混凝土結構構件

1、會計學1混凝土結構構件混凝土結構構件第1頁/共97頁 教學提示首先應明確材料的物理力學性能是混凝土 結構計算理論建立的基礎。本章應重點介紹混凝土在各種受力狀態(tài)下 的強度與變形性能、鋼筋和混凝土的應力- 應變曲線以及鋼筋與混凝土的黏結機理。 第2頁/共97頁主要內容：混凝土的物理力學性能鋼筋的物理力學性能鋼筋與混凝土的粘結第3頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土混凝土立方抗壓強度混凝土軸心抗壓強度混凝土抗拉強度cufcftf150 150 150150 150 300100 100 500第4頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （混凝土結構中，主要是利用

2、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） 邊長150mm立方體標準試件，在標準條件下（203，90%濕度）養(yǎng)護28天，用標準試驗方法（加載速度0.150.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度。 fcu,k= fcu,m(1-1.645)。 第5頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能 （2）混凝土的強度等級： 規(guī)范是根據混凝土立方體抗壓強度標準值來劃分的。從C15C80共劃分為14個強度等級（如C30表示fcu,k =30N/mm2），級差為5N/mm2。 （3）非標準試塊強度換算系數： 200mm200mm200mm:1.0

3、5； 100mm100mm100mm:0.95。 套箍效應: 不涂潤滑油 涂潤滑油第6頁/共97頁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/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土也稱棱柱體抗壓強度（用符號fc表示），是用高寬比為24的棱柱體試件測得的抗壓強度，我國標準以150150300mm的棱柱體試件為標準試件，也常用150150450的棱柱體試件。ckc1c2cu,k0.88ff 結構混凝土強度與試塊混凝土強度的比值脆性影響系數 棱柱體強度與立方體強度之比值第8頁/共97頁第二章 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、強度強度等級等級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/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能拉壓壓 （由于軸心受拉試驗對中困難，也常常采用立方體或圓柱體劈裂試驗測定混凝土的抗拉強度）dlFstf2,劈拉試驗FdF第10頁/共97頁第二章 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軸心受拉試驗第11頁/共97頁45. 055. 02)645. 11 (395. 088. 0,kcuffctk軸心抗拉強度標準值第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土第12頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能（1）規(guī)范規(guī)定材料強度的標準值 fk 應具有不小于95%的保證率)645. 11 (mkffkcuccckff,2188. 0（3）軸心抗壓強度標準值45. 055. 02)645. 11 (395. 088. 0,kcuffctk（4）軸心抗拉強度標準值（2）立方體抗壓強度標準值

6、 fcu,k= fcu,m(1-1.645)第13頁/共97頁第二章 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混凝土強度標準值（N/mm2）混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級強度種類強度種類符號符號C15C20C25C30C35軸心抗壓強度軸心抗壓強度fck10.013.416.720.123.4軸心抗拉強度

7、軸心抗拉強度ftk1.271.541.782.012.20混混 凝凝 土土 強強 度度 等等 級級C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.829.632.435.538.541.544.547.450.22.402.512.652.742.852.933.003.053.10第14頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土fc 第15頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （實際結構中，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)。）雙向受壓強度大于單向受壓強度，最大強度發(fā)生在兩個壓應力之比為0.3 0.6之間，約為(1.251

8、.60 )fc。第16頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 任意應力比情況下，其強度均不超過相應的單軸強度。并且抗壓強度或抗拉強度均隨另一方向拉應力或壓應力的增加而減小。 任意應力比情況下，其強度均與單軸抗拉強度相近。第17頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土（構件受剪或受扭時常遇到）：抗拉、抗剪強度都降低；： 時，抗剪強度隨壓應力提高而增大； 時，抗剪抗壓強度均降低。 6 . 0/cf6 . 0/cf /fc /fc第18頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 （ 實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、向受壓試驗一般采用圓柱體在等側壓條件進行。）1501005005 10 15 20 25000MpaLfcfccf)75 . 4(第19頁/共97頁 一次短期荷載下 受力變形 長期荷載下砼變形 多次重復荷載下 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/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 在普通試驗機上采用等應力速度加載，達到軸心抗壓強度fc時，試驗機中集聚的彈性應變能大于試件所能吸收的應變能，會導致試件產生突然脆性破壞，只能測得曲線的上升段。 （常采用棱柱體試件來測定）第21頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混

10、凝土 采用等應變速度加載，在試件旁附設高彈性元件與試件一同受壓，以吸收試驗機內集聚的應變能，可以測得曲線的下降段。第22頁/共97頁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A約為 (0.30.4)fc ，對高強混凝土A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

11、縫的發(fā)展是穩(wěn)定的?；炷猎诮Y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?；炷恋淖罱K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B約為0.8fc，高強強度混凝土B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 0，約為0.002?？v向應變發(fā)展達到D點，內部裂縫在試件表

12、面出現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 = (23) 0，應力 = (0.40.6) fc。第23頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土強度越高，峰值應變越大，極限應變越小，下降段越陡峭 延性越差強度越低，峰值應變越小，極限應變越大，下降段越平緩延性越好第24頁/共97頁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/共97頁第二章 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)范混凝土應力-應變曲線參數 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/共97頁 混凝土在橫向受約束力作用時，不但可提高其強度，還可提高其延性。 實際工程采用箍筋、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/共97頁第二章 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n 隨應力增大而減（n =10.5）cEelcEcEn第28頁/共97頁第二章 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/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土了解 ftt0ctctcttEfEfEf25 . 00第30頁/共97頁第二

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。裂縫的出現與發(fā)展?；炷猎诤奢d的長期作用下，其應變或變形隨時間增長的現象稱為徐變。第31頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能t0elashcrela,ela,cr,t瞬時恢復應變彈性后效殘余應變加載瞬時應變 收縮應變 徐變 ： 開始快、以后慢；半年完成大部分、一年穩(wěn)定、三年終止第32頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 徐變會使結構（或構件）的變形增大（如撓度） ； 引起預應力損失； 在長期高應力作用下，甚至會導致破壞。有利于結構構件產生內（應）力重分布，降低結構的受力； 減小大體積混凝土內的溫度應力； 受拉徐

16、變可延緩收縮裂縫的出現。第33頁/共97頁第二章 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)護和使用條件。 受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。 受荷后構件所處的環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，徐變就越大。第34頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土 徐變值與初應力基本上成正比，這種徐變稱為線性徐變。產生線性徐變的主要原因是凝膠體的塑性流動。 徐變最終雖仍收斂，但最終徐變與初應力i不成比例，這種徐變稱為非線性徐變。產生非線性徐變的主要原因是裂縫的

17、出現與發(fā)展。是指初應力水平i /fc是影響徐變的非常主要的因素。 混凝土內部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，徐變的發(fā)展將不收斂，最終導致混凝土的破壞。因此將0.8fc作為混凝土的長期抗壓強度。第35頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能第36頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能標準試件：150150300或150150450mm 的棱柱體200萬次荷載應力大小，即疲勞應力比值是影響疲勞強度大小的關鍵因素 fmaxc,fminc,fc混凝土疲勞強度fcf fcf= g fc見建工教材P316附表2-4第37頁/共97頁第二章 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體

18、積會縮小，這種現象稱為混凝土的收縮。（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/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土當收縮受到約束（如支座、內部鋼筋）時，將使混凝土中產生拉應力，甚至引起混凝土的開裂?；炷潦湛s會使預應力混凝土構件產生預應力損失。第39頁/共97頁圖b) 墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形圖a) 鋼筋混凝土構件的收縮裂縫第40頁/共97頁第二章 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%，一個月可完成50%；以后發(fā)展逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)

19、兩年以上。一般情況下，最終收縮應變值約為(25)10-4 混凝土開裂應變?yōu)?0.52.7)10-414d 28dt(25)10-425%50%ch第41頁/共97頁第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 混凝土水泥的強度等級高、用量多、水灰比大，收縮就大； 骨料彈性模量高、級配好，收縮就??； 養(yǎng)護時的濕度大、溫度高，收縮就??；使用時的濕度大、溫度低，收縮就??； 構件體表比大，收縮就小； 混凝土越密實，收縮越?。?第42頁/共97頁第二章 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體積會增大，這種現象稱為混凝土的膨脹。 但混凝土的膨脹值一般較小，對結構的影響也較小，所以經常不予考慮。

20、第43頁/共97頁第二章 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，強度提高，但塑性和可焊性降低。低碳鋼（25%,不應50%; 對板、墻：不宜25%; 對柱：不宜50%;2.4一般構造規(guī)定ll直接根據混凝土強度等級和鋼筋級別確定受拉鋼筋的搭接ls第84頁/共97頁第二章 材料的力學性能取縱向受拉鋼筋搭接長度的0.7倍，即0.7ll，且在任何情況下不應小于200mm。 直徑較大縱筋直徑的0.25倍； 間距：較小縱筋直徑的5倍，且不應大于100mm.(受拉搭接） 較小縱筋直徑的10倍，且不應大于200mm.(受壓搭接）2.4一般構造規(guī)定第85頁/共97頁錐螺紋鋼筋

21、連接第二章 材料的力學性能2.4一般構造規(guī)定第86頁/共97頁第二章 材料的力學性能2.4一般構造規(guī)定第87頁/共97頁擠壓鋼筋連接第二章 材料的力學性能2.4一般構造規(guī)定第88頁/共97頁第二章 材料的力學性能本 章 小 結1、混凝土的力學性能（1）混凝土的強度：fcu,k及其測定方法、fc、ft；混凝土強度的標準值；復合受力下混凝土的強度及變形性能（2）混凝土的變形：單軸單調受壓的曲線； 曲線的規(guī)范模型；混凝土的彈性模量及其測定；混凝土的收縮、膨脹及徐變。2、鋼筋的力學性能（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、無明顯屈服點的鋼筋）； 曲線的規(guī)范模型（3）鋼筋的強度指標屈服強度、極限強度；變形指標延伸率 和冷彎性能；鋼筋強度的標準值。第89頁/共97頁第二章 材料的力學性能小結本 章 小 結（1）粘結的作用；（2）兩類粘結（錨固粘結和局部粘結）；（3）粘結力的構成；（4）兩種類型的粘結破壞（劈裂式破壞和刮梨式破壞）；（5）改善粘結的措施。4、鋼筋混凝土結構的一般構造規(guī)定3、鋼筋與混凝土的粘結（1）基本錨固長度的概念及其計算dffltya （2）鋼筋的連接：