第二章 鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能

第二章鋼筋和混凝土材料力學(xué)性能混凝土結(jié)構(gòu)基本原理一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線AB’BCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強(qiáng)化段0.2%0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線AB’BCDE0.2%0.2強(qiáng)度指標(biāo)*明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計強(qiáng)度的依據(jù)，因?yàn)椋摻钋髸a(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(qiáng)度

一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線強(qiáng)度指標(biāo)的確定強(qiáng)度隨機(jī)變量強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)統(tǒng)計資料，運(yùn)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=強(qiáng)度平均值-2×均方差概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

1.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線AB’BCDE0.2%0.2變形指標(biāo)*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

一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的成分、級別和品種按化學(xué)成分碳素鋼（鐵、碳、硅、錳、硫、磷等元素）低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25~0.6%）高碳鋼（含碳量0.6~1.4%）普通低合金鋼（另加硅、錳、鈦、釩、鉻等）硅系硅釩系硅鈦系硅錳系硅鉻系一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的成分、級別和品種鋼筋熱軋鋼筋：熱軋光面鋼筋HPB235，熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400，余熱處理鋼筋RRB400冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機(jī)械拉伸而成熱處理鋼筋：將HRB400、RRB400鋼筋通過加熱、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(qiáng)其與混凝土間的粘結(jié)力鋼絞線：六根相同直徑的鋼絲成螺旋狀鉸繞在一起冷拔低碳鋼絲：由低碳鋼冷拔而成一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

2.鋼筋的成分、級別和品種按表面形狀光圓鋼筋變形鋼筋鋼筋的應(yīng)用范圍非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400預(yù)應(yīng)力鋼筋：碳素鋼絲，刻痕鋼絲，鋼絞線，熱處理鋼筋，冷拉鋼筋一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拉BKZZ’K’殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效K點(diǎn)的選擇：應(yīng)力控制和應(yīng)變控制溫度的影響：溫度達(dá)700oC時恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性下降一、鋼筋的強(qiáng)度和變形

3.鋼筋的冷加工和熱處理冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度一、鋼筋的強(qiáng)度和和變形3.鋼筋的冷冷加工和熱處理熱處理對特定鋼號的鋼筋筋進(jìn)行淬火和回火火處理強(qiáng)度提高，塑性降降低不降低強(qiáng)度的前提提下，消除由淬火火產(chǎn)生的內(nèi)力，改改善塑性和韌性一、鋼筋的強(qiáng)度和和變形4.鋼筋的徐徐變和松弛徐變應(yīng)力不變，隨時間間的增長應(yīng)變繼續(xù)續(xù)增加松弛長度不變，隨時間間的增長應(yīng)力降低低對結(jié)構(gòu)，尤尤其是預(yù)應(yīng)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，，產(chǎn)生不利利的影響，，需采取必必要的措施施一、鋼筋的的強(qiáng)度和變變形5.鋼鋼筋的疲勞勞重復(fù)荷載作作用下，鋼鋼筋的強(qiáng)度度<靜載作作用下的強(qiáng)強(qiáng)度規(guī)定的應(yīng)力力幅度內(nèi)，，經(jīng)一定次次數(shù)的重復(fù)復(fù)荷載后，，發(fā)生疲勞勞破壞的最最大應(yīng)力值值稱為疲勞勞強(qiáng)度。對對鋼筋用疲疲勞應(yīng)力幅幅來表示其其疲勞強(qiáng)度度。試驗(yàn)方法單根鋼筋的的軸拉疲勞勞鋼筋埋入混混凝土中重重復(fù)受拉或或受彎一、鋼筋的的強(qiáng)度和變變形6.混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)對鋼筋的的要求強(qiáng)度要求：：屈服強(qiáng)度度和極限強(qiáng)強(qiáng)度，抗震震設(shè)計時還還要求有一一定的屈強(qiáng)強(qiáng)比塑性要求：：伸長率和和冷彎要求求可焊性與混凝土的粘粘結(jié)性一、鋼筋的的強(qiáng)度和變變形7.鋼筋筋應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變曲線的的數(shù)學(xué)模型型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明顯流幅幅的鋼筋無明顯流幅幅的鋼筋二、混凝土土的強(qiáng)度和和變形1.單軸軸受力狀態(tài)態(tài)下混凝土土的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度立方體抗壓壓強(qiáng)度fcu承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑強(qiáng)度大于我國規(guī)范的的方法：不不涂潤滑劑劑壓力試件裂裂縫發(fā)展擴(kuò)張整整個體系解解體，喪失失承載力另影響強(qiáng)度的的因素還有有：齡期、、加載速率率、試塊尺尺寸等二、混凝土土的強(qiáng)度和和變形1.單軸軸受力狀態(tài)態(tài)下混凝土土的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試塊：：150×150××150非標(biāo)準(zhǔn)試塊塊：100×100××100換算系數(shù)0.95200×200××200換算系數(shù)1.05立方體抗壓壓強(qiáng)度是區(qū)區(qū)分混凝土土強(qiáng)度等級級的指標(biāo)，，我國規(guī)范范混凝土的的強(qiáng)度等級級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土土Concrete立方體抗壓壓強(qiáng)度立方體抗壓壓強(qiáng)度fcu二、混凝土土的強(qiáng)度和和變形1.單軸軸受力狀態(tài)態(tài)下混凝土土的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度棱柱體抗壓壓強(qiáng)度fc承壓板試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊：：150×150××300非標(biāo)準(zhǔn)試塊塊：100×100××300換算系數(shù)0.95200×200××400換算系數(shù)1.05考慮到承壓壓板對試件件的約束，，立方體抗抗壓強(qiáng)度大大于棱柱體體抗壓強(qiáng)度度，且有：：fc=0.76fcu(試驗(yàn)結(jié)果)考慮到構(gòu)件件和試件的的區(qū)別，取取fc=0.67fcu對國外（美國國、日本、、歐洲混凝凝土協(xié)會等等）采用的的圓柱體試試件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圓柱體抗壓壓強(qiáng)度二、混凝土土的強(qiáng)度和和變形2.單軸軸受力狀態(tài)態(tài)下混凝土土的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度直接受拉試試驗(yàn)ft100100150150500試驗(yàn)結(jié)果：ft=0.26fcu2/3考慮到構(gòu)件和和試件的區(qū)別別，尺寸效應(yīng)應(yīng)，加荷速度度等的影響，，取ft=0.23fcu2/3二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形2.單軸受受力狀態(tài)下混混凝土的抗拉拉強(qiáng)度劈裂試驗(yàn)ftsddftsFFFF我國根據(jù)100mm立方體的劈裂裂與抗壓試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果有：fts=0.19fcu3/4二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形2.復(fù)合受受力狀態(tài)下混混凝土的抗拉拉強(qiáng)度雙軸應(yīng)力下的的強(qiáng)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(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度雙向正應(yīng)力下下的強(qiáng)度曲線線法向應(yīng)力和剪剪應(yīng)力下的強(qiáng)強(qiáng)度曲線二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形2.復(fù)合受受力狀態(tài)下混混凝土的抗拉拉強(qiáng)度三向受壓時的的混凝土強(qiáng)度度1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗(yàn)有側(cè)向約束時時的抗壓強(qiáng)度度無側(cè)向約束時時圓柱體的單單軸抗壓強(qiáng)度度二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形3.混凝土土的疲勞強(qiáng)度度破壞重復(fù)荷載下的的應(yīng)力-應(yīng)變變曲線fcf321疲勞強(qiáng)度<fcfcf的確定原則：100×100××300或150×150××450的棱柱體試塊塊承受200萬次（或以上上）循環(huán)荷載載時發(fā)生破壞壞的最大壓應(yīng)應(yīng)力值二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土強(qiáng)度提高加載速度減慢單軸受壓時的的應(yīng)力-應(yīng)變變關(guān)系作用是：峰值應(yīng)力后，吸收試驗(yàn)機(jī)的變形能，測出下降段二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能單軸受壓時的的應(yīng)力-應(yīng)變變關(guān)系的數(shù)學(xué)學(xué)模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美國Hognestad模型德國Rüsch模型二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能單軸受壓時的的應(yīng)力-應(yīng)變變關(guān)系的數(shù)學(xué)學(xué)模型----中國規(guī)范范u0ocfcc二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能側(cè)向受約束時時混凝土的變變形特點(diǎn)cu約束混凝土非約束混凝土ccfccfcEsecEc

c02c0

sp

cco環(huán)箍斷裂二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能軸向受拉時混混凝土的應(yīng)力力應(yīng)變關(guān)系tto

t0

tu

ftt(MPa)0

(mm)cr=0.00012試件：7619305mmfc=44MPa43210.010.020.030.040.050.06標(biāo)距＝83mm理論模型?。。《?、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能重復(fù)荷載下混混凝土的變形形性能pe包羅線與一次性加載時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能混凝土的彈性性模量ccccep01原點(diǎn)切線模量量（彈性模量量）：拉壓相相同變形模量（割割線模量、彈彈塑性模量））切線模量受壓時，為0.4~1.0；受拉破壞時，，為1.0二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能混凝土的彈性性模量的試驗(yàn)驗(yàn)方法（150×150×300標(biāo)準(zhǔn)試試件）c/fcc0.55~10次此線和原點(diǎn)切線基本平行，取其斜率作為Ec二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能混凝土的泊松松比和剪切模模量混凝土的泊松松比，在壓力力較小時為0.15~0.18，接近破壞時時可達(dá)0.5以上，一般可可取0.2混凝土的剪切切模量為二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能長期荷載作用用下混凝土的的變形性能----徐變變0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0.5fc，線性徐變c<0.8fc，非線性徐變變cree’e’’cr’P原因之一，膠膠凝體的粘性性流動原因之二，混混凝土內(nèi)部微微裂縫的不斷斷發(fā)展二、混凝土的的強(qiáng)度和變形形4.混凝土土的變形性能能長期荷載作用用下混凝土的的變