HPB 235,30,预应力钢筋的,屈服强度,种类,符号,f,ptk,f,py,f,py,钢绞线,13,S,1860,1320,390,1720,1220,1570,1110,17,1860,1320,390,1720,1220,消除应力钢丝,光面螺旋肋,P,H,1770,1250,410,1670,1180,1570,1110,刻痕,I,1570,1110,410,热处理钢筋,40Si,2,Mn,HT,1470,1040,400,48Si,2,Mn,45Si,2,Cr,预应力钢筋的屈服强度种类符号fptkfpyfpy钢绞线1,31,1、有明显屈服点（软钢）的,应力应变曲线,a,比例极限,b,弹性极限,ob,弹性阶段,d,极限抗拉强度,bc,屈服阶段,cd,强化阶段,de,破坏阶段,e,极限应变,2.2.2 钢筋的力学性能,1、有明显屈服点（软钢）的应力应变曲线 a 比例极限,32,d,极限抗拉强度,e,极限应变,条件屈服强度：,取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为,条件屈服强度,。,2、无明显屈服点（硬钢）的,应力应变曲线,d 极限抗拉强度e 极限应变 条件屈服强度：,33,条件屈服强度相当于0.85倍极限抗拉强度。,条件屈服强度相当于0.85倍极限抗拉强度。,34,拓展知识：,钢筋的应力应变,简化模型,（1）,理想弹塑性模型,（2）,三段线性模型,拓展知识：钢筋的应力应变简化模型 （1）理想弹塑性模型（,35,钢筋的,塑性性能,（1）伸长率：,（2）冷弯性能：,伸长率越大，钢筋的,塑性,和,变形能力,越好。,弯心,直径,越小，弯过的,角度,越大，冷弯性能越好，钢筋的,塑性性能,越好。,钢筋的塑性性能 （1）伸长率：（2）冷弯性能：,36,2.2.3 钢筋的选用,规范规定：,普通钢筋宜采用HRB335级和HRB400级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；,预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。,HPB235级,钢筋多作为现浇楼板的受力钢筋、箍筋和构造钢筋；,HRB335级,、,HRB400级,和,HRB400级,多作为受力钢筋，尺寸较大构件也可采用HRB335,级,作为箍筋。,2.2.3 钢筋的选用规范规定：HPB235级钢筋多,37,粘结强度,：粘结失效时的最大（平均）粘结应力。,粘结强度的测试,2.3.1 粘结的作用及产生的原因,2.3 钢筋与混凝土的粘结,粘结强度：粘结失效时的最大（平均）粘结应力。粘结强度的测试,38,粘结应力的,定义,：钢筋与混凝土接触面上沿钢筋纵向的,剪应力。,拔出试验,粘结应力的定义：钢筋与混凝土接触面上沿钢筋纵向的 拔出试验,39,粘结作用产生的,原因,钢筋与混凝土表面的,化学吸附作用力,，也称,胶结力,；,钢筋与混凝土接触面的,摩擦力,；,钢筋与混凝土表面凹凸不平的,机械咬合力,。,粘结作用产生的原因钢筋与混凝土表面的化学吸附作用力，也称胶结,40,粘结破坏机理,（1）光圆钢筋的粘结破坏：,粘结作用在钢筋与混凝土间出现,相对滑移,前主要取决于,化学胶结力,，发生滑移后则由,摩擦力,和,机械咬合力,提供。,（2）变形钢筋的粘结破坏,粘结强度仍由,胶结力,、,摩擦力,和,机械咬合力,组成。但主要为,机械咬合力,。,钢筋开始,滑移,后，粘结力主要由钢筋,凸肋,对混凝土的,斜向挤压力,和界面上的,摩擦力,组成。,若钢筋外围混凝土很薄且没有环向箍筋约束，形成纵向劈裂裂缝，沿钢筋纵向产生,劈裂破坏,。,若有环向箍筋约束混凝土的变形，纵向劈裂裂缝的发展受到限制，最后钢筋沿肋外径的圆柱面出现,整体滑移,，发生,刮犁式破坏,（剪切破坏）。,粘结破坏机理 （1）光圆钢筋的粘结破坏：,41,粘结破坏机理示意图,粘结破坏机理示意图,42,混凝土的强度；,钢筋的外形；,浇筑位置；,混凝土的保护层厚度及钢筋间距；,横向钢筋的数量；,锚固区的侧向压应力，即受力状态。,2.3.2 粘结强度的影响因素,混凝土的强度；2.3.2 粘结强度的影响因素,43,钢筋保护层厚度；,钢筋搭接长度；,钢筋锚固长度；,钢筋净距；,受力光面钢筋端部做成弯钩。,保证钢筋与混凝土粘结强度的构造措施,钢筋保护层厚度；保证钢筋与混凝土粘结强度的构造措施,44,