第一章：混凝土结构材料的性能ppt课件

1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章第第 1 章章 混凝土结构材料的性能混凝土结构材料的性能混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章本章重点本章重点 土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；选用原则； 混凝土在各种受力状态下的强度与变形混凝土在各种受力状态下的强度与变形 性能及其选用原则；性能及其选用原则； 钢筋与混凝土的共同工作原理。钢筋与混凝土的共同工作原理。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章1.1.1 建筑用钢筋的种类与性能建筑用钢筋的种类与性能v热轧钢筋普通低碳钢和普通低合金钢）热轧钢筋普通低碳钢和普通低合金钢）50

2、0400650HRB400RRB400 HRBF400335650HRB335HRBF335300622HPB300fyk/(N/mm2)d/(mm)符号符号种种 类类1.1钢钢 筋筋650HRB500HRBF500FFF混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章 HPB Hot rolled plain Steel bars热轧光面钢筋 ; HRB Hot rolled ribbed Steel bars热轧带肋钢筋； RRB Remained-heat-treatment ribbed Steel bars余热处理钢；HRBF采用温控工艺处理的细晶粒带肋钢筋。v直径大于直径大于40mm

3、的钢筋主要用于大体积混凝土结构的钢筋主要用于大体积混凝土结构v中，当采用直径大于中，当采用直径大于40mm的钢筋时，应有可靠的工的钢筋时，应有可靠的工v程经验。程经验。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v热轧钢筋的力学性能热轧钢筋的力学性能应力应变曲线的一般特征A.假设钢筋在屈服点以前处于理想弹性阶段B.不利用应力强化阶段00.050.100.150.200.250.30200400600(N/mm )HRB400HRB335HPB235HPB300混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章塑性性能A.伸长率l1ld上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。

4、上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。均匀伸长率均匀伸长率钢筋弹钢筋弹性模量性模量实测钢筋实测钢筋拉断强度拉断强度gt剩余剩余应变应变00llls0bE已回复弹性已回复弹性应变应变+=1510100100%510100mmlllldldl l1ld:混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章钢筋均匀伸长率的测定钢筋均匀伸长率的测定0拉 断 点断 口标 线颈 缩 区量 测 区 域l05 0 m m或2 dObreg tB.冷弯试验混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章B.冷弯性能Dd合格标准：在规定的合格标准：在规定的 和和D下，冷弯后下，冷弯后 无裂缝、鳞落

5、或断裂。无裂缝、鳞落或断裂。 反弯性能要求反弯性能要求冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。 强度及弹性模量混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v 中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线中强：中强：8001270MPa高强：高强：14701960MPav 预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋v 大直径，高强度，直径在大直径，高强度，直径在18-50mm，屈服强度，屈服强度标准值为标准值为785-1080MPa，极限强度标准值为，极限强度标准值为980-1230MPa。v 冷加工钢筋常温下

6、采用某种工艺对热轧钢筋冷加工钢筋常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工得到）进行加工得到）v 冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。v 目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。v 冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章OO第 一 次加 载冷 拉 经 时 效K冷 拉 未 经 时 效BKDDEE冷拉钢筋应力应变曲线冷拉钢筋应力应变曲线混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章1.1.2 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求v 强度高强度高屈 服 点0by0

7、b0 . 2条 件 屈 服 点残 余 应 变 0 . 2 有明显屈服点有明显屈服点 无明显屈服点无明显屈服点条件屈服强度条件屈服强度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v 塑性好塑性好： ： v 可加工性好可加工性好焊接弯折v 与混凝土粘结锚固性好与混凝土粘结锚固性好光面变形变形钢筋比光面钢筋好变形钢筋比光面钢筋好混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v 钢筋的选用钢筋的选用普通钢筋：普通钢筋： 优先采用优先采用HRB400，HRB500，HRBF400， HRBF500 可用可用HPB300和和RRB400、HRB335，HRBF335预应力筋：宜用钢铰线、中高强钢丝和预应

8、力螺纹预应力筋：宜用钢铰线、中高强钢丝和预应力螺纹钢筋。钢筋。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章1.2混凝土混凝土1.2.1混凝土强度混凝土强度主要组成材料：水泥、水、砂、石主要组成材料：水泥、水、砂、石 特点特点:1固、液、气三相体；固、液、气三相体；2水化过程长，性能要很长时间才稳定；水化过程长，性能要很长时间才稳定； 3水泥石收缩可形成微裂缝；水泥石收缩可形成微裂缝；4受制作、养护、使用条件影受制作、养护、使用条件影 响大。响大。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v立方体抗压强度立方体抗压强度 fcu,k强度等级）强度等级）v 1.标准尺寸：标准尺寸：150m

9、m150mm150mmv 2.养护条件：养护条件：20 3，湿度，湿度90%；28dv 3.加荷方法：加荷速度加荷方法：加荷速度0.30.8MPa/s，v 垫板不涂油或垫橡胶板。垫板不涂油或垫橡胶板。v 4.强度保证率：强度保证率：95% ，f = -1.645 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章 5.非标准试块强度换算系数：非标准试块强度换算系数： 200mm200mm200mm:1.05； 100mm100mm100mm:0.95。 612圆柱体：圆柱体：1.20 （1=2.54cm） 6.分级：分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50, C55,

10、C60, C65,C70,C75,C80 (高强混凝土），共高强混凝土），共14个等级。个等级。 CConcrete,单位：单位：N/mm2或或MPa混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v轴心抗压强度轴心抗压强度 ckc1c2cu,k0.88ff 混凝土强度与试混凝土强度与试块混凝土强度的块混凝土强度的修正系数修正系数脆性影响脆性影响系数系数 棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值fckfcu,kh b1.00.5012345bbh混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章混凝土混凝土强度强度等级等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10

11、.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87 c1 和和 c2 值值混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v 轴心抗拉强度轴心抗拉强度0.550.45tk2cu,k0.880.395(1 1.645 )cff轴心抗拉强度与轴心抗拉强度与立方体抗压强度立方体抗压强度的折算系数的折算系数 试验离散性的试验离散性的影响系数影响系数 试验变异试验变异系数系数 1 0 01 0 05 0 0 m m150mm150mm混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v劈裂试验劈裂试

12、验 ddftsFFFF02tFfdl混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v 复杂应力下的强度复杂应力下的强度ftr，fcr混凝土单轴抗混凝土单轴抗 拉、拉、 抗压强度；抗压强度；f1 ，f2，f3混凝土的多混凝土的多轴强轴强 度度, f1f2f3 双向受力双向受力此图说明：此图说明： 压压-压：强度提高；压：强度提高； 拉拉-拉：强度不变；拉：强度不变； 拉拉-压：抗拉和抗压强度都低。压：抗拉和抗压强度都低。1.01.01.21.2-1.0-1.0f1/fcrf2/fcr拉压f2/ftrf1/ftr混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章 剪力存在时剪力存在时拉拉-剪：抗拉、抗

13、剪强度都降低；剪：抗拉、抗剪强度都降低；压压-剪：当剪：当 时，抗剪强度随压应力提高而增大；时，抗剪强度随压应力提高而增大； 当当 时，内部裂缝增加，时，内部裂缝增加， 抗剪强度降低。抗剪强度降低。 6 . 0/cf6 . 0/cf0.10.20.3/fc纯剪剪压t/fc*-0.1轴拉轴压fcft00.20.40.60.81.0混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形v 一次加载一次加载6 55 54 53 52 51 5（N/mm）2OO . 0 0 26 05 04 03 02 01 0O . 0 0 4O . 0 0 6O . 0 1 0O .

14、0 0 8O . 0 1 2高强混凝土：高强混凝土： ， 0cu 30.0（N/mm）2破 坏 点 F比 例 极 限 A临 界 点 B峰 值 点 C拐 点 D收 敛 点 E5.010.015.020.025.035.00.0010.0030.0070.0090.0110.0020.0040.0060.0080.0100.012O0.0050A:近似弹性近似弹性 AB:非线性非线性 (塑性塑性)BC:体积增大体积增大 CF:破坏破坏 峰值应变峰值应变极限应变极限应变混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章 三向受力三向受力三向受压时，强度增大三向受压时，强度增大 (4.57.0)cccLf

15、ff二、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混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v弹性模量弹性模量割线模量。棱柱体试件。割线模量。棱柱体试件。受压：受压：受拉：受拉：Ec=0.5 Ec剪切模量：剪切模量：Gc=0.4 Ec 泊松比泊松比 = 横向应变横向应变/纵向纵向 应变应变=0.2cu5c7 .342 . 210tanfE残 余 变 形e lEc= / e 123450/fcE00 . 10 . 20 . 3

16、0 . 40 . 50 . 60 . 0 0 0 40 . 0 0 0 20 . 0 0 0 60 . 0 0 0 50 . 0 0 0 3混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v 徐变徐变 定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间继续定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间继续 增大的现象。增大的现象。 特点：早期发展快，但可以延续数年。特点：早期发展快，但可以延续数年。 影响因素：加载时的混凝土龄期；影响因素：加载时的混凝土龄期； 持续压力大小；持续压力大小； 混凝土的组成材料及配合比；混凝土的组成材料及配合比； 混凝土的制作养护条件。混凝土的制作养护条件。0.51.01.52.0

17、2.505101520253035(10-3)(月)cre混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章徐变对结构的影响：徐变对结构的影响：使构件变形增大；使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，在轴压构件中，使钢筋应力增加， 混凝土应力减小；混凝土应力减小；在预应力构件中，使预应力发生损失；在预应力构件中，使预应力发生损失；在超静定结构中，使内力发生重分布。在超静定结构中，使内力发生重分布。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v收缩收缩定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。 收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩

18、干缩特点：早期快，可延续特点：早期快，可延续12年。年。影响因素：混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比；影响因素：混凝土的组成及配合比，尤其是水灰比； 养护条件；使用时的温度与湿度。养护条件；使用时的温度与湿度。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章收缩对结构的影响：收缩对结构的影响： 当收缩受约束时，引起构件开裂。当收缩受约束时，引起构件开裂。减少收缩的措施：减少收缩的措施： 限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护； 构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。构造钢筋数量加强；设置变形缝；掺膨胀剂。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章

19、1.2.3 混凝土的选用原则混凝土的选用原则v 钢筋混凝土结构中：钢筋混凝土结构中：v 混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C20。v 用用400MPa及以上钢筋时，混凝土强度不应低于及以上钢筋时，混凝土强度不应低于C25；v 承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土的强度等承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土的强度等级不应低于级不应低于C30v 预应力混凝土结构中预应力混凝土结构中 ：v 混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C30C30，不宜低于，不宜低于C40C40。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 1 章v粘结力的定义粘结力的定义v 若钢筋和混凝土有相对变形，若钢筋和混凝土有相对变形，就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力筋轴线方向的相互作用力1.3钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结v粘结力的组成粘结力的组成v 1. 粘结力的组成