钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理课件.ppt

1、第一章 钢筋和混凝土材料力学性能一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝裂缝发展发展扩张扩张整个体整个体系解体，丧失承载力系解体，丧失承载力另影响强度的因素另影响强度的因素还有：龄期、加载速还有：龄期、加载速率、试块尺寸等率、试块尺寸等一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度标准试块：150150 150非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混

2、凝土的强度等立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：级有：C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度 （单位MPa）立方体抗压强度fcu一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150150 450考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：抗压强度，且有：fck=fcu,k 为为0.76（C50以下），以下），0.77-0.82（C55-

3、C80）(试验结果试验结果)对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有），有fck=0.79fcu,k 圆柱体抗压强度一、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度承压板试块在实际工程中，考虑到构件混凝土与试件混凝土因制作工艺、在实际工程中，考虑到构件混凝土与试件混凝土因制作工艺、受荷情况和环境条件的不同，按受荷情况和环境条件的不同，按公路工程结构可靠度统一公路工程结构可靠度统一设计标准设计标准（GB/T50283-1999）条文建议说明，取用抗压强）条文建议说明，取用抗压强度平均

4、换算系数为度平均换算系数为0.88；并假定构件混凝土抗压强度的变异系数与立方体抗压强度的并假定构件混凝土抗压强度的变异系数与立方体抗压强度的变异系数相同；变异系数相同；则构件混凝土柱体抗压强度标准值为（设计值则构件混凝土柱体抗压强度标准值为（设计值*1.45）：）：fck=0.88* * fcu,k对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有），有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度脆性折减系数，C40-C80之间按1.0-0.87线性插入（p419）一、混凝土的强度和变形 2. 单轴受力状态下混

5、凝土的抗拉强度直接受拉试验ft100100150150500试验结果：试验结果：ft=0.26fcu 2/3考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取速度等的影响，取ft=0.23fcu 2/3一、混凝土的强度和变形 2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度劈裂试验ftsdlFfts2ddftsFFFF我国根据我国根据100mm立方体的立方体的劈裂与抗压试验结果有：劈裂与抗压试验结果有：fts=0.19fcu 3/4一、混凝土的强度和变形 2. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度双轴应力下的强度1.01.2拉1.01.2-0.125-0.1252/fc

6、1/fc压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度双向正应力下的强度曲线法向应力和剪应力下的强度曲线一、混凝土的强度和变形 2. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度三向受压时的混凝土强度1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验Lcccfff1 . 4有侧向约束时的抗压强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度一、混凝土的强度和变形 3. 混凝土的疲劳强度破坏重复荷载下的应力-应变曲线fcf321疲劳强度fcfcf的确定原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值

7、一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810加载速度提高，测得混凝土强度提高加载速度减慢单轴受压时的应力-应变关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能单轴受压时的应力-应变关系的数学模型u=0.00380=0.002ocfcc0.15fc2011cccf0015. 01ucccfu=0.00350=0.002ocfcc2011cccf美国Hognestad模型德国Rsch模型一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能单轴受压时的应力-应变关系的数学模型-中国规范

8、u0ocfccncccf01122),50(6012nnfncu时，取当5010505 . 0002. 0cuf510500033. 0cuuf一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能侧向受约束时混凝土的变形特点cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco环箍断裂一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能轴向受拉时混凝土的应力应变关系tto t0 tu ftt(MPa)0 (mm)cr =0.00012试件：7619305mmfc = 44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06标距83mm理论模型！一、混凝土的强度

9、和变形 4. 混凝土的变形性能重复荷载下混凝土的变形性能pe包络线与一次性加载时的应力-应变曲线相似一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能混凝土的弹性模量ccccep01原点切线模量（弹性模量）：拉压相同ecctgE/0变形模量（割线模量、弹塑性模量）ccctgE/1切线模量cccddtgE cccecEEE受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为1.0一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能混凝土的弹性模量的试验方法（150150 300标准试件）c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec)/(74.342 . 21025mmNfEcuc一、混凝土的强度和变

10、形 4. 混凝土的变形性能混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在压力较小时为混凝土的泊松比，在压力较小时为0.150.18，接近破坏时可达，接近破坏时可达0.5以上，以上，一般可取一般可取0.2混凝土的剪切模量为混凝土的剪切模量为)1 (2cccEG一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，非线性徐变creeecrP原因之一，胶凝体原因之一，胶凝体的粘性流动的粘性流动原因之二，混凝土原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发内部微裂缝的不断发展展一、混凝土的强度和变形

11、4. 混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响徐变的因素应力：应力： c0.5fc，徐变变形与应力成正比-线性徐变 0.5fcc0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩

12、越小骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能徐变对混凝土结构的影响PAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：徐变： s， c一、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能收缩对混凝土结构的影响AssAs s收缩：收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉As课后思考1:我国规范规定的混凝土立方体抗压强度的定义。(如何由立方体抗压强度到设计强度？) 试阐明徐变的概念及其与收缩概念的不同。二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别

13、和品种按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋R235（HPB235） ，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋KL400（RRB400） 冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将HRB400、KL400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工第一个字母H代表热轧(Hot rolled)，R 代表余热处理（Remained heat

14、treatment）；第二个字母表示表面形状，P代表光面（plain）、R代表带肋（Ribbed）；第三个字母B代表钢筋（Bar），尾部数字为强度等级 光圆钢筋强度等级代号 二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种月牙肋二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：七根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成二、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的成分、级别和品种按表面形状光圆钢筋变形钢筋钢筋的应用范围非预应力钢筋：R235，HRB335，

15、HRB400，KL400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线ABBCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线ABBCDE0.2%0.2强度指标* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混

16、凝土构件会产生不可恢复的变形性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用和不可闭合的裂缝，以至不能使用 * 无明显流幅的钢筋：残余应变为无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应时所对应的应力作为条件屈服强度的应力作为条件屈服强度 二、钢筋的强度和变形 7. 钢筋应力-应变曲线的数学模型sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线强度指标的确定强度随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为9

17、7.73%）的统计特征值：强度标准值强度标准值= =强度平均值强度平均值- -2 2均方差均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值二、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的应力-应变曲线ABBCDE0.2%0.2变形指标* 伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值* 冷弯要求：将直径为冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为的钢筋绕直径为D的钢辊的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂弯成一定的角度而不发生断裂 二、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理冷拉BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先

18、焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降二、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度二、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性降低不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性二、钢筋的强度和变形 4. 钢筋的徐变和松弛徐变应力不变，随时间的增长应变继续增加松弛长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施二、钢筋的强度和变形 5. 钢筋的疲劳重复荷载作用下，钢筋的强度静载作用下的强

19、度规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。试验方法单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯二、钢筋的强度和变形 6. 混凝土结构对钢筋的要求强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比塑性要求：伸长率和冷弯要求塑性要求：伸长率和冷弯要求可焊性可焊性与混凝土的粘结性与混凝土的粘结性二、钢筋的强度和变形自习自习注意带思考问题：为什么规定钢筋的焊接长度？注意带思考问题：为什么规定钢筋的焊接长度？钢筋的接头、弯钩和弯折二、钢筋的强度和变形自习自习注意思考问题：钢筋与混凝土之间的粘接强度与什么因素相关？注意思考问题：钢筋与混凝土之间的粘接强度与什么因素相关？钢筋与混凝土之间的粘接课后思考2: 钢筋松弛的定义（与混凝土徐变的区别）。