钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能

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,#,石家庄铁路职业技术学院,基本构件：,受弯构件,（梁、板）,构件截面主要存在弯矩,M,、剪力,V,。,受压构件,（柱、墙）,构件截面都有轴向压力,N,，可能存在弯矩,M,、剪力,V,。,受拉构件,（屋架下弦、拉杆）,构件截面都有轴向拉力,N,，可能存在弯矩,M,、剪力,V,。,受扭构件,（曲梁、雨棚梁）,构件截面除产生弯矩,M,、剪力,V,外，还会产生扭矩,T,。,按结构构件的主要,受力特点,，可分为以下几类：,混凝土结构设计原理,第,1,章 材料的物理力学性能,第,1,章 材料的物理力学性能,主要内容：,钢筋的物理力学性能,混凝土的物理力学性能,钢筋与混凝土的粘结,钢筋的锚固和连接,重点：,钢筋的级别、强度和变形性能,混凝土的强度和变形性能,粘结破坏机理,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,说明,钢筋的外形,热轧钢筋,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,说明,预应力钢筋,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,说明,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,解释,热轧钢筋的,符号说明,HRB335,hot rolled,ribbed,bar,RRB400,remained heat treatment,ribbed,bar,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,说明,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,说明,预应力钢筋的,符号说明,钢绞线,S Strand,光面钢丝,P Plain,刻痕钢丝,I Indented,螺旋肋钢丝,H Helix,热处理钢筋,HT Heat-treated,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,1,钢筋的,种类,及,符号,说明,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,2,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,3,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：,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,。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,4,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,5,钢筋的,塑性性能,（,1,）延伸率：,（,2,）冷弯性能：,延伸率越大，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。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,6,钢筋的,冷加工,冷拉：,在常温下用,机械,方法将有明显流幅的钢筋拉到,超过,屈服强度的某一应力值，然后,卸载至零,。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,6,钢筋的,冷加工,钢筋在冷拉后，未经时效前，一般没有明显的屈服台阶；,经过停放或加热后进一步提高了屈服强度并恢复了屈服台阶，这种现象称为冷拉,时效硬化,。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,6,钢筋的,冷加工,冷拔：,将,HPB235,级热轧钢筋,强行,拔过小于其直径的硬质合金,拔丝模具,。,经过几次冷拔的钢丝，抗拉、抗压,强度均,大大提高，但,塑性,降低。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.1,钢筋的物理力学性能,7,混凝土结构对钢筋性能的,要求,保证构件具有一定的,强度储备,。,（,1,）适当的屈强比,（,2,）足够的塑性,避免发生,脆性,破坏。,（,4,）耐久性和耐火性,（,3,）可焊性 要求钢筋具备良好的,焊接,性能。,（,5,）与混凝土具有良好的,粘结,必要的混凝土保护层厚度以满足对构件,耐火极限,的要求。,（,6,）寒冷地区，防止钢筋,低温冷脆,导致破坏。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,1,立方体抗压强度,用边长为,150mm,的,标准,立方体试块在,标准,条件下养护,28d,后，以,标准,试验方法测得的破坏时的,平均,压应力为混凝土的,立方体抗压强度,。,影响因素,：,按上述规定所测得的具有,95%,保证率,的抗压强度称为混凝土的,立方体抗压强度标准值,。,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。,端部约束：涂润滑油，强度降低。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,1,立方体抗压强度,混凝土,强度等级,按立方体抗压强度标准值确定，按 的大小划分为,14,级。,C15,、,C20,、,C25,、,C30 C80,。,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,；,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,2,轴心抗压强度,棱柱体,高度,的取值：,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。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,3,轴心抗拉强度,与 的关系：,直接受拉试验,劈裂试验,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,4,复杂受力状态下混凝土的强度,双轴应力状态,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,。,混凝土的三轴抗压强度,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,4,复杂受力状态下混凝土的强度,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,4,复杂受力状态下混凝土的强度,剪压或剪拉复合应力状态,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,。,混凝土的剪压复合强度,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,5,一次短期加载下,混凝土受压的应力,应变曲线,当,0.3,时，关系接近于,直线,；,当,=(0.3,0.8),时，关系,偏离直线,；,当,=(0.8,1.0),时，内部微裂缝进入,非稳定发展,阶段。,峰值应变,极限压应变,混凝土的应力,应变曲线,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,6,三向,受压时混凝土的应力,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,6,三向,受压时混凝土的应力,应变曲线,螺旋箍筋圆柱体约束混凝土的应力,应变曲线,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,7,混凝土的变形模量,初始弹性模量：过,原点,切线的斜率。,切线模量：过某一点,切线,的斜率。,割线模量：某一点与原点,连线,的斜率。,混凝土的变形模量,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,7,混凝土的变形模量,混凝土,弹性模量,与,立方体抗压强度,之间的关系：,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,8,混凝土的徐变,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,8,混凝土的徐变,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,：,应力的大小；,混凝土的龄期；,混凝土的制作、养护环境；,水灰比与水泥用量；,骨料用量及力学性能。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.2,混凝土的物理力学性能,8,混凝土的徐变,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,。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.3,钢筋与混凝土的粘结与锚固,1,粘结应力的,定义,钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力。,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,第,1,章 材料的物理力学性能,1.3,钢筋与混凝土的粘结与锚固,1,粘结应力的,定义,拔出试验,第,1,章 材料的物理力学性能,1.3,钢筋与混凝土的粘结与锚固,2,粘结应力的,组成,钢筋与混凝土表面的,化学胶着力,；,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,。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.3,钢筋与混凝土的粘结与锚固,3,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,化学胶着力,，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,胶着力,、,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,。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.3,钢筋与混凝土的粘结与锚固,3,粘结,破坏机理,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）。,（,3,）,影响粘结强度的,因素,混凝土的强度；,横向配筋的数量；,钢筋的外形；,混凝土的保护层厚度及钢筋间距；,锚固区的横向压力；,受力状态。,第,1,章 材料的物理力学性能,1.3,钢筋与混凝土的粘结与锚固,4,钢筋的,锚固,、,连