建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能教學(xué)PPT.ppt

第三章結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能 鋼材 04 37 4 一 鋼筋的種類及選用 fig 我國常見鋼筋外形 二 鋼筋的力學(xué)性能 有明顯屈服點(diǎn) 軟鋼 oa 彈性階段bc 屈服階段cd 硬化階段de 頸縮階段 條件屈服點(diǎn) 0 2是殘余應(yīng)變?yōu)? 2 時(shí)的應(yīng)力 c 條件屈服強(qiáng)度 0 2 0 85fu 無明顯屈服點(diǎn) 硬鋼 a 比例極限fpc 屈服強(qiáng)度fyd 極限強(qiáng)度fu 1 強(qiáng)度相關(guān) 是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù) 屈強(qiáng)比反映鋼筋的強(qiáng)度儲備 fy fu 0 6 0 7 沖擊韌性 是對于鋼結(jié)構(gòu)使用鋼材的特殊要求 是檢驗(yàn)鋼材對于沖擊荷載的承受能力 2 塑性性能 伸長率 鋼材拉斷后的塑性變形量較鋼材原始尺度的變化率 是衡量鋼材變形能力的重要指標(biāo) 冷彎指標(biāo) 是檢驗(yàn)鋼材冷加工性能的指標(biāo) 對于鋼筋與鋼板 其冷彎指標(biāo)是指在常溫下被檢驗(yàn)材料對于某一相對的半徑 相對板材厚度與鋼筋直徑 的彎曲角度 伸長率 越大 鋼筋延性或塑性越好 3 鋼材的加工性能 常見的建筑工程鋼材加工有冷加工 熱加工兩類 冷加工 板材 線材的冷彎 線材的冷拉 冷拔 熱加工 焊接 冷拉后的鋼筋沒有明顯的屈服階段 如b圖 冷拉卸載后經(jīng)過一段時(shí)間的停滯 再對其張拉 會重新恢復(fù)屈服階段而呈現(xiàn)出屈服強(qiáng)度提高的應(yīng)力應(yīng)變圖形 這種現(xiàn)象被稱為冷做硬化現(xiàn)象 冷拉僅提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度 不提高其抗壓強(qiáng)度 冷拉 冷拔是指將光圓鋼筋以強(qiáng)力拉拽使其通過小直徑的硬質(zhì)合金模具 使其截面減小而長度增長 冷拔后的鋼筋的強(qiáng)度會大大提高 冷拔后鋼筋的塑性會降低 冷拔后的鋼筋與之前的鋼筋不屬于同一種鋼筋 冷拔 混凝土 一 混凝土的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度 fcuk 定義 為150mm的立方體試件 在28天齡期單軸抗壓強(qiáng)度 強(qiáng)度等級 c15 c20 c25 c30 c35 c40 c45 c50 c80共14級 c 混凝土15 立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值為15n mm2 每一批混凝土都要留試塊 用于檢查質(zhì)量 軸心抗壓強(qiáng)度fck 定義 軸心抗壓強(qiáng)度是指按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的截面為150mm 150mm高300mm的棱柱體 在28天齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度 混凝土的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低得多 一般只有抗壓強(qiáng)度的5 10 二 混凝土的變形 oa 彈性階段ab 微裂縫開展bc 彈塑性 豎向裂縫形成cd 下降段 混凝土是彈塑性材料 規(guī)范 提出的混凝土應(yīng)力 應(yīng)變曲線表達(dá)式 受壓混凝土一次短期加荷的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 原點(diǎn)彈性模量 定義 過原點(diǎn)作切線的斜率 取值 變形模量 割線模量 原點(diǎn)和任意點(diǎn)作割線的斜率 切線模量 過任一點(diǎn)作切線的斜率為時(shí)的切線模量 剪切模量 根據(jù)彈性模量和泊松比確定 混凝土的變形模量 原因 水分蒸發(fā) 凝膠體收縮 影響因素 配合比 養(yǎng)護(hù) 體表比 收縮徐變 影響因素 配合比 養(yǎng)護(hù) 應(yīng)力條件 建筑工程中 鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于c15 當(dāng)采用hrb335級鋼筋時(shí) 不宜低于c20 當(dāng)采用hrb400和rrb400級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件 不得低于c20 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不應(yīng)低于c30 采用鋼絞線 鋼絲 熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí) 不宜低于c40 三 混凝土的選用 第3節(jié)鋼筋與混凝土的相互作用 粘結(jié)力 一 粘結(jié)力的概念 若鋼筋與混凝土有相對變形 滑移 應(yīng)會在鋼筋和混凝土交界面上 產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力 它反映的是鋼筋與混凝土交界面上沿鋼筋縱向的抗剪能力 1 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力 2 混凝土顆粒與鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘合力 3 由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力 二 粘結(jié)力的組成 1 粘結(jié)應(yīng)力按曲線分布 最大粘結(jié)應(yīng)力在離開端部的某一位置出現(xiàn) 且隨拔出力的大小而變 2 鋼筋埋入長度越長 拔出力越大 但埋入過長則尾部的粘結(jié)力很小 甚至為零 3 粘結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度等級的提高而增大 4 變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度比光面鋼筋的大 但若在光面鋼筋末端做彎鉤 則拔出力大大提高 三 影響粘結(jié)力因素 拔出試驗(yàn) 測定粘結(jié)力 粘結(jié)強(qiáng)度 鋼筋與砼的粘結(jié)面上所能承受平均剪應(yīng)力的最大值 四 保證鋼筋和混凝土間的粘結(jié)措施 一 保證錨固粘結(jié)應(yīng)力的可靠傳遞 基本錨固長度的修正 見p22 1 縱向受拉鋼筋的基本錨固長度 2 框架梁縱向鋼筋在邊支座處的錨固 為什么要求水平段0 4la 二 鋼筋錨固長度不夠時(shí)的措施 末端與短鋼筋雙面貼焊 末端帶135 彎鉤 末端與鋼板穿孔塞焊 2 一定的搭接長度 鋼筋搭接 搭接區(qū)鋼筋凈間距的減小使得粘結(jié)強(qiáng)度降低 因此 規(guī)范 取搭接長度為錨固長度乘與一個(gè)大于1的系數(shù) ll zla 規(guī)范規(guī)定 兩搭接接頭的中心距應(yīng)不小于1 3l1 否則 則認(rèn)為兩搭接接頭屬于同一搭接范圍 對于縱向受壓鋼筋 其搭接長度不應(yīng)少于0 7l1 且不小于200mm 在縱向受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)應(yīng)加密配置箍筋 見圖 其直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0 25倍 在錨固區(qū)或受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)應(yīng)配置箍筋以改善鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能 在錨固長度范圍內(nèi) 箍筋直徑不宜小于錨固鋼筋直徑的1 4 間距不應(yīng)大于單根錨固鋼筋直徑的10倍 采用機(jī)械錨固措施時(shí)不應(yīng)大于5倍 在整個(gè)錨固長度范圍內(nèi)箍筋不應(yīng)少于3個(gè) 在受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi) 箍筋直徑不宜小于搭接鋼筋直徑的1 4 箍筋間距在鋼筋受拉時(shí)不大于100mm且不大于搭接鋼筋較小直徑的5倍 在鋼筋受壓時(shí)不大于200mm且不大于搭接鋼筋較小直徑的10倍 錐螺紋鋼筋連接 2 4一般構(gòu)造規(guī)定 第二章材料的力學(xué)性能 2 4一般構(gòu)造規(guī)定 擠壓鋼筋連接 第二章材料的力學(xué)性能 2 4一般構(gòu)造規(guī)定 鋼筋機(jī)械連接的方法之一為螺紋套筒連接 早期多為車銷錐螺紋套筒連接 后改進(jìn)為與母材等強(qiáng)的滾軋 或鐓粗 直螺紋套筒連接 錐螺紋加工 鋼筋機(jī)械連接 螺紋套筒連接 鋼筋機(jī)械接頭的加工及現(xiàn)場安裝多采用專業(yè)分包的形式 圖為滾軋鋼筋直螺紋的機(jī)械加工 已加工的滾軋直螺紋 柱子鋼筋連接時(shí) 頂部的工人將鋼筋插入柱箍內(nèi)側(cè) 底部工人將加工的鋼筋端部螺牙對準(zhǔn)套筒 中部的工人用專用扳手旋緊螺紋 形成三人基本組合作業(yè)組 鋼筋機(jī)械連接 冷壓套筒連接 冷壓套筒鋼筋連接是利用鋼套筒的變形 與變形鋼筋咬合在一起形成良好的連接 由于鋼套筒的長度相對長 其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比滾軋直螺紋套筒連接差 現(xiàn)逐漸被直螺紋套筒連接取代 冷壓套筒連接主要為徑向冷壓技術(shù) 圖為當(dāng)年南京古南都飯店的地下室底板 40鋼筋的8000個(gè)接頭應(yīng)用了該技術(shù) 電渣壓力焊是粗鋼筋焊接連接的一種方法 其接頭費(fèi)用低 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 適用于 18 28的豎向鋼筋連接 鋼筋焊接連接 電渣壓力焊 將被連接鋼筋插入夾鉗 向焊劑盒內(nèi)倒入焊劑 將電極鉗夾住被連鋼筋 搖動手柄輕提上鋼筋引弧 引弧后連續(xù)通電 鋼筋端面在渣池中熔化 熔化到一定量時(shí)加壓擠壓 打開焊接盒 回收焊劑 渣殼包裹著鋼筋接頭 并保溫 敲除渣殼 露出具有金屬光澤的電渣壓力焊接頭 鋼筋氣壓焊是一種經(jīng)濟(jì)不用電的鋼筋連接方法 圖為日本在多層住宅樓的梁中將氣壓焊應(yīng)用于水平鋼筋的連接 鋼筋焊接連接 氣壓焊 圖為在南京古南都飯店工程地下室施工工地上 進(jìn)行鋼筋氣壓焊應(yīng)用的表演 操作工人將夾鉗夾住上 下鋼筋端部 點(diǎn)燃?xì)鈮汉傅暮妇?焊炬點(diǎn)燃后 套入鋼筋連接部位 先用強(qiáng)焰