混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件

1、會(huì)計(jì)學(xué)1混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件第1頁(yè)/共97頁(yè) 教學(xué)提示首先應(yīng)明確材料的物理力學(xué)性能是混凝土 結(jié)構(gòu)計(jì)算理論建立的基礎(chǔ)。本章應(yīng)重點(diǎn)介紹混凝土在各種受力狀態(tài)下 的強(qiáng)度與變形性能、鋼筋和混凝土的應(yīng)力- 應(yīng)變曲線以及鋼筋與混凝土的黏結(jié)機(jī)理。 第2頁(yè)/共97頁(yè)主要內(nèi)容：混凝土的物理力學(xué)性能鋼筋的物理力學(xué)性能鋼筋與混凝土的粘結(jié)第3頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土混凝土立方抗壓強(qiáng)度混凝土軸心抗壓強(qiáng)度混凝土抗拉強(qiáng)度cufcftf150 150 150150 150 300100 100 500第4頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （混凝土結(jié)構(gòu)中，主要是利用

2、它的抗壓強(qiáng)度。因此抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo)） 邊長(zhǎng)150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（203，90%濕度）養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645)。 第5頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 （2）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)： 規(guī)范是根據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)劃分的。從C15C80共劃分為14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)（如C30表示fcu,k =30N/mm2），級(jí)差為5N/mm2。 （3）非標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度換算系數(shù)： 200mm200mm200mm:1.0

3、5； 100mm100mm100mm:0.95。 套箍效應(yīng): 不涂潤(rùn)滑油 涂潤(rùn)滑油第6頁(yè)/共97頁(yè)未采取減摩措施采取減摩措施后第二章 鋼筋和混凝土的材料性能第7頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土也稱(chēng)棱柱體抗壓強(qiáng)度（用符號(hào)fc表示），是用高寬比為24的棱柱體試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)以150150300mm的棱柱體試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，也常用150150450的棱柱體試件。ckc1c2cu,k0.88ff 結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度與試塊混凝土強(qiáng)度的比值脆性影響系數(shù) 棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值第8頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 c1 和 c2 的取值混凝土混凝土

4、強(qiáng)度強(qiáng)度等級(jí)等級(jí)C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.984 0.968 0.951 0.935 0.919 0.903 0.887 0.87第9頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能拉壓壓 （由于軸心受拉試驗(yàn)對(duì)中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈裂試驗(yàn)測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度）dlFstf2,劈拉試驗(yàn)FdF第10頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土0102030405060708090100123456 GBJ10-89 規(guī)范55. 0395. 0cu,m t,m

5、ff 3/226. 0 cu,mt,mff mtf,mcuf, 500 150 15010016軸心受拉試驗(yàn)第11頁(yè)/共97頁(yè)45. 055. 02)645. 11 (395. 088. 0,kcuffctk軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第12頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能（1）規(guī)范規(guī)定材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 fk 應(yīng)具有不小于95%的保證率)645. 11 (mkffkcuccckff,2188. 0（3）軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值45. 055. 02)645. 11 (395. 088. 0,kcuffctk（4）軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（2）立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

6、 fcu,k= fcu,m(1-1.645)第13頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土例 已知fcu,m=30MPa, =0.14，求fcu,k和fck fcu,k=fcu,m(1-1.645) =23.09MPa fc,m=0.76fcu,m fck=fc,m(1-1.645)0.881.0 =0.76fcu,m (1-1.645) 0.88 1.0 =15.44MPa混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）混混 凝凝 土土 強(qiáng)強(qiáng) 度度 等等 級(jí)級(jí)強(qiáng)度種類(lèi)強(qiáng)度種類(lèi)符號(hào)符號(hào)C15C20C25C30C35軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)ck10.013.416.720.123.4軸心抗拉強(qiáng)度

7、軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)tk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 強(qiáng)強(qiáng) 度度 等等 級(jí)級(jí)C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10第14頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土fc 第15頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土很少處于單向受力狀態(tài)。更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)。）雙向受壓強(qiáng)度大于單向受壓強(qiáng)度，最大強(qiáng)度發(fā)生在兩個(gè)壓應(yīng)力之比為0.3 0.6之間，約為(1.251

8、.60 )fc。第16頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 任意應(yīng)力比情況下，其強(qiáng)度均不超過(guò)相應(yīng)的單軸強(qiáng)度。并且抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度均隨另一方向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的增加而減小。 任意應(yīng)力比情況下，其強(qiáng)度均與單軸抗拉強(qiáng)度相近。第17頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（構(gòu)件受剪或受扭時(shí)常遇到）：抗拉、抗剪強(qiáng)度都降低；： 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力提高而增大； 時(shí)，抗剪抗壓強(qiáng)度均降低。 6 . 0/cf6 . 0/cf /fc /fc第18頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （ 實(shí)際工程遇到較多的螺旋箍筋柱和鋼管混凝土柱中的混凝土為三向受壓狀態(tài)。三

9、向受壓試驗(yàn)一般采用圓柱體在等側(cè)壓條件進(jìn)行。）1501005005 10 15 20 25000MpaLfcfccf)75 . 4(第19頁(yè)/共97頁(yè) 一次短期荷載下 受力變形 長(zhǎng)期荷載下砼變形 多次重復(fù)荷載下 收縮變形 體積變形 膨脹變形 溫度變形第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第20頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 在普通試驗(yàn)機(jī)上采用等應(yīng)力速度加載，達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c時(shí)，試驗(yàn)機(jī)中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能，會(huì)導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞，只能測(cè)得曲線的上升段。 （常采用棱柱體試件來(lái)測(cè)定）第21頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混

10、凝土 采用等應(yīng)變速度加載，在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗(yàn)機(jī)內(nèi)集聚的應(yīng)變能，可以測(cè)得曲線的下降段。第22頁(yè)/共97頁(yè)02468102030(MPa) 10-3第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土BACEDA點(diǎn)以前，微裂縫沒(méi)有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點(diǎn)應(yīng)力隨混凝土強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)普通強(qiáng)度混凝土A約為 (0.30.4)fc ，對(duì)高強(qiáng)混凝土A可達(dá)(0.50.7)fc。A點(diǎn)以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開(kāi)始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)開(kāi)始加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸偏離直線。微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致混凝土的橫向變形增加。但該階段微裂

11、縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y(jié)硬過(guò)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?；炷恋淖罱K破壞就是由于這些微裂縫的發(fā)展造成的。達(dá)到B點(diǎn)，內(nèi)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(yīng)變開(kāi)始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。在此應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，裂縫會(huì)持續(xù)發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。取B點(diǎn)的應(yīng)力作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土B約為0.8fc，高強(qiáng)強(qiáng)度混凝土B可達(dá)0.95fc以上。達(dá)到C點(diǎn)fc，內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度明顯加快，C點(diǎn)的縱向應(yīng)變值稱(chēng)為峰值應(yīng)變 0，約為0.002?？v向應(yīng)變發(fā)展達(dá)到D點(diǎn)，內(nèi)部裂縫在試件表

12、面出現(xiàn)第一條可見(jiàn)平行于受力方向的縱向裂縫。隨應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，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(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。E點(diǎn)的應(yīng)變 = (23) 0，應(yīng)力 = (0.40.6) fc。第23頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土強(qiáng)度越高，峰值應(yīng)變?cè)酱?，極限應(yīng)變?cè)叫?，下降段越陡?延性越差強(qiáng)度越低，峰值應(yīng)變?cè)叫?，極限應(yīng)變?cè)酱螅陆刀卧狡骄徰有栽胶玫?4頁(yè)/共97頁(yè)2.1 混凝土第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 Hognestad建議的模型uuccff0000200 15.010 200.0020.0038 fc0.15

13、 fc0u第25頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能上升段：)1 (1 0ncccf0下降段：ccfu00033. 010)50(0033. 0002. 010)50(5 . 0002. 02)50(60125,5,0,kcuukcukcufffn規(guī)范混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù) fcu C50 C80 n 2 1.5 0 0.002 0.00215 u 0.0033 0.003 2.1 混凝土00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20第26頁(yè)/共97頁(yè) 混凝土在橫向受約束力作用時(shí)，不但可提高其強(qiáng)度，還可提高其延性。 實(shí)際工程采用箍筋、鋼管

14、提供約束第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第27頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能Ec= tan Ec= tan Ec= tan 2.1 混凝土0ddEcddEc 彈性系數(shù)n 隨應(yīng)力增大而減（n =10.5）cEelcEcEn第28頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土)N/mm(7 .342 . 2102,5kcucfE510次epAA=(0.40.5)fc)/(74.342 . 2102,5mmNfEkcuc建規(guī)橋規(guī) 第29頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土了解 ftt0ctctcttEfEfEf25 . 00第30頁(yè)/共97頁(yè)第二

15、章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土凝膠體的塑性流動(dòng)。裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展?；炷猎诤奢d的長(zhǎng)期作用下，其應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為徐變。第31頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能t0elashcrela,ela,cr,t瞬時(shí)恢復(fù)應(yīng)變彈性后效殘余應(yīng)變加載瞬時(shí)應(yīng)變 收縮應(yīng)變 徐變 ： 開(kāi)始快、以后慢；半年完成大部分、一年穩(wěn)定、三年終止第32頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 徐變會(huì)使結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的變形增大（如撓度） ； 引起預(yù)應(yīng)力損失； 在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，甚至?xí)?dǎo)致破壞。有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)（應(yīng)）力重分布，降低結(jié)構(gòu)的受力； 減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力； 受拉徐

16、變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。第33頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土是混凝土的組成和配比。 骨料的剛度（彈性模量）越大，體表比越大，徐變就越小; 水灰比越小，水泥用量越少，徐變也越小。包括養(yǎng)護(hù)和使用條件。 受荷前養(yǎng)護(hù)的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。 受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高，相對(duì)濕度越小，徐變就越大。第34頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 徐變值與初應(yīng)力基本上成正比，這種徐變稱(chēng)為線性徐變。產(chǎn)生線性徐變的主要原因是凝膠體的塑性流動(dòng)。 徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應(yīng)力i不成比例，這種徐變稱(chēng)為非線性徐變。產(chǎn)生非線性徐變的主要原因是裂縫的

17、出現(xiàn)與發(fā)展。是指初應(yīng)力水平i /fc是影響徐變的非常主要的因素。 混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導(dǎo)致混凝土的破壞。因此將0.8fc作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度。第35頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能第36頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能標(biāo)準(zhǔn)試件：150150300或150150450mm 的棱柱體200萬(wàn)次荷載應(yīng)力大小，即疲勞應(yīng)力比值是影響疲勞強(qiáng)度大小的關(guān)鍵因素 fmaxc,fminc,fc混凝土疲勞強(qiáng)度f(wàn)cf fcf= g fc見(jiàn)建工教材P316附表2-4第37頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 混凝土在空氣中硬化時(shí)體

18、積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為混凝土的收縮。（收縮是混凝土在不受外力情況下由于體積變化而產(chǎn)生的變形。）：干燥失水。：混凝土的碳化（凝膠體中的Ca(OH)2 CaCO3）。第38頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土當(dāng)收縮受到約束（如支座、內(nèi)部鋼筋）時(shí)，將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至引起混凝土的開(kāi)裂?；炷潦湛s會(huì)使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。第39頁(yè)/共97頁(yè)圖b) 墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形圖a) 鋼筋混凝土構(gòu)件的收縮裂縫第40頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土早期發(fā)展快，兩周可完成全部收縮的25%，一個(gè)月可完成50%；以后發(fā)展逐漸減慢，整個(gè)收縮過(guò)程可延續(xù)

19、兩年以上。一般情況下，最終收縮應(yīng)變值約為(25)10-4 混凝土開(kāi)裂應(yīng)變?yōu)?0.52.7)10-414d 28dt(25)10-425%50%ch第41頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土水泥的強(qiáng)度等級(jí)高、用量多、水灰比大，收縮就大； 骨料彈性模量高、級(jí)配好，收縮就??； 養(yǎng)護(hù)時(shí)的濕度大、溫度高，收縮就?。皇褂脮r(shí)的濕度大、溫度低，收縮就??； 構(gòu)件體表比大，收縮就??； 混凝土越密實(shí)，收縮越??； 第42頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 混凝土在水中硬化時(shí)體積會(huì)增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為混凝土的膨脹。 但混凝土的膨脹值一般較小，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也較小，所以經(jīng)常不予考慮。

20、第43頁(yè)/共97頁(yè)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.2 鋼筋 鐵元素：主要成分。 碳元素：含碳量增加，強(qiáng)度提高，但塑性和可焊性降低。低碳鋼（25%,不應(yīng)50%; 對(duì)板、墻：不宜25%; 對(duì)柱：不宜50%;2.4一般構(gòu)造規(guī)定ll直接根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋級(jí)別確定受拉鋼筋的搭接ls第84頁(yè)/共97頁(yè)第二章 材料的力學(xué)性能取縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度的0.7倍，即0.7ll，且在任何情況下不應(yīng)小于200mm。 直徑較大縱筋直徑的0.25倍； 間距：較小縱筋直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm.(受拉搭接） 較小縱筋直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm.(受壓搭接）2.4一般構(gòu)造規(guī)定第85頁(yè)/共97頁(yè)錐螺紋鋼筋

21、連接第二章 材料的力學(xué)性能2.4一般構(gòu)造規(guī)定第86頁(yè)/共97頁(yè)第二章 材料的力學(xué)性能2.4一般構(gòu)造規(guī)定第87頁(yè)/共97頁(yè)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)定第88頁(yè)/共97頁(yè)第二章 材料的力學(xué)性能本 章 小 結(jié)1、混凝土的力學(xué)性能（1）混凝土的強(qiáng)度：fcu,k及其測(cè)定方法、fc、ft；混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值；復(fù)合受力下混凝土的強(qiáng)度及變形性能（2）混凝土的變形：?jiǎn)屋S單調(diào)受壓的曲線； 曲線的規(guī)范模型；混凝土的彈性模量及其測(cè)定；混凝土的收縮、膨脹及徐變。2、鋼筋的力學(xué)性能（1）鋼筋的品種：熱軋鋼筋（HPB235=R235、HRB335、HRB400、RRB400=KL400 ）、鋼絲、鋼絞線、冷加工鋼筋和熱 處理鋼筋。（2）曲線（有、無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋）； 曲線的規(guī)范模型（3）鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度；變形指標(biāo)延伸率 和冷彎性能；鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。第89頁(yè)/共97頁(yè)第二章 材料的力學(xué)性能小結(jié)本 章 小 結(jié)（1）粘結(jié)的作用；（2）兩類(lèi)粘結(jié)（錨固粘結(jié)和局部粘結(jié)）；（3）粘結(jié)力的構(gòu)成；（4）兩種類(lèi)型的粘結(jié)破壞（劈裂式破壞和刮梨式破壞）；（5）改善粘結(jié)的措施。4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一般構(gòu)造規(guī)定3、鋼筋與混凝土的粘結(jié)（1）基本錨固長(zhǎng)度的概念及其計(jì)算dffltya （2）鋼筋的連接：