混凝土与钢筋的粘结课件.ppt

1、 混凝土结构设计原理兰州大学网络教育学院2010-11-11王亚军王亚军钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种性能迥然不同的材料组成的。为了正确合理的进行钢筋混凝土结构设计，需要深入了解钢筋混凝土结构材料的力学性能。第 2 章 钢筋和混凝土材料的力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.2 钢筋的物理力学性能2.3 混凝土与钢筋的粘结第 2 章 钢筋和混凝土材料的力学性能2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.1 2.1.1 混凝土的组成结构混凝土的组成结构 骨料骨料水泥结晶体水泥结晶体水泥凝胶体水泥凝胶体弹性变形的基础弹性变形的基础塑性变形的基础塑性变形的基础混凝土的强度

2、及变形随时间、随环境的变化而变化。混凝土的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的混凝土。同等级的混凝土。2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.2 2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度单轴向应力状态下的混凝土强度1. 立方体的抗压强度立方体的抗压强度 （fcu,k） 影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、湿度、试验方法。湿度、试验方法。 用标准制作方式制成的用标准制作方式制成的150150150mm150mm的立的立方体试块，在方体试块，在标准养护条

3、件下标准养护条件下，用标准试验方，用标准试验方法测得具有法测得具有9595保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。此强度又此强度又称为混凝土强度等级。称为混凝土强度等级。 常用等级：常用等级：C15, C20, C25, C30, C35, C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50, C55 , C60 , C65 , C70 , C40, C45, C50, C55 , C60 , C65 , C70 , C75 , C80C75 , C80。其中。其中C50C50级以上属高强混凝土。级以上属高强混凝土。实际的压应力分布假定的压应力分布拉力线压力线下承压板上承

4、压板压拉压立方体试件受压示意图涂润滑剂涂润滑剂不涂润滑剂不涂润滑剂尺寸效应换算关系 由于尺寸效应的影响：由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。选取与立方体相同截面（边长150mm正方形），h/b=34的柱体试件，端部摩擦对中部的横向变形影响甚微，处于单向受压状态。因此，柱体抗压强度=轴心抗压强度其标准值与立方体抗压强度之间的关系：ck12cu,k0.88ccff 2. 轴心抗压强度轴心抗压强度 （fck）3. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度（ftk） 混凝土的抗拉强度比抗压强

5、度小得多，为抗压强度的1/171/8。抗拉强度标准值计算经验公式： 直接测试方法直接测试方法间接测试方法间接测试方法(弯折，劈裂弯折，劈裂)dlPf2t0.550.45tkcu,k20.880.395(1 1.645 )cff2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.3 2.1.3 混凝土的复合强度混凝土的复合强度1. 混凝土的双向受力强度混凝土的双向受力强度对混凝土方形薄板试件的双向受力试验结果可得下图。第一象限为双向受拉情况，可见均低于单向抗拉强度。第三象限为双向受压情况，最大受压强度发生在等于2或0.5时，第二象限为一向受拉，一向受压情况，这种情况下，混凝土强度均低

6、于单向受力（压或拉）的强度。双向受力状态下混凝土破坏包络图12122.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.3 2.1.3 混凝土的复合强度混凝土的复合强度2. 混凝土的压（拉）剪复合受力强度混凝土的压（拉）剪复合受力强度 构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力 共同作用下的复合受力情况。共同作用下的复合受力情况。混凝土的压（拉）剪复合受力强度混凝土的压（拉）剪复合受力强度混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小 随压应力增大而增大随压应力增大而增大当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到

7、最大，左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。剪强度将随压应力的增大而减小。2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.3 2.1.3 混凝土的复合强度混凝土的复合强度3. 混凝土的三轴应力状态混凝土的三轴应力状态 三轴应力状态有多种组合，实际工三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。柱体在等侧压条件进

8、行。 12123203501050250100150200101520% 25512, 110590 . 15 . 10 . 25 . 25 . 0cf/1cf/212cf混凝土三轴应力关系2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形 混凝土的应力应变关系是混凝土混凝土的应力应变关系是混凝土力学性能的一个重要方面，它是钢筋混凝力学性能的一个重要方面，它是钢筋混凝土构件应力分析、建立强度和变形计算理土构件应力分析、建立强度和变形计算理论所必不可少的依据。通常用论所必不可少的依据。通常用h/b=34h/b=34的柱的柱体试件来测定。体试件

9、来测定。 2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形 1.1.采用等应变加载采用等应变加载 可得到应力应变曲线的上升段和下降段两部分。 035152545501030201046% 1228406055652.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形 2.2.采用等应力加载采用等应力加载 只能得到应力应变曲线的上升段。 00cf混凝土应力应变曲线2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形 3.3. 弹性模量弹性模

10、量 计算钢筋混凝土构件的截面应力、变形、预应力混凝土构件的预压应力，以及由于温度改变支座沉降产生的内力时，需要利用混凝土的一个材料常数，即为弹性模量。 kcucfE,5/74.342 . 2100.5fc510 次)N/mm(74.342 . 21025cucfE弹性模量测定方法cEa00cEcf混凝土应力应变曲线2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形 4.4. 变形模量模量 应力应变曲线上任意一点与原点的连线（割线）的斜率称为混凝土的变形模量。 cEcEa00cEcf混凝土应力应变曲线2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土

11、的物理力学性能2.1.4 2.1.4 混凝土的变形混凝土的变形 5.5. 混凝土的受拉变形混凝土的受拉变形当采用等应变速度加载时，混凝土的受拉应力应变曲线原点切线斜率与受压时的基本一致，因此，混凝土受拉与受压可以用相同的弹性模量。 混凝土的受拉应力应变曲线tfcE0tccEE5 .0cuab0ucf0035.0002.00u200c)(2fccf0)0(Ruschm建议的应力应变曲线ab0ucfcf15.00038.0002.00u200)(2ccf0)6/1(Hognestedm提出的应力应变曲线统一的统一的表达式：表达式：cu000200) 1(10)(2mffcc常用的混凝土应力应变曲线

12、模型2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.5 2.1.5 混凝土的徐变和收缩混凝土的徐变和收缩 1.1. 混凝土的徐变混凝土的徐变混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力) 不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。 混凝土的徐变曲线)10(40)月(el徐变cr弹性变形el收缩shDBCAelel cr混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应混凝土的级配、水灰比、初始加载龄期、初应力大小，养护使用条件等。力大小，养护使用条件等。徐变性质：徐变性质：线性徐变线性徐变 初应力初应力 c 0.5fc 徐变与初应力呈正比徐变与初应力呈正比非线性徐变非线性徐变 c 0.5

13、fc当当 c 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏徐变发展最终导致破坏作为混凝土的长期抗压强度。作为混凝土的长期抗压强度。 徐变的影响因素：徐变的影响因素：0.8fc徐变的特性 使构件的变形增加；使构件的变形增加； 在截面中引起应力重分布；在截面中引起应力重分布； 在预应力混凝土结构中引起预应力损失。在预应力混凝土结构中引起预应力损失。徐变对结构的影响2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能2.1.5 2.1.5 混凝土的徐变和收缩混凝土的徐变和收缩 2.2. 混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土在空气中结硬体积减小的现象。 蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩

14、(103)时间 (月)收缩的性质收缩的性质自由收缩自由收缩约束收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响收缩对结构的影响自由收缩一般不会引起拉自由收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂应力，故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚约束收缩产生收缩应力甚至开裂至开裂2.2 2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.2.1 2.2.1 钢筋的分类钢筋的分类* 按轧制外形分： 光面钢筋 带肋钢筋 钢丝及钢绞线 冷轧扭钢筋* 按有无物理屈服点分： 有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋 无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋 * 按力学强度分： 级钢

15、筋；级钢筋；级钢筋和级钢筋常见钢筋种类D公称直径 A3 股钢绞线量测尺寸钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝2.2 2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.2.2 2.2.2 钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值 实测钢筋强度表明，即使规定质量标准，其屈服强度符合正态分布。我国建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）规定，材料强度的标准值可取概率分布的0.05分位值确定，即材料强度标准值应具有不小于95%的保证率。钢筋的等级和品种钢筋的应力应变曲线比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abcoa弹性阶段a比例极限b屈服强度cd强化阶段0.2% 0.2(N/mm2)od极限强度de

16、 颈缩阶段 0.2条件屈服强度对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为强度设计依据。作为强度设计依据。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度强度 0.2作为强度设计依据。作为强度设计依据。屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。钢筋力学性能指标钢筋力学性能指标取相应于残余应变取相应于残余应变 = 0.2%时的应力时的应力 0.2作作为名义屈服点。常取为名义屈服点。常取 0.2=0.8 fsu。伸长率：伸长率：%100112lll冷弯性能：冷弯性能：弯心直径冷弯角度dldl1051101

17、5 0.20.2的定义：的定义：钢筋力学性能指标钢筋力学性能指标2.2 2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能2.2.3 2.2.3 钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量 钢筋的弹性模量为钢筋应力应变曲线比例阶段应力和应变的比值，即应力应变曲线比例阶段对应的斜率。取概率分布的0.5分位值 。钢筋的应力应变曲线模型ayfybysysyssssfE2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.1 2.3.1 粘结的意义粘结的意义 粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力(a)(b)2.3 2.3 混凝

18、土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.2 2.3.2 粘结力的组成粘结力的组成 光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：)钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力(胶结力)混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。(摩阻力)钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力(咬合力)。2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.2 2.3.2 粘结力的组成粘结力的组成变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。变形钢筋和混凝土的机械咬合作用变形钢筋和混凝土的机械咬合作用2.3.32.3.3粘结强度测试粘结强度测试2.3 2.3 混凝

19、土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结dlNt式中式中N钢筋的拉力；钢筋的拉力；钢筋的直径；钢筋的直径；粘结的长度。粘结的长度。fcu=80.5MPa(MPa)ucrr34.117.916 14 12 10 8 6 4 20 1 2 3 4 5 S(mm)2.3.42.3.4影响粘结的因素影响粘结的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的因素很多，主要有混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力，以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。.光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。.变形钢筋能够提高粘结强度。.钢筋间的净距对粘结强度也有重要影响。2.3 2.3 混凝

20、土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结.横向钢筋可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强度。.在直接支撑的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，可以提高粘结强度。.浇筑混凝土时钢筋所处的位置也会影响粘结强度。2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结2.3.52.3.5钢筋的锚固与搭接钢筋的锚固与搭接(1)对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；(2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；(3)在钢筋的搭接接头内应加密箍筋；(4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩；(5)对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣；(6)一般除重锈钢筋外，可不必除锈。2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结dfflty受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：alll式中，为受拉钢筋搭接长度修正系数，它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关，详见规范。谢 谢！