鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能教程PPT學(xué)習教案

1、會計學(xué)1鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能教程鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能教程ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段標距有明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同第1頁/共40頁0.2%0.2標距無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同第2頁/共40頁ABBCDE0.2%0.2強度指標* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應(yīng)的強度作為設(shè)計強度的依據(jù)，因為，鋼筋屈服后會產(chǎn)生大的塑性變形，鋼筋混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形和不可閉合的裂縫，以至不能使用 * 無明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強度,隨著冶金系統(tǒng)采用國際標準

2、及質(zhì)量的提高，在相應(yīng)的產(chǎn)品標準中明確規(guī)定屈服強度0.2不得小于極限抗拉強度b的85%（0.85b）。因此，實際應(yīng)用中可取極限抗拉強度b的85%作為條件屈服點 第3頁/共40頁強度指標的確定強度隨機變量強度標準值根據(jù)統(tǒng)計資料，運用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（鋼筋為97.73%）的統(tǒng)計特征值：強度標準值=強度平均值-2均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值第4頁/共40頁ABBCDE0.2%0.2變形指標* 伸長率：鋼筋拉斷后的伸長與原長的比值* 冷彎要求：將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的鋼輥彎成一定的角度而不發(fā)生斷裂 第5頁/共40頁按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（

3、含碳量0.25%）中碳鋼（含碳量0.250.6%）高碳鋼（含碳量0.61.4%）普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）錳系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系第6頁/共40頁鋼筋熱軋鋼筋：熱軋光圓鋼筋HPB235， HPB300（Hot rolled Plain Bars），熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，HRB500 (Hot rolled Ribbed Bars), 細晶粒熱軋鋼筋HRBF335、HRBF400，HRBF500 (Hot rolled Ribbed Bars of Fine grains), 冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、HRB500鋼

4、筋通過加熱、淬火、回火而成按加工鋼絲碳素鋼絲：高碳鎮(zhèn)靜鋼通過多次冷拔、應(yīng)力消除、矯正、回火處理而成刻痕鋼絲：在鋼絲表面刻痕，以增強其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：若干根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成第7頁/共40頁按表面形狀光圓鋼筋帶肋鋼筋鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HPB235，HPB300, HRB335，HRB400，HRB500 HRBF335, HRBF400, HRBF500預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋第8頁/共40頁光圓鋼筋：6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22帶肋鋼筋：6, 8, 10, 1

5、2, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 50第9頁/共40頁冷拉BKZZK殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效K點的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制溫度的影響：溫度達700C時恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性下降第10頁/共40頁冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度第11頁/共40頁熱處理對特定鋼號的鋼筋進行淬火和回火處理強度提高，塑性降低不降低強度的前提下，消除由淬火產(chǎn)生的內(nèi)力，改善塑性和韌性第12頁/共40頁徐變應(yīng)力不變，隨時間的增長應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時間的增長

6、應(yīng)力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施第13頁/共40頁重復(fù)荷載作用下，鋼筋的強度靜載作用下的強度規(guī)定的應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)一定次數(shù)的重復(fù)荷載后，發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強度。對鋼筋用疲勞應(yīng)力幅來表示其疲勞強度。試驗方法單根鋼筋的軸拉疲勞鋼筋埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎第14頁/共40頁強度要求：屈服強度和極限強度，抗震設(shè)計時還要求有一定的屈強比塑性要求：伸長率和冷彎要求可焊性與混凝土的粘結(jié)性第15頁/共40頁sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋第16頁/共40頁立

7、方體抗壓強度fcu承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強度大于我國規(guī)范的方法：不涂潤滑劑壓力試件裂縫發(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、試塊尺寸等第17頁/共40頁標準試塊：150150 150非標準試塊：100100 100 換算系數(shù) 0.95 200200 200 換算系數(shù) 1.05立方體抗壓強度是區(qū)分混凝土強度等級的指標，我國規(guī)范混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強度立方體抗壓強度fcu第18頁/共40頁強度指標的確定強度隨機

8、變量強度標準值根據(jù)統(tǒng)計資料，運用數(shù)理統(tǒng)計方法確定的具有一定保證率（95%）的統(tǒng)計特征值：強度標準值=強度平均值-1.645均方差概率密度材料強度強度平均值強度標準值第19頁/共40頁棱柱體抗壓強度fc承壓板試塊標準試塊：150150 300非標準試塊：100100 300 換算系數(shù) 0.95 200200 400 換算系數(shù) 1.05考慮到承壓板對試件的約束，立方體抗壓強度大于棱柱體抗壓強度，且有：fc=0.76fcu (試驗結(jié)果)考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，取fc=0.67fcu 對國外（美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會等）采用的圓柱體試件（d=150, h=300），有fc=0.79fcu 圓柱體抗壓

9、強度第20頁/共40頁直接受拉試驗ft100100150150500試驗結(jié)果：ft=0.395fcu 0.55考慮到構(gòu)件和試件的區(qū)別，尺寸效應(yīng)，加荷速度等的影響，取ft=0.348fcu 0.55第21頁/共40頁劈裂試驗ftsdlFfts2ddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂與抗壓試驗結(jié)果有：fts=0.19fcu 3/4第22頁/共40頁雙軸應(yīng)力下的強度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉壓/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0單軸抗拉強度單軸抗壓強度雙向正應(yīng)力下的強度曲線法向應(yīng)力和剪應(yīng)力下的強度曲線第23頁/共40頁三向受壓時的混凝土強度1=

10、fcc1=fcc2= 3= fLfL-側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗Lcccfff1 . 4有側(cè)向約束時的抗壓強度無側(cè)向約束時圓柱體的單軸抗壓強度第24頁/共40頁破壞重復(fù)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線fcf321疲勞強度fcfcf的確定原則：100100 300或150150 450 的棱柱體試塊承受200萬次（或以上）循環(huán)荷載時發(fā)生破壞的最大壓應(yīng)力值第25頁/共40頁(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強度提高加載速度減慢單軸受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系作用是：峰值應(yīng)力后，吸收試驗機的變形能，測出下降段第26頁/共40頁單軸受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型u=0

11、.00380=0.002ocfcc0.15fc2011cccf0015. 01ucccfu=0.00350=0.002ocfcc2011cccf美國Hognestad模型德國Rsch模型第27頁/共40頁單軸受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型-中國規(guī)范u0ocfccncccf01122),50(6012nnfncu時，取當5010505 . 0002. 0cuf510500033. 0cuuf第28頁/共40頁側(cè)向受約束時混凝土的變形特點cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco環(huán)箍斷裂第29頁/共40頁軸向受拉時混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系tto t0 tu ft

12、t(MPa)0 (mm)cr =0.00012試件：7619305mmfc = 44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06標距83mm理論模型！第30頁/共40頁重復(fù)荷載下混凝土的變形性能pe包羅線與一次性加載時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似第31頁/共40頁混凝土的彈性模量ccccep01原點切線模量（彈性模量）：拉壓相同ecctgE/0變形模量（割線模量、彈塑性模量）ccctgE/1切線模量cccddtgE cccecEEE受壓時，為0.41.0；受拉破壞時，為1.0第32頁/共40頁混凝土的彈性模量的試驗方法（150150 300標準試件）c/fcc0.5510次

13、此線和原點切線基本平行，取其斜率作為Ec)/(74.342 . 21025mmNfEcuc第33頁/共40頁混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在壓力較小時為0.150.18，接近破壞時可達0.5以上，一般可取0.2混凝土的剪切模量為)1 (2cccEG第34頁/共40頁長期荷載作用下混凝土的變形性能-徐變0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，線性徐變c0.8fc，非線性徐變creeecrP原因之一，膠凝體的粘性流動原因之二，混凝土內(nèi)部微裂縫的不斷發(fā)展第35頁/共40頁長期荷載作用下混凝土的變形性能-影響徐變的因素應(yīng)力： c0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比-線性徐變 0.5fcc0.8fc，造成混凝土破壞，不穩(wěn)定加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，線性徐變c0.8fc，非線性徐變creeecr第36頁/共40頁混凝土的收縮