建筑力学与结构课件.ppt
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1、6-1 混凝土结构的材料性能一、钢筋一、钢筋 混凝土结构对钢筋的性能要求:混凝土结构对钢筋的性能要求:强度要高 延性要好 焊接性能要好 与混凝土之间的粘结力要强 1、钢筋的品种、级别及选用、钢筋的品种、级别及选用 6-1 混凝土结构的材料性能按生产加工热轧钢筋余热处理钢筋热处理钢筋钢丝钢绞线冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋6-1 混凝土结构的材料性能钢筋分类表6-1 混凝土结构的材料性能2、钢筋的力学性能、钢筋的力学性能1)钢筋的拉伸试验u有明显屈服点钢筋的应力-应变试验以热轧低碳钢为例,得到钢筋的强度、延性等力学性能指标u低碳钢在屈服时对应的应力称为屈服强度,是钢筋强度设计时的主要依据 u无明显屈服点
2、钢筋的应力-应变试验以高强钢丝为例,设计时取残余应变为0.2%时的应力作为假想屈服强度,称为“条件屈服强度”6-1 混凝土结构的材料性能2)钢筋的冷弯试验u 既能够检验钢筋变形能力,又可以反映其内在质量,是比延伸率更严格的 检验指标。6-1 混凝土结构的材料性能3、钢筋的冷加工、钢筋的冷加工钢筋的冷拉钢筋的冷拉-只提高抗拉强度,不提高抗压强度只提高抗拉强度,不提高抗压强度 常温下将热轧钢筋拉到超过其屈服强度点,然后常温下将热轧钢筋拉到超过其屈服强度点,然后卸荷至零,使钢筋的强度得到提高,但其塑性卸荷至零,使钢筋的强度得到提高,但其塑性有所下降。有所下降。钢筋的冷拔钢筋的冷拔-钢筋抗拉和抗压强度
3、都提高。钢筋抗拉和抗压强度都提高。将热轧钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质将热轧钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模合金拔丝模,可使钢筋强度大幅提高,但塑性大可使钢筋强度大幅提高,但塑性大幅度下降。幅度下降。6-1 混凝土结构的材料性能4、钢筋的强度指标钢筋的强度指标u 钢筋强度标准值钢筋强度标准值-对同一强度等级的钢筋,取具有一定保证率(不少于95%)的强度值作为该等级的标准值。u 钢筋强度设计值钢筋强度设计值-钢筋混凝土结构按承载力设计计算时采用 设计值=强度标准值/材料的分项系数。普通钢筋的材料分项系数为1.10;预应力用钢筋的材料分项系数为1.2 6-1 混凝土结构的材料性
4、能二、混凝土二、混凝土1、混凝土的强度、混凝土的强度l 立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值 立方体抗压强度标准值是按照标准方法制作、养护的边长为150mm150mm150mm的立方体试件,在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。混凝土划分为混凝土划分为14个强度等级:个强度等级:C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80 6-1 混凝土结构的材料性能,cu kf,cu kfl 混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度 取棱柱体(取棱柱体(150mm150mm300mm或或150mm150mm450mm)标
5、准试件测定混凝)标准试件测定混凝土轴心抗压强度土轴心抗压强度 6-1 混凝土结构的材料性能cf图6-图6.9 混凝土轴心抗压强度试验l 混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度 混凝土的轴心抗拉强度比抗压强度小很多,一般只有抗压强度的5%10%。6-1 混凝土结构的材料性能tf2、混凝土的计算指标混凝土的计算指标 混凝土强度标准值混凝土强度标准值 混凝土轴心抗压强度标准值和轴心抗拉强度标准值具有95%的保证率。混凝土强度设计值混凝土强度设计值 混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土的材料分项系数 cckcffttkcffccc6-1 混凝土结构的材料性能6-1 混凝土结构的材料性能 3、混凝
6、土的收缩和徐变、混凝土的收缩和徐变1)混凝土的收缩-砼在空气中硬化体积缩小的现象 混凝土的收缩对混凝土的构件会产生有害的影响 减少收缩的主要措施:控制水泥用量及水灰比、混凝土振捣密实、加强养护等,对纵向延伸的结构,在一定长度上需设置伸缩缝。6-1 混凝土结构的材料性能2)混凝土的徐变)混凝土的徐变-混凝土在长期不变荷载作用下应变混凝土在长期不变荷载作用下应变随时间继续增长的现象随时间继续增长的现象 影响徐变的因素:影响徐变的因素:水泥用量越大水泥用量越大(水灰比一定时水灰比一定时),徐变越大。,徐变越大。水灰越小,徐变越小。水灰越小,徐变越小。构件龄期长、结构致密、强度高,则徐变小。因此混凝土
7、过构件龄期长、结构致密、强度高,则徐变小。因此混凝土过早的受荷(即过早的拆除底板)对混凝土是不利的。早的受荷(即过早的拆除底板)对混凝土是不利的。骨料用量多,弹性模量高,级配好,最大粒径大,徐变小。骨料用量多,弹性模量高,级配好,最大粒径大,徐变小。应力水平越高,徐变越大。应力水平越高,徐变越大。养护温度越高,湿度越大,水泥养护温度越高,湿度越大,水泥水化作用越充分,徐变水化作用越充分,徐变越小。越小。6-1 混凝土结构的材料性能4、混凝土的耐久性混凝土的耐久性u混凝土的耐久性是指在外部和内部不利因素的长期作用下,必须保持适合于使用,而不需要进行维修加固,即保持其原有设计性能和使用功能的性质。
8、u对于一般建筑结构,设计使用年限为50年,重要的建筑物可取100年 6-1 混凝土结构的材料性能提高混凝土耐久性的措施,主要包括以下几个方面:提高混凝土耐久性的措施,主要包括以下几个方面:选用适当品种的水泥及掺合料;适当控制混凝土的水灰比及水泥用量;长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土,应掺用引气剂;选用较好的砂、石集料;掺用加气剂或减水剂;改善混凝土的施工操作方法。6-1 混凝土结构的材料性能三、钢筋和混凝土之间的粘结力三、钢筋和混凝土之间的粘结力1、粘结力的组成、粘结力的组成 (1)由于混凝土收缩将钢筋紧紧握裹而产生的摩阻力;(2)由于混凝土颗粒的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力;(3)
9、由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力(最大,约占一半以上)。6-1 混凝土结构的材料性能2、粘结强度粘结强度钢筋拔出试验钢筋拔出试验 由试验结果可知:(1)粘结应力的分布是不均匀的,最大粘结应力在离端头的某一距离处,且随拔出力的大小而变化。(2)钢筋锚入长度a越长,拔出力越大,但埋入过长时则尾部的粘结应力很小,甚至为零。(3)粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大。(4)变形钢筋的粘结强度比光面钢筋大。(5)在光面钢筋末端做弯钩可以大大提高拔出力。6-1 混凝土结构的材料性能3、影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素有:影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因
10、素有:1)混凝土强度:混凝土强度等级越高,粘结强度)混凝土强度:混凝土强度等级越高,粘结强度越大;越大;2)混凝土保护层厚度:混凝土保护层较薄时,其)混凝土保护层厚度:混凝土保护层较薄时,其粘结力将降低,并易在保护层最薄弱处出现纵粘结力将降低,并易在保护层最薄弱处出现纵向劈裂裂缝,使粘结力提早破坏。向劈裂裂缝,使粘结力提早破坏。6-1 混凝土结构的材料性能3)钢筋间的净距s:钢筋间净距越小,粘结强度降低越多。4)横向钢筋的数量:横向钢筋(如箍筋)可以限制混凝土内部裂缝的发展,防止保护层脱落,并保护后期粘结强度。5)横向约束应力(压应力):横向压应力约束了混凝土的横向变形,增大了摩阻力,因而提高
11、了粘结强度。6-1 混凝土结构的材料性能6)浇筑混凝土时钢筋的位置:当混凝土浇注深度超过300mm时,由于混凝土泌水下沉影响,水分、气泡逸出,使其与顶部钢筋之间形成强度较低的疏松缝隙层甚至裂缝,从而削弱钢筋与混凝土的粘结作用。7)钢筋的表面形状:变形钢筋的粘结强度大于光圆钢筋。工程中通过将光面钢筋端部加做弯钩来增加其粘结强度。6-1 混凝土结构的材料性能 一、一般规定一、一般规定 1、钢筋级别及混凝土强度等级的选择、钢筋级别及混凝土强度等级的选择 1)混凝土结构中的钢筋,应按下列规定选用:)混凝土结构中的钢筋,应按下列规定选用:普通钢筋宜选用普通钢筋宜选用HRB400级(新级(新级)和级)和H
12、RB335级(级(级)钢筋,也可采用级)钢筋,也可采用HPB235(级)级和级)级和RRB400级(级(级)钢筋。其中级)钢筋。其中HRB400级(新级(新级)钢筋具有强度高,延性好,级)钢筋具有强度高,延性好,与混凝土结合握裹力强,是目前我国钢筋混凝土与混凝土结合握裹力强,是目前我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。结构的主力钢筋。预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝,也可采预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝,也可采用热处理钢筋。用热处理钢筋。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定2)混凝土材料的选用原则)混凝土材料的选用原则 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C1
13、5;当采用当采用HRB335级钢筋时不宜低于级钢筋时不宜低于C20;当用;当用HRB400和和RRB400级钢筋以及对承受重复荷载级钢筋以及对承受重复荷载的构件,混凝土强度等级不得低于的构件,混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30;当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应;当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力筋时,混凝土强度等级不宜低于力筋时,混凝土强度等级不宜低于C40。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定2、混凝土保护层、混凝土保护层-由纵向受力钢筋的外边缘到混凝由纵向受力钢筋的外边缘到混凝土表面的最小距离土表面的最小
14、距离 混凝土保护层的作用:1)维持受力钢筋与混凝土之间的粘结力 钢筋周围混凝土的粘结力很大程度上取决于混凝土握裹层的厚度,是成正比的。保护层过薄或缺失时,受力钢筋的作用不能正常发挥。2)保护钢筋免遭锈蚀 混凝土的碱性环境使包裹在其中的钢筋不易锈蚀。一定的保护层厚度是保证结构耐久性所必须的条件。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定3)提高构件的耐火极限 混凝土保护层具有一定的隔热作用,遇到火灾时能对钢筋进行保护,使其强度不致降低过快。规范规定,混凝土结构中纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋,其混凝土保护层最小厚度不应小于钢筋的直径,且应符合附表4-6的规定。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定3、钢筋的锚固
15、钢筋的锚固1)钢筋的基本锚固长度)钢筋的基本锚固长度 u 指梁、板、柱等构件的受力钢筋伸入支座指梁、板、柱等构件的受力钢筋伸入支座或基础中的长度,其原理如下所示。或基础中的长度,其原理如下所示。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定alal图6.15 钢筋在支座中的锚固长度(a)悬臂梁;(b)屋架;(c)柱式中:fy受拉钢筋的抗拉强度设计值(N/mm2);ft锚固区混凝土轴心抗拉强度设计值,当混凝土强度等级大于C40时按C40考虑;(N/mm2)d锚固钢筋的直径(mm);钢筋的外形系数,按表6-3取值。dffltya6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定构件中钢筋的实际锚固长度,应根据钢筋的受力情况、保护
16、层厚度、钢筋形式等对粘结强度的影响,采用基本锚固长度乘以以下修正系数:当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋的直径大于25mm时,锚固长度应乘以修正系数1.1;环氧树脂涂层的HRB335、HRB400和RRB400级钢筋,锚固长度应乘以修正系数1.25;当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动(如滑模施工)时,锚固长度应乘以施工修正系数1.1;当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋在锚固区的混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时,锚固长度可乘以修正系数0.8。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定除构造需要的锚固长度外,当受力钢筋的实际配除构造需要的锚固长度外,当受力钢筋的实际配
17、筋面积大于其设计计算面积时,锚固长度可乘以筋面积大于其设计计算面积时,锚固长度可乘以设计计算面积与实际配筋面积的比值。抗震设计设计计算面积与实际配筋面积的比值。抗震设计的结构及直接承受动力荷载的结构构件,不得考的结构及直接承受动力荷载的结构构件,不得考虑该修正。虑该修正。上述锚固长度的修正系数可以连乘。但由于构造上述锚固长度的修正系数可以连乘。但由于构造的需要,经上述修正后的锚固长度,不应小于基的需要,经上述修正后的锚固长度,不应小于基本锚固长度的本锚固长度的0.7倍,且不应小于倍,且不应小于250mm。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定当现场施工中某些部位(如支座构件)的尺寸不当现场施工中某些
18、部位(如支座构件)的尺寸不能满足上述规范规定的锚固长度要求时,采用机能满足上述规范规定的锚固长度要求时,采用机械锚固是减少锚固长度的有效方式。当械锚固是减少锚固长度的有效方式。当HRB335、HRB400和和RRB400级钢筋末端采用图级钢筋末端采用图6.16所示所示的机械锚固措施时,包括附加锚固端头在内的锚的机械锚固措施时,包括附加锚固端头在内的锚固长度可乘以机械锚固修正系数固长度可乘以机械锚固修正系数0.7。机械锚固不。机械锚固不适用于受压钢筋的锚固。适用于受压钢筋的锚固。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定 图6.16 钢筋的机械锚固形式(a)末端带135弯钩;(b)末端贴焊短钢筋;(c)末
19、端与钢板穿孔塞焊 受压钢筋的锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍 6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定2)纵向钢筋在简支支座内的锚固 钢筋混凝土简支梁和连续梁简支端的下部纵向受力钢筋,其伸入梁支座范围内的锚固长度las(图6.17)应符合下列规定:6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定图6.17 纵向受力钢筋伸入简支支座范围内的锚固 当V 0.7ftbh0时 las5d 当V0.7ftbh0时 图6.17 纵向受力钢筋伸入简支支座范围内的锚固 带肋钢筋 las12d 光面钢筋 las15d此处,d为纵向受力钢筋的直径。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定 如纵向受力钢筋伸入梁支座范围内的锚固长度不符合
20、上述要求时,应采取在钢筋上加焊锚固钢板或将钢筋端部焊接在梁端预埋件上等有效锚固措施,但伸入支座的水平长度las不宜小于5d 6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定 支承在砌体结构上的钢筋混凝土独立梁,在纵向受力钢筋的锚固长度las范围内应配置不少于两个箍筋(图6.17),其直径不宜小于纵向受力钢筋最大直径的0.25倍,间距不宜大于纵向受力钢筋最小直径的10倍;伸入梁支座范围内的纵向受力钢筋根数,当梁宽b100mm时,不宜少于两根;当梁宽b100mm时,可为一根。对于板,一般剪力较小,通常能满足V0.7ftbh0 的条件,故板的简支支座和中间支座下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度均取las5d。6-2
21、 钢筋混凝土梁、板构造规定3)箍筋的锚固 通常箍筋采用封闭式(图6.19),箍筋末端采用135弯钩,弯钩端头直线段长度不小于5d(d为箍筋直径)和50mm(图6.19a)。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定图6.19 箍筋的锚固4、钢筋的连接、钢筋的连接 钢筋的连接可分为两类:绑扎搭接和机械或焊接连接 钢筋连接的原则是:接头宜设置在受力较小处,同一纵向受力钢筋不宜设置两个或两个以上接头,同一构件中相邻纵向受力钢筋的连接接头宜相互错开 6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定1)绑扎搭接绑扎搭接 纵向受拉钢筋的最小搭接长度按下式计算:6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定lall纵向受拉钢筋搭接长度修正系数,按
22、表6-4采用。在任何情况下,纵向受拉钢筋的搭接长度不应小于300mrn;规范规定u从任一绑扎接头中心至搭接长度的13倍区段范围内,受拉钢筋搭接接头面积百分率:对梁、板、墙类构件不宜大于25;对柱类构件不宜大于50。u当工程中确有必要增大接头面积百分率时,对梁类构件,不应大于50;对板、墙、柱等其他构件,可根据实际情况放宽。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定u纵向受压钢筋搭接时,其最小搭接长度应根据公式6-2的规定确定后,再乘以系数0.7取用。在任何情况下,受压钢筋的搭接长度不应小于200mm。u绑扎搭接接头中钢筋的横向净距不应小于钢筋直径,且不应小于25mm。u搭接长度的末端与钢筋弯折处的距离,
23、不得小于钢筋直径的10倍。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定 接头不宜位于构件最大弯矩处。在受拉区域内,光面钢筋绑扎接头的末端应做弯钩(图6.22a),变形钢筋可不做弯钩(图6.22b)。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定图6.22 钢筋的绑扎搭接连接(a)光面钢筋;(b)变形钢筋2)机械连接机械连接-通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用,将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法 l常采用的连接方式有:套筒挤压、直螺纹连接等 l具有施工简便、接头质量可靠、节约钢材和能源等优点 6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定3)焊接连接焊接连接-利用热加工,熔融金属实现钢筋的连接。l常采用的连接方式有:
24、对焊、点焊、电弧焊、电渣压力焊等。l采用焊接连接时,同一连接区段内,纵向受拉钢筋接头面积百分率不应大于50%,受压钢筋不受此限。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定5、抗震构造规定、抗震构造规定1)材料的选择)材料的选择混凝土:一般结构构件,混凝土强度等级不应混凝土:一般结构构件,混凝土强度等级不应低于低于C20;一级抗震等级的框架梁、柱节点及;一级抗震等级的框架梁、柱节点及框支梁、框支柱混凝土强度等级不应低于框支梁、框支柱混凝土强度等级不应低于C30。钢筋:普通纵向受力钢筋宜选用钢筋:普通纵向受力钢筋宜选用HRB400、HRB335级钢筋;箍筋宜选用级钢筋;箍筋宜选用HRB335、HRB400、
25、HPB235级钢筋。级钢筋。6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定2)纵向受拉钢筋的抗震锚固长度 对有抗震设防要求的混凝土结构构件,应根据结构不同的抗震等级增大其锚固长度。(一二级抗震)(三级抗震)(四级抗震)aaEll15.1aaEll05.1aaEll3)纵向受拉钢筋的抗震搭接长度)纵向受拉钢筋的抗震搭接长度 6-2 钢筋混凝土梁、板构造规定 lEaEll 在纵向受力钢筋抗震搭接长度范围内配置的箍在纵向受力钢筋抗震搭接长度范围内配置的箍筋,必须满足下列规定:筋,必须满足下列规定:箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍;倍;间
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