鋼筋和混凝土材料的力學性能.ppt

？,混凝土的強度指標是 立方體強度是各種力學指標的基本代表值,三個強度指標如何使用,第二章 混凝土結構材料的物理力學性能,立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、抗拉強度,2.1 混凝土的物理力學性能,本節(jié)課重點,1.混凝土的強度等級立方體抗壓強度,混凝土結構,壓力試件裂縫發(fā)展擴張整個體系解體，喪失承載力,另影響強度的因素還有：齡期、加載速率、試塊尺寸等,影響實驗強度值因素分析,影響立方體抗壓強度的因素： 內因：如強度與水泥標號、骨料品種、配合比等。 外因：試驗方法（箍套）、溫度、濕度、試件尺寸。,由于尺寸效應的影響：fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 fcu(200),注意問題：,混凝土結構中，主要是利用它的抗壓強度。因此抗壓強度是混凝土力學性能中最主要和最基本的指標。 混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的。,砼的立方體抗壓強度標準值fcu，k,C Concrete（混凝土）,普通混凝土,高強混凝土,C15C50,C55C80,摻入高效減水劑,混凝土的強度等級的選用,混凝土結構中混凝土強度最低等級,（GB50010-2010）,鋼筋種類,混凝土強度等級,素混凝土結構,不應低于C15,鋼筋混凝土結構,不應低于C20,強度等級400MPa及以上的鋼筋時,不應低于C25,不應低于C30,不宜低于C40,預應力混凝土結構,采用預應力鋼絞線、鋼絲、預應力螺紋鋼筋,重復荷載的構件,不應低于C30,2.混凝土的軸心抗壓強度,(1)混凝土的軸心抗壓強度fc,h/b=23，fck趨于穩(wěn)定,“套箍效應”,300,軸心抗壓強度標準值和立方體抗壓強度標準值的換算關系為,fcu,k立方體強度標準值即為混凝土強度等級fcu。,c1 和 c2 值,混凝土軸心抗壓強度 與立方體抗壓強度的關系,(2)混凝土的軸心抗拉強度ft,間接測試法：,(2)混凝土的軸心抗拉強度ft,間接測試法：,P-破壞荷載,d-圓柱體直徑或立方體邊長,l-圓柱體長度或立方體邊長,計算鋼筋混凝土和預應力混凝土構件的抗裂和裂縫寬度,第2章 物理力學性能,3.復合應力狀態(tài)下混凝土的強度,1, 2 (壓壓) 混凝土強度增加 （第三象限） 1, 2 (拉壓) 混凝土強度降低 （第二、四象限） 1, 2 (拉拉) 混凝土強度基本不變（第一象限）,（1）雙向正應力,200,50N/mm2,35N/mm2,1,2,2,10N/mm2,150,100,50,0,5,10,15,20,25,12(N/mm2),1 (),（3）三軸受壓（抗壓強度提高）,混凝土圓柱體三向受壓的軸心抗壓強度 與側壓 的經驗公式：,（4）正應力和剪應力作用 （混凝土的抗壓強度由于剪應力的存在而降低） 當/fc（0.50.7)時,抗剪強度隨壓應力的增大而增大 當/fc（0.50.7)時,抗剪強度隨壓應力的增大而減小 當壓應力在 左右時，抗剪強度達到最大，壓應力繼續(xù)增大，則由于內裂縫發(fā)展明顯，抗剪強度將隨壓應力的增大而減小。,復合應力狀態(tài)下混凝土的強度小結,1. 雙向應力狀態(tài)下的強度變化規(guī)律,（1）雙向受壓時，混凝土抗壓強度,單向；,大于,（2）雙向受拉時，混凝土抗拉強度于,接近,單向；,（3）一向受壓和一向受拉時，其抗拉（抗壓）強度,均低于,相應的單向強度；,（4）由于剪應力的存在，混凝土抗壓強度,低于,單向；,（5）由于壓應力的存在，混凝土抗剪強度有限增加, 但當壓應力大于0.6fc時，隨壓應力增大而減小。,2. 三向受壓狀態(tài)下的強度變化規(guī)律 結論：三向受壓狀態(tài)下的混凝土抗壓強度大于雙向和單向。 3. 實際工程應用約束混凝土 （1）采用約束混凝土不僅可以提高混凝土的抗壓強度，也可以提高構件的耐受變形能力； （2）工程中應用約束混凝土的實例，如螺旋鋼箍柱、鋼管混凝土等。,4. 砼的變形,1.混凝土軸心受壓應力-應變曲線有何特點?,本節(jié)重點,2.什么是混凝土的徐變?徐變對混凝土構件有何影響?通常認為影響徐變的主要因素有哪些?如何減少徐變?,4. 砼的變形,受力變形,砼在荷載一次短期作用下的變形,砼在荷載多次重復作用下的變形,混凝土硬化時的收縮與膨脹,體積變形,變形,溫、濕度變化產生的變形,(1)混凝土曲線,1.混凝土在短期荷載作用下的變形,（用h/b=34的柱體試件測定）,第二章 鋼筋和混凝土的材料性能,2.2 混凝土,A點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應力-應變關系近似直線。A點應力隨混凝土強度的提高而增加，對普通強度混凝土sA約為 (0.30.4)fc ，對高強混凝土sA可達(0.50.7)fc。,A點以后，由于微裂縫處的應力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產生部分塑性變形，應變增長開始加快，應力-應變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂縫的發(fā)展是穩(wěn)定的。,混凝土在結硬過程中，由于水泥石的收縮、骨料下沉以及溫度變化等原因，在骨料和水泥石的界面上形成很多微裂縫，成為混凝土中的薄弱部位。混凝土的最終破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。,達到B點，內部一些微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應變開始由壓縮轉為增加。在此應力的長期作用下，裂縫會持續(xù)發(fā)展最終導致破壞。取B點的應力作為混凝土的長期抗壓強度。普通強度混凝土sB約為0.8fc，高強強度混凝土sB可達0.95fc以上。,達到C點fc，內部微裂縫連通形成破壞面，應變增長速度明顯加快，C點的縱向應變值稱為峰值應變 e 0，約為0.002。,縱向應變發(fā)展達到D點，內部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。,隨應變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿的粘結不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點的應變e = (23) e 0，應力s = (0.40.6) fc。,2.1 混凝土的物理力學性能,2.1 混凝土,不同強度混凝土的應力-應變關系曲線,強度等級越高，線彈性段越長，峰值應變也有所增大。但高強混凝土中，砂漿與骨料的粘結很強，密實性好，微裂縫很少，最后的破壞往往是骨料破壞，破壞時脆性越顯著，下降段越陡。,2.1 混凝土的物理力學性能,2. 砼單軸受壓時的應力變形模型,（1）. 美國E.Hongnestad模型,（2）. 德國Rusch模型,（3）. 我國規(guī)范模型,第二章 鋼筋和混凝土的材料性能,規(guī)范應力-應變關系,上升段：,下降段：,2.1 混凝土,2.1 混凝土的物理力學性能,(1)混凝土的收縮,4.混凝土的收縮和徐變,（收縮與荷載無關）,（蒸氣養(yǎng)護可使砼收縮減小）,(1)混凝土的收縮,4.混凝土的收縮和徐變,B、減少混凝土收縮的措施,限制水灰比和水泥用量,加強砼的振搗和養(yǎng)護,配置適量的構造鋼筋和設置伸縮縫,A、收縮對結構產生的不利影響,當砼收縮變形受到約束時，將使結構,（構件）產生收縮裂縫；,使預應力砼構件的預應力產生損失。,(2)混凝土的徐變,4.混凝土的收縮和徐變,混凝土在不變荷載的長期作用下應變隨時間而增長的現(xiàn)象,（徐變與荷載有關）,(2)混凝土的徐變,4.混凝土的收縮和徐變,A、產生徐變的原因,尚未轉化為結晶體的水泥膠凝體粘性流動的結果。,混凝土內部的微裂縫在荷載長期作用下持續(xù)延伸和擴展的結果。,B、影響徐變的因素,（1）時間因素；,（2）應力大?。?應力大，徐變大，且徐變性質發(fā)生變化，呈不穩(wěn)定發(fā)展，控制長期應力大?。?（3）環(huán)境因素；,養(yǎng)護時溫度高濕度大，徐變??；受荷時溫度高 濕度低，徐變大。,（4）加載時荷載大，徐變大；,（5）水泥用量大，水灰比大，徐變大，構件尺寸小，徐變小。,（6）鋼筋可減小徐變；,C、徐變對結構的影響,構件變形和裂縫寬度增大,預應力砼的預應力損失,D、減少混凝土徐變的措施,限制水灰比和水泥用量,加強砼的振搗和養(yǎng)護,按生產工藝分,（1）熱軋鋼筋,熱軋鋼筋,光面鋼筋,帶肋鋼筋,HPB235級（淘汰）,HRB335級,HRB400級,RRB400級,HPB300級,HRB500級,HRBF400級,HRBF500級,逐步淘汰,（2）鋼絞線,1 鋼筋的應力應變曲線 （1 ）有明顯屈服點的鋼筋的應力應變曲線,特點：,有屈服臺階，延伸率大， 塑性好，破壞前有明顯預兆。,（2 ）無明顯屈服點的鋼筋的應力應變曲線,無屈服臺階，延伸率小， 塑性差，破壞前無明顯預兆。,2.鋼筋的強度,（1）鋼筋強度標準值,對有明顯屈服點鋼筋，以屈服強度作為鋼筋設計強度的取值依據(jù)。對無屈服點鋼筋，通常取其條件屈服強度作為設計強度的依據(jù)。,普通鋼筋的強度標準值,預應力鋼筋的強度標準值,2.鋼筋的強度,（2）鋼筋強度設計值,鋼筋的材料分項系數(shù),（2）鋼筋強度設計值,常用鋼筋強度標準值和設計值如表所列,2.鋼筋的強度,3.鋼筋的變形性能,（1）延伸率 ,鋼材受拉破壞時的應變值。,鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長的比率。,試件受力前的標距長度,試件拉斷后的標距長度,3.鋼筋的變形性能,（2）冷彎性能,通過冷彎沖頭加壓，使試件彎曲，發(fā)生裂縫時試件的彎轉角度越大，塑性性能越好。,3.鋼筋的變形性能,4.混凝土結構對鋼筋的要求,強度高：,強度愈高，用量愈少；用高強鋼筋作預應力鋼筋，預應力效果比低強鋼筋好。,塑性好：,鋼筋塑性性能好，破壞前構件就有明顯的預兆。,可焊性好：,除圓盤條鋼筋供貨長度不受限制外一般的鋼筋均均采用直條供貨，長度為915m。故鋼筋需搭接。,粘結力強：,HPB235級鋼筋(光面)須做彎鉤，HRB335級、 HRB400級鋼筋表面帶肋,5.混凝土結構中的配筋,梁,5.混凝土結構中的配筋,箍筋的肢數(shù)和形式：,5.混凝土結構中的配筋,板,5.混凝土結構中的配筋,柱,1縱向受力鋼筋,2普通箍筋,3螺旋箍筋,6. 構件的混凝土保護層,2.3 混凝土與鋼筋的粘結,(a)砼硬化后鋼筋與砼之間產生了良好的粘結力；,(b)鋼筋與砼的溫度線膨脹系數(shù)非常接近；,鋼筋與砼共同工作的基礎,(c)鋼筋由于砼的保護而避免銹蝕。,1.粘結作用,摩擦力,膠結力,機械咬合力,(1)粘結作用機理,粘結作用,砼收縮且裹緊鋼筋,砼顆粒的化學作用,鋼筋表面凹凸不平,1.粘結作用,第2章 物理力學性能,(2)粘結強度及其主要影響因素,粘結強度,鋼筋與混凝土粘結作用的大小,1.粘結作用,第2章 物理力學性能,(2)粘結強度及其主要影響因素,A、混凝土的強度等級,B、澆筑混凝土時鋼筋的位置,C、鋼筋的表面特征,D、混凝土保護層厚度,E、箍筋的橫向約束,影響鋼筋與混凝土粘結強度的因素,2.鋼筋的錨固措施,第2章 物理力學性能,(1)支座內鋼筋應有足夠的錨固長度,1）縱向受力鋼筋的錨固長度,受拉鋼筋的錨固長度,鋼筋的抗拉強度設計值,錨固鋼筋的公稱直徑；,2.鋼筋的錨固措施,第2章 物理力學性能,(1)支座內鋼