钢筋混凝土受弯构件的设计-教学课件（任务一）

1、任务一：了解钢筋和混凝土 一、一、钢筋混凝土结构的基本概钢筋混凝土结构的基本概念念 二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能三、钢筋的物理力学性能三、钢筋的物理力学性能 四、四、 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结一、 钢筋混凝土结构的基本概念v钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构： 由钢筋和混凝土两种力学性能不同的由钢筋和混凝土两种力学性能不同的材料结合在一起而共同工作的结构。材料结合在一起而共同工作的结构。v 目的：目的： 发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的弱点。弱点。钢

2、筋混凝土结构的基本概念素混凝土梁荷载作用下，素混凝土梁荷载作用下，上缘纤维受压，上缘纤维受压，下缘受拉，下缘受拉，由于混凝土的抗拉强度很低，由于混凝土的抗拉强度很低，故在荷载很小的情况下，故在荷载很小的情况下，就会导致开裂，就会导致开裂，并迅速破坏。并迅速破坏。此时受压混凝土的强度此时受压混凝土的强度远未用足。远未用足。如果在受拉区配置适如果在受拉区配置适量的钢筋协量的钢筋协助或代替混凝土承受拉力，助或代替混凝土承受拉力，此时梁中裂缝的数量和此时梁中裂缝的数量和宽度会较均匀。宽度会较均匀。 1. 混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力。2. 二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产

3、生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。钢筋 st = 1.2 105混凝土 ct = 1.0 1.5 1053. 呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。钢筋与混凝土长期共同工作的条件 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，刚度大。1. 自重大 g=25kN/m32. 抗裂性差轻骨料砼。施加预应力。优点：优点：缺点：缺点：钢筋混凝土结构的主要优缺点 二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能混凝土的组份：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混凝土的强度及变形随时

4、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同等级的砼。（1）. 立方体的抗压强度 影响立方体强度的因素：内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等 外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。由于尺寸效应的影响： (150) = 0.95 (100) (150) = 1.05 (200) 混凝土的强度混凝土的强度 1. 抗压强度抗压强度kcuf.kcuf.kcuf.kcuf.kcuf.用标准制作方式制成的150mm150mm150mm的立方体试块，在203的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，用标准试验方法测得具有95保证率的抗压强度。常用等级：C15，C20

5、， C25，C30， C35， C40， C45，C55， C60，C65 ，C70， C75， C80混凝土强度等级：（2）. 轴心抗压强度 真实反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度。150mm150mm300mm 棱柱体 用立方体强度反映：考虑实际情况(施工状况、养护条件等)cucff76. 0cucucfff67. 076. 088. 0ckf2. 轴心抗拉强度 ft混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度 。18191直接测试方法间接测试方法(弯折，劈裂)dlPf2t32ff)(26. 0cut考虑施工因素，取32ff)(26. 088. 0cut32f)(23. 0cu3.

6、复合应力状态下混凝土强度 双向正应力作用(如图)1, 2 (压压) 强度增加1, 2 (拉压) 强度降低1, 2 (拉拉) 强度基本不变6 . 04 . 02 . 00 . 12 . 18 . 04 . 02 . 06 . 08 . 00 . 12 . 12112c2/ fc1/ fc227. 1f1c22c1c25 . 12fc127. 1maxfc15 . 0f01 . 0应力应变曲线： 正应力和剪应力作用 三轴受压：(如图)2cc1 . 4 :ffc抗压强度提高工程应用：约束混凝土钢管砼密配螺旋箍筋2003= 50N/mm235N/mm213310N/mm2150100500510152

7、02512(N/mm2)1 ()1.混凝土的受力变形（1） 混凝土一次短期加载的应力应变关系OA 弹性阶段A : 0.3fcAB 弹塑性阶段 : 0.3fc 0.8fc 裂缝稳定阶段BC 裂缝不稳定阶段 : 0.8 fc 1.0 fcCBDEfc00Acu混凝土的变形性能混凝土的变形性能 特征点：特征点：0 对应于峰值点应变 规范0 = 0.002cu 混凝土极限压应变规范cu = 0.0033fc 轴心抗压强度（2） 混凝土在多次重复荷载下的应力应变关系 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。我们通常把能使试件循环2

8、00万次或次数稍多时发生破坏的压应力称为混凝土的疲劳抗压强度，用符号 表示。ffc（3） 混凝土的弹性模量kcc0cecp0h原点弹性模量：cee0ctgE)N/nm(7 .342 . 2102cu5cfE割线模量：ccpcecececcpceccccEtgE切线模量： 弹性系数01.0cccddtgE 剪切模量：c = ce + cpG = 0.4Ec（4 4） 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。161284369121518212427Acecr徐变ce弹性变形ch收缩ceaeerBCD(104)t (月)0徐

9、变：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。徐变性质：线性徐变 初应力 c0.5fc 徐变与初应力呈正比非线性徐变 c 0.5fc当c 0.8fc ，徐变发展最终导致破坏作为混凝土的长期抗压强度。 徐变的影响因素：0.8fc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。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(103)时间 (月)2 混凝土的体积变形（1） 混凝土的收缩和膨胀收缩的性质自由收缩约束收缩来自内部的钢筋约束来自支座的外部约束收缩对结构的影响自由

10、收缩一般不会引起拉应力，故不会开裂约束收缩产生收缩应力甚至开裂（2）混凝土温度变形三、钢筋的物理力学性能三、钢筋的物理力学性能 建筑中常用钢材 分为四类热轧钢筋冷拉钢筋钢丝热处理钢筋钢筋的品种与级别钢筋的品种与级别 热轧钢筋按其强度由低到高分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400冷拉钢筋和冷拔钢筋是通过对某些等级的热轧钢筋进行冷加工而成，热处理钢筋是对某些特定型号的热轧钢筋进行处理得到的。光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋 钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料不同又分为冷拔低碳钢丝和碳素钢丝，钢丝可刻痕(刻痕钢丝)和铰成钢绞线，故钢丝有：冷拉低碳钢丝 b 碳素钢丝 s 刻

11、痕钢丝 k 钢绞线 j 热处理钢筋是对某些特定钢号的热轧钢筋进行热处理得到的。 钢筋的 曲线lPPAAPll 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形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条件屈服强度由力学性能不同分成：软钢软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋) 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、

12、极限强度、伸长率、冷弯性能。取相应于残余应变 = 0.2%时的应力 0.2作为名义屈服点。常取 0.2=0.8 fsu。伸长率：%100112lll冷弯性能：弯心直径冷弯角度dldl10511015110.2的定义： 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。 钢筋的冷加工的性能钢筋的冷加工的性能 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

13、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。砼结构对钢筋性能的要求1.强度：强度是刚劲质量的重要目标。 屈服强度、抗拉强度、强屈比。2.塑性： 伸长率 冷弯要求3.可焊性4.与砼的粘结力%100112lll 产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因： 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； 混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力； 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结应力。钢筋与混凝土间的粘结钢筋与混凝土间的粘结 粘结应力的类型： 由弯曲引起粘结应力； 两相邻裂缝间钢筋应力不均匀引起的局部粘结应力； 锚固粘结应力。lTdmax 以锚固粘结应力为例：udlTu锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固粘结强度以使钢筋强度得以充分利用，即yfddl42ndldfly，一般取u4 保证粘结力的措施： 保证锚固长度和搭接长度； 保证钢筋周围的混凝土有足够的厚度；(保护层厚度及钢筋净距) 光圆筋在端部做成弯钩。四、四、 钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结 产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因： 混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； 混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力； 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的局部粘结