钢筋混凝土结构的材料介绍

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,*,第,一,章 钢筋混凝土结构的材料,1.1,钢筋,(Reinforcement or Rebar),一、钢筋的品种,热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉钢筋，冷轧带肋钢筋）、热处理钢筋；钢丝和钢绞线。,参见附录二（P.333）各种钢筋的符号和强度设计值。,各种钢筋的性能和工程应用：,(,级,),钢筋多为,光面钢筋（Plain Bar）,，多作为现浇楼板的,受力钢筋和箍筋,。,(,级,和,级,),钢筋强度高，多作为,钢筋混凝土构件的受力钢筋,，尺寸较大的构件，也有用级钢筋作箍筋。,钢绞丝、钢丝和热处理钢筋一般用于,预应力混凝土结构。,二、钢筋的力学性能,钢筋的,曲线,l,P,P,A,由力学性能不同分成：,软钢,：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋),硬钢,：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋),s,e,(一)软钢,有明显屈服点的钢筋,Rebar with yield point,a为比例极限 proportional limit,s,=,E,s,e,a,a为弹性极限 elastic limit,a,de为强化段 strain hardening stage,b,b为屈服上限 upper yield strength,c为屈服下限，即,屈服强度,f,y,lower yield strength,c,d,cd为屈服台阶 yield plateau,e,f,u,e为极限抗拉强度,f,u,ultimate tensile strength,f,y,f,几个指标(Index)：,屈服强度,：,是钢筋强度的设计依据,，因为钢筋屈服后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形,不可恢复,，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。,延 伸 率,：钢筋拉断时的应变，,是反映钢筋塑性性能的指标,。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好,屈 强 比,反映钢筋的强度储备,，,f,y,/,f,u,=0.60.7。,(二)硬钢,无明显屈服点的钢筋,a点：比例极限，约为0.65,f,u,a点前：应力-应变关系为线弹性,a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点,强度设计指标,条件屈服强度,(协定流限),残余应变为0.2%所对应的应力,规范取,s,0.2,=0.85,f,u,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。,冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高 钢材强度，节约钢筋,(10%20%),。,(三) 钢筋的冷加工,o,冷拉控制应力,(N/mm,2,),冷拉率,残余变形,o,a,b,c,c,d,d,冷拉无时效,冷拉经时效,冷拉对钢材性能的影响,:,屈服强度提高了，但流幅缩短；钢材变硬变脆了；对承受冲击荷载和重复荷载是不利的。,（四） 钢筋的蠕变、松弛和疲劳,钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象为,蠕变,。,钢筋受力后，若保持长度不变，则其应 力随时间增长而降低的现象称为,松弛,。,钢筋的,疲劳破坏,是指钢筋在承受重复、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成脆性突然断裂的现象。,1.2,混凝土,(Concrete),一、混凝土的强度,混凝土的抗压强度,混凝土的抗拉强度,混凝土在复合应力作用下的强度,混凝土结构中，,主要是利用它的,抗压强度,。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。,混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的,立方体抗压强度,混凝土的强度等级 混凝土的选用原则 轴心抗压强度,（一）立方体抗压强度,f,cu,（参见录像01）,破坏形式和原理？,混凝土的强度和哪些因素有关？如何影响？,由于尺寸效应的影响：,f,cu,(150) = 0.95,f,cu,(100),f,cu,(150) = 1.05,f,cu,(200),如何测定？,（二）混凝土的强度等级,水电工程根据强度，,从C10C60共划分为11个强度等级，,级差为5N/mm,2,。,C50以上为高强混凝土。,补充说明：,（三） 混凝土的选用原则,水电工程中，素混凝土结构受力不宜低于,C10,钢筋混凝土构件的混凝土强度等级,不应,低于,C15,当采用,级、,级钢筋时，,装配式和薄壁结构,以及承受重复荷载的构件，,不宜,低于,C20,预应力混凝土结构,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,（四）,轴心抗压强度,f,c,棱柱体试件高宽比一般为,h,/,b,=34,通常取,150mm,150mm,300mm,或,150mm,150mm,450mm,标准试件。,真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。,所以是构件设计时所采用的强度种类，但还要将该标准值变为设计值。,为什么棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度？,如何换算？,（四）轴心抗拉强度,f,t,f,t,仅相当于,f,cu,的1/91/18,f,t,=2,P,/,d,2,测量方法：,（五）复合应力状态下的混凝土强度,实际结构中混凝土很少受于单向受力状态。更多的是处于,双向,或,三向,受力状态。如混凝土拱坝、核电站的安全壳等。,参见录象（04双向复合受力强度）,混凝土的双向受力强度,双向受拉,：强度接近单向 受拉强度,一拉一压,：强度降低,双向受压,：抗压强度和极 限压应变均有 所提高,压,压,拉,混凝土在,正应力,和,剪应力,作用下的复合强度,在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度,混凝土的抗剪强度：随,拉,应力增大而减小,随,压,应力增大而增大。当压应力在,0.6,f,c,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。,压,拉,混凝土的三向受压强度,三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高,工程应用：约束混凝土，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱。,侧向压应力的存在还可提高混凝土的延性。,参见图1-12。,二、混凝土的,变形,（一）单轴受压应力-应变关系,如何能画出曲线的下降段？,OA,弹性阶段,A,: 0.3,f,c,AB, 弹塑性,阶段,: 0.3,f,c, 0.8,f,c,裂缝稳定阶段,BC, 裂缝不稳定阶段,: 0.8,f,c, 1.0,f,c,C,B,D,E,f,c,0,0,A,cu,特征点：,0,峰值点应变 规范,0,= 0.002,cu,极限压,应变。值越大，混凝土的延性越好,f,c, 轴心抗压强度,混凝土强度对应力-应变的影响：,加载速度对应力-应变的影响：,如图1-15,约束混凝土,可以提高混凝土的强度，但更值得注意的是可以,提高混凝土的变形能力,，这一点对于抗震结构非常重要。,（二） 混凝土在多次重复荷载下的应力应变关系,混凝土的,疲劳抗压强度,，用符号 表示。,结合曲线说明,（三） 混凝土的弹性模量,初始弹性模量；,割线弹性模量；,切线弹性模量；,多次重复加载求弹性模量；,经验公式；,弹性状态,（拉、压相等）,由应力-应变关系曲线直接求；,变形模量；,塑性状态,（四） 混凝土的徐变,徐变：,混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力) 不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。,徐变的,影响因素,和,减小徐变措施,内在因素,是,指混凝土内水泥胶体的影响。水泥胶体多、徐变就大。减小徐变，应尽量减少水泥用量，减小水灰比，增加骨料所占体积及其刚度。,环境影响,包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（2035）%。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。,应力条件,是引起徐变的直接原因，应力越大，徐变就越大。在低应力下，徐变与应力为线性关系。在高应力下，将产生非线性徐变，徐变不能趋于稳定，要避免这种情况。,加荷龄期。,在同样的应力条件下，加荷越早，混凝土硬化越不充分，徐变就越大。,徐变性质：,线性徐变,初应力,c,0.5,f,c,徐变与初应力呈正比，趋于稳定,非线性徐变,c, 0.5,f,c,当,c, 0.8,f,c,，,徐变发展最终导致破坏,作为混凝土的,长期抗压强度。,0.8,f,c,徐变对结构的影响,（有利和不利）,：, 使构件的变形增加；, 在截面中引起应力重分布；, 在预应力混凝土结构中引起预应力损失。,影响收缩的主要因素：,收缩应变的大小与混凝土的组成、配比、养护条件等关系很大。水泥用量多，水灰比大，振捣不密实，干燥环境下养护，构件外露表面积大等，都会使收缩应变增加。,（五） 混凝土的温度变形和收缩,收缩对结构的影响：,使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。,混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,某些,对跨度比较敏感的超静定结构,（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。,（一）单轴受压应力-应变关系,（五） 混凝土的温度变形和收缩,（四） 混凝土的徐变,（二） 混凝土在多次重复荷载下的应力应变关系,受力变形,体积变形,变形内容：,1.3 钢筋和,混凝土的粘结,粘结是这两种材料共同,受力变形,的保证,1.3 钢筋和,混凝土的粘结,1.3 钢筋和,混凝土的粘结,测定、组成、影响因素,粘结应力：,单位界面面积上这种作用力沿钢筋轴线方向的应力（钢筋和混凝土界面上的剪应力）。,1.3 钢筋和,混凝土的粘结,测定、组成、影响因素,混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的,摩擦力,；,混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的,胶合力,；,钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械,咬合力,。,1.3 钢筋和,混凝土的粘结,测定、组成、影响因素,1.4 钢筋的锚固,钢筋的锚固长度一般指梁、板、柱等构件的受力钢筋伸入支座或基础中的总长度，包括直线及弯折部份。,1.4 钢筋的锚固,具体设计中，请参考相应规范（如附录四表2）的详细规定。,总结粘结和锚固的,构造要求,：,钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小,优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应设弯钩，如果是变形钢筋可不设弯钩。,钢筋伸入支座应有足够的锚固长度,（参见附录,4,表,2,）,钢筋不宜在混凝土的拉区截断,在大直径钢筋的搭接和锚固区域内宜设置横向钢筋,1.5 钢筋的连接,