桥梁结构设计原理第1章

1、 第一章第一章钢筋混凝土材料的基本概念及力学性能l定义：钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材 料料钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用 的一种建筑材料。的一种建筑材料。现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验：现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验：a) 素砼梁 极限荷载 P=8kN 由砼抗拉强度控制 破坏形态：脆性b) 钢筋砼梁 极限荷载 P=36kN 由钢筋受拉、砼受压而破坏 破坏形态：延性由此得出钢筋和混凝土结合的有效性： 大大提高结构的承载力 结构的受力性能得到改善荷载试验结果表明：荷载试验结果表明：例：一跨度为4m

2、，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土为C20。如图所示：4000AAFa)200300AAb)4000BBBB200300210316钢筋与混凝土合理的组合原则钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的任意组合。任意组合。其组合的原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度其组合的原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，而避免抗高的特点；发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的弱点。拉强度低的弱点。钢筋与混凝土长期共同工作的原因 1. 混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力。递应力。

3、2. 二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。钢筋钢筋 st = 1.2 105混凝土混凝土 ct = 1.0 1.5 1053. 呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。结构具有较好的耐久性。钢筋混凝土结构的主要优缺点 优点：优点： 1. 就地取材，节约钢筋；2. 耐久性好，耐火性好；3. 可模性好，便于结构型式的实现；4. 现浇或装配整体式结构的整体性好，刚大。缺点：缺点： 1. 自重大 g=25kN/m3

4、轻骨料砼。2. 抗裂性差施加预应力。混凝土的组份：水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等级的砼。骨料水泥结晶体水泥凝胶体弹性变形的基础塑性变形的基础砼的强度及变形随时间、随环境的变化而变化。一、一、 混凝土的强度混凝土的强度1. 立方体抗压强度 fcu 影响立方体强度的因素：试件尺寸、温度、湿度、试验方法。 由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)混凝土强度等级：用标准制作方式制成的用标准制作方式制成的150150mm的立方的立方体试块，在体试块，在标准养护条件下养护标准养护条件下养护28天天，用标准试用标准试验方

5、法测得具有验方法测得具有95保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。常用等级：常用等级：C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C55, C60，C65，C70，C75，C802.轴心抗压强度轴心抗压强度 fck真实反映以受压为主的混凝土结构构件真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。的抗压强度。为消除端部约束的影响为消除端部约束的影响 43bhcucff76. 0用立方体强度反映：用立方体强度反映：考虑实际情况考虑实际情况(施工状况、养护条件等施工状况、养护条件等)cucucfff67. 076. 088. 0混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，混凝土的抗拉强度

6、比抗压强度小得多，为抗压强度为抗压强度 。181913. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ftk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)dlPf2t32ff)(26. 0cut32ff)(26. 088. 0cut考虑施工因素，取考虑施工因素，取32f)(23. 0cu二、混凝土的变形二、混凝土的变形 混凝土的变形体积变形（收缩、膨胀）受力变形（由荷载引起）（一）混凝土的受力变形1、混凝土在一次短期荷载作用下的的受力变形l曲线中最大应力值及其对应的应变值l应力-应变曲线形状l破坏时的极限应变值A0cuafcdCccmax混凝土一次短期加荷时的应力-应变曲线l混凝土棱柱

7、体一次短期加荷轴心受压应力-应变曲线c=0.00080.003（计算时取0.002）0 max：上升段max ：下降段cu=0.0020.006（有时可达0.008） 规范取cu=0.0033l几点说明：l影响混凝土塑性变形大小的因素：加荷速度荷载持续的时间（少于0.001s时变形为直线）l混凝土短期受拉曲线特征：类似于受压曲线，区别在于曲率变化小。c=0.00010.00015，仅为受压极限应变的120 115混凝土受拉易开裂2、混凝土在多次重复荷载作用下的变形l如果我们将混凝土棱柱体试块加荷使其压应 力达到某个数值，然后卸荷至零，并把这 一循环多次重复下去，就称为多次重复荷载。l我们通常把

8、能使试件循环200万次或次数稍多 时发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳强度, 用符号fp表示。（=0.5fcd）BB：弹性后效OB：残余应变3、混凝土在长期荷载作用下的变形徐变：混凝土在长期荷载作用下，在荷载(应力) 不变的情况下，变形(应变)随时间不断增长的现象。l徐变规律：（1）徐变与混凝土应力大小有关，应力越大， 徐变越大。线性徐变 初应力 c0.5fcd 非线性徐变 c 0.5fcd当c 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏0.8fc作为混凝土的长期抗压强度。 （2）混凝土的徐变与时间参数有关（3）加荷龄期对混凝土徐变有重要影响。混 凝土加载龄期越短，即混凝土越年轻， 徐变越大； （4）水

9、泥用量越多，水灰比越大，徐变越大。（5）混凝土集料愈坚硬、养护时相对湿度越 高，徐变越小。 受荷后3-4个月徐变发展最（45%- 50%）。全部徐变完成需要4-5年的 时间。徐变对结构的影响： 使构件的变形增加； 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。l4、混凝土的弹性模量kcc0cecp0h原点弹性模量：cee0ctgE)N/nm(7 .342 . 2102cu5cfE1716割线模量：ccpcecececcpceccccEtgE19切线模量： 弹性系数01.0cccddtgE 110剪切模量：c = ce + cp18G = 0.4Ec（二）混凝土的体积变形混凝土在

10、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(103)时间 (月)收缩：收缩的原因凝缩干缩砼凝结硬化时化学反应产生砼自由水蒸发产生收缩的影响因素水泥用量、集料质量水泥强度等级水灰比混凝土振捣养护湿度收缩的危害裂缝光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋一、钢筋的种类： 按外形分：光圆钢筋、带肋钢筋、钢丝、钢绞线 按钢料品种分碳素钢合金钢低碳钢（软钢）中碳钢高碳钢硬钢钢筋按照钢料品种分类按生产工艺和加工条件分类热轧光圆钢筋热轧带肋钢筋余热处理钢筋冷轧带肋钢筋钢丝Q235HRB335、HRB400、HRB500KL400CRB550、CBB650、CRB800

11、、CRB970、CRB1170按外形：光圆P 螺旋肋H刻痕I按加工状态冷拉钢丝消除应力钢丝低松弛钢丝普通松弛钢丝二、钢筋的主要力学性能： 钢筋的 曲线lPPAAPll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 颈缩阶段 0.2条件屈服强度 钢筋力学性能指标：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。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度 0.2作为强度设计依据。屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。 冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷轧。 冷加工的目的：改变钢材内部结构，提

12、高 钢材强度，节约钢筋。 冷加工对钢材性能的影响。热处理是对某些特定型号的热轧钢进行 淬火和回火处理。 钢筋的冷加工和热处理钢筋的冷加工和热处理 o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形oabccdd冷拉无时效冷拉经时效(a)(b)d1d2Pd2d1(a) 为冷拉，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短。(b) 为冷拔，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。 冷轧后，钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳 丝接近，塑性要好一些。三、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求：l1、强度：（屈服强度、极限强度） 屈强比是衡量结构可靠性潜力的重要指标，屈 强比小则可靠性高，但过小的屈强比使钢筋的有 效利用率过低，故要适宜。l2、塑性： 防止结构脆性破坏。l3、可焊性： 保证焊接口处不出现裂纹。与碳、锰含量有关。l4、钢筋与混凝土之间的握裹力： 钢筋和混凝土之间粘结力的组成： 水泥浆凝结与钢筋表面的化学胶结力； 混凝土收缩将钢筋裹紧而产生的摩阻力； 钢筋表