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文档简介
1、p本章主要内容本章主要内容钢筋的材料性能钢筋的材料性能 混凝土的材料性能混凝土的材料性能 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结 p 钢筋的成分、级别和种类钢筋的成分、级别和种类p 钢筋的强度和变形性能(钢筋的强度和变形性能(重点重点)p 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2.1.1钢筋的品种和级别钢筋混凝土结构中的钢筋钢筋混凝土结构中的钢筋普通钢筋普通钢筋预应力钢筋预应力钢筋热轧钢筋热轧钢筋钢绞线钢绞线消除应力钢丝消除应力钢丝热处理钢筋热处理钢筋低碳钢低碳钢普通低合金钢普通低合金钢HRB335HRB400RRB400RHPB300 n 混凝土结构中的钢筋混凝土结构中的钢筋HP
2、B300 HRB335HRB400RRB400Rn 热轧钢筋的符号说明热轧钢筋的符号说明hot rolled plain bar fyk=300 N/mm2hot rolled ribbed bar fyk=335 N/mm2hot rolled ribbed barfyk=400 N/mm2remained heat treatment ribbed bar fyk=400 N/mm22.1.1钢筋的品种和级别2.1.1钢筋的品种和级别n 热轧钢筋的外形热轧钢筋的外形光面钢筋光面钢筋 螺纹钢筋螺纹钢筋 人字纹钢筋人字纹钢筋 月牙纹钢筋月牙纹钢筋 2.1.1钢筋的品种和级别普通钢筋一般为普通钢
3、筋一般为软刚软刚;预应力钢筋一般为;预应力钢筋一般为硬钢。硬钢。从受力性能分从受力性能分:软钢;硬钢:软钢;硬钢2.1.1钢筋的品种和级别2.1.2 钢筋的强度和变形性能n 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线(有明显流幅的钢筋(有明显流幅的钢筋, ,软钢软钢)Oufyf比例极限比例极限弹性极限弹性极限屈服上限屈服上限屈服下限屈服下限屈服平台屈服平台强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段n 钢筋的两个强度指标钢筋的两个强度指标: : 屈服强度屈服强度和和极限强度极限强度n 屈服强度屈服强度作为钢筋设计强度取值作为钢筋设计强度取值依据依据0 弹性模量n 钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线(无明显流幅
4、的钢筋(无明显流幅的钢筋, ,硬钢硬钢)比例极限比例极限 aa极限强度极限强度b bbc条件屈服强度条件屈服强度0.20.75ab0.20.85b0.2%O2.1.2 钢筋的强度和变形性能条件屈服强度条件屈服强度:取残余应变为取残余应变为0.2%所对应的应力所对应的应力n 钢筋的塑性性能钢筋的塑性性能n 钢筋的两个塑性指标钢筋的两个塑性指标: :延伸率延伸率和和极冷弯性能极冷弯性能dl0= 5,10dl05,100100%llln 延延伸伸率率试试验验n 冷冷弯弯试试验验doo90 ,1801 ,2 ,3ddDd2.1.2 钢筋的强度和变形性能2.1.2 钢筋的强度和变形性能2.1.3 钢筋的
5、冷加工n 冷拉冷拉n 冷拉是在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过冷拉是在常温下用机械方法将有明显流幅的钢筋拉到超过屈服强度即强化阶段中的某一应力值,然后卸载至零。屈服强度即强化阶段中的某一应力值,然后卸载至零。n冷拉强化冷拉强化:冷拉控制应力必须超过屈服点,进入强化阶段。:冷拉控制应力必须超过屈服点,进入强化阶段。屈服强度提高,屈服平台消失,极限强度未提高,延性降低屈服强度提高,屈服平台消失,极限强度未提高,延性降低n冷拉时效冷拉时效:钢筋经首次冷拉后,在自然条件下一段时间后进:钢筋经首次冷拉后,在自然条件下一段时间后进行第二次张拉,屈服强度和极限强度均提高,且恢复屈服台行第二次张拉,
6、屈服强度和极限强度均提高,且恢复屈服台阶。阶。n 只能提高抗拉强度,只能提高抗拉强度,抗压屈服强度将降低抗压屈服强度将降低。2.1.4 混凝土结构对钢筋性能的要求n 适当的屈强比适当的屈强比0.8n 足够的塑性足够的塑性 HPB300:不小于不小于10.0%;HRB400HRB500: 不小于不小于7.5% 预应力钢筋:不小于预应力钢筋:不小于3.5%n 可焊性可焊性n 耐久性耐久性n 耐火性耐火性n 与混凝土具有良好的粘结与混凝土具有良好的粘结n 抗低温性能抗低温性能p 混凝土的强度混凝土的强度p 混凝土的变形性能混凝土的变形性能n 简单受力状态下混凝土的简单受力状态下混凝土的强度强度 立方
7、体抗压强度立方体抗压强度 n 混凝土受压破坏机理混凝土受压破坏机理 骨料之间的微裂缝是骨料之间的微裂缝是内因内因 纵向受压破坏是横向纵向受压破坏是横向拉裂造成的。拉裂造成的。n 影响立方体抗压影响立方体抗压强度的因素强度的因素 材料组成材料组成 尺寸效应尺寸效应 加载速度加载速度 端部约束,环箍效应端部约束,环箍效应 混凝土的龄期混凝土的龄期骨料之间的微裂缝骨料之间的微裂缝2.2.1混凝土的强度2.2.1混凝土的强度cucucucucu,kffff1.6451 1.645f2.2.1混凝土的强度2.2.1混凝土的强度n 简单受力状态下混凝土的简单受力状态下混凝土的强度强度 轴心抗压强度轴心抗压
8、强度 n 轴心(棱柱体)抗压强度轴心(棱柱体)抗压强度 fc采用棱柱体试件,能够反映混凝土的实际工作状态。采用棱柱体试件,能够反映混凝土的实际工作状态。我国取我国取150150300mm为标准试件,按与立方体试为标准试件,按与立方体试验相同的规定所得的平均应力值,为验相同的规定所得的平均应力值,为 fc 。棱柱体高度取值的原因:棱柱体高度取值的原因:摆脱端部摩擦力的影响摆脱端部摩擦力的影响 试件不致失稳试件不致失稳n 立方体抗压强度与轴心抗压强度之间的关系立方体抗压强度与轴心抗压强度之间的关系120.88ccucffc棱柱体强度与立方体强度的比值棱柱体强度与立方体强度的比值混凝土考虑脆性的折减
9、系数混凝土考虑脆性的折减系数结构中混凝土与试件混凝土的强度差异修正系数结构中混凝土与试件混凝土的强度差异修正系数2.2.1混凝土的强度 试件强度不受试件强度不受端部摩擦力端部摩擦力和和附加偏心距附加偏心距的影响。的影响。 中间处于中间处于均匀受压状态。均匀受压状态。 解决问题的思路解决问题的思路 由已知求未知,由简单由已知求未知,由简单方法解决复杂问题方法解决复杂问题确定方法:确定方法:对比试验对比试验/0.76 0.85ccuff2.2.1混凝土的强度c1c20.88ccuff c1ccuff 1c1c1c2c2c2c2.2.1混凝土的强度n 简单受力状态下混凝土的简单受力状态下混凝土的强度
10、强度 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 n 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 ft混凝土的抗拉强度远低于抗压强度混凝土的抗拉强度远低于抗压强度对于普通混凝土,抗拉强度约对于普通混凝土,抗拉强度约 1/17-1/8 的抗压强度的抗压强度 对于高强混凝土,抗拉强度约对于高强混凝土,抗拉强度约 1/24-1/20 的抗压强度的抗压强度n 轴心抗拉强度的试验方法轴心抗拉强度的试验方法直接受拉试验直接受拉试验劈裂试验劈裂试验 弯折试验弯折试验2.2.1混凝土的强度n 简单受力状态下混凝土的简单受力状态下混凝土的强度强度 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 n 直接受拉试验直接受拉试验150150500100100n 轴心抗拉强度
11、与立方体抗压强度平均值之间的关系轴心抗拉强度与立方体抗压强度平均值之间的关系0.550.395tfcuf直接受拉试验得到的关系式,0.5520.880.395tfcufc 规范建议的关系式,n 轴直接受拉试验的缺点轴直接受拉试验的缺点: :容易引起偏拉破坏容易引起偏拉破坏2.2.1混凝土的强度0.550.395tcuff0.55c20.88 0.395tcuff 2.2.1混凝土的强度n 简单受力状态下混凝土的简单受力状态下混凝土的强度强度 轴心抗拉强度轴心抗拉强度 n 劈裂试验劈裂试验PP222ttPfaPfdl对立方体试件对圆柱体试件a12n 弯折试验弯折试验l / 35006001501
12、50P/2l / 3l / 3P/2utMfW假定截面应力 为直线分布2.2.1混凝土的强度2.2.1混凝土的强度n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 双轴应力状态双轴应力状态n 研究文献来源研究文献来源: : H. Kupfer, H.K. Hilsdorf, H. Rusch, Behaviour of concrete under biaxial stresses, ACI J. 66 (1969) 656-666. n 研究方法研究方法 方形板试件方形板试件施加法向应力施加法向应力 1施加法向应力施加法向应力 2板处于平面应力状态板处于平面应力状态2.2.1混凝土的
13、强度n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 双轴应力状态双轴应力状态双等拉双等拉双等压双等压-1.2600.20.4-0.6 -0.4 -0.2-1.2 -1.0 -0.8-1.400.20.4-0.6-0.4-0.2-1.2-1.0-0.8-1.42cfKupfer的强度包络图的强度包络图n 双向受拉的破双向受拉的破坏强度接近于单轴坏强度接近于单轴抗拉强度。抗拉强度。n 双向受压的破双向受压的破坏强度高于单轴抗坏强度高于单轴抗压强度。压强度。n 一拉一压的破一拉一压的破坏强度低于相应的坏强度低于相应的单轴受力强度。单轴受力强度。n 双轴受压的强双轴受压的强度最大值不是发生度
14、最大值不是发生在双轴等压的情况在双轴等压的情况下下 , , 而 是 发 生 在而 是 发 生 在1/ /20.5时。时。2.2.1混凝土的强度n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 三轴受压状态三轴受压状态n 侧向等压(常规三轴)的情况侧向等压(常规三轴)的情况23r11通过液体静通过液体静压力对圆柱压力对圆柱体试件施压体试件施压14ccrff11 1.52rrccccffffn 当侧向压力较较高低时当侧向压力较较高低时, ,上式上式不再为线性关系不再为线性关系, ,可采用蔡绍怀可采用蔡绍怀经验公式经验公式n 当侧向压力较低时当侧向压力较低时, ,对于普通对于普通混凝土混凝土
15、2.2.1混凝土的强度0/n 复杂受力状态下混凝土的强度复杂受力状态下混凝土的强度 剪压或剪拉复合应力状态剪压或剪拉复合应力状态n 试验结果试验结果岗岛达雄的试验结果岗岛达雄的试验结果2000/0.009810.112/0.122/ n 试验结论试验结论 随着拉应力的增加,混凝土抗剪强度降低;随着拉应力的增加,混凝土抗剪强度降低; 随着压应力的增加,抗剪强度先增大、后减小;随着压应力的增加,抗剪强度先增大、后减小; 达到轴心抗压强度时,抗剪强度为零;达到轴心抗压强度时,抗剪强度为零; 当拉应力约为当拉应力约为 0.1fc时,抗剪强度为零。时,抗剪强度为零。2.2.1混凝土的强度2.2.2混凝土
16、的变形性能1. 单调短期加载下的变形性能单调短期加载下的变形性能 轴心受压的应力轴心受压的应力- -应变关系应变关系 4 48 82 2 Os 0.3fca0.8fcbfcc6 6d a点前内部裂缝没有发展,点前内部裂缝没有发展,应力应变近似直线。应力应变近似直线。b点称为点称为临界应力点临界应力点,内部裂内部裂缝有发展缝有发展,但处于稳定状态但处于稳定状态c点的应变称为点的应变称为峰值应变峰值应变, 约为约为0.002,内部裂缝延伸到内部裂缝延伸到表面,表面, c点后出现点后出现应变软化应变软化d点为点为极限压应变极限压应变,对普通混对普通混凝土取凝土取0.0033。0cu02.2.2混凝土
17、的变形性能00cucu02.2.2混凝土的变形性能2002scf001 0.15sccuf2.2.2混凝土的变形性能n 混凝土规范混凝土规范规定的规定的单轴受压应力单轴受压应力- -应变关系模型应变关系模型482 0 0 O scf cu sc0 5 . f23saaac000322fs0c2d001f公式根据公式根据清华大学清华大学19791979年年的的受压全曲线所得受压全曲线所得。2.2.2混凝土的变形性能n 混凝土混凝土轴心受拉的应力轴心受拉的应力- -应变关系应变关系n 轴心受拉的应力轴心受拉的应力- -应变关系应变关系n 混凝土规范混凝土规范建议的单轴建议的单轴受拉应力受拉应力-
18、-应变关系模型应变关系模型O 6s1.20.2tttfst1.71ttttf 公式来源:公式来源:过过镇海,张秀琴镇海,张秀琴. .混混凝土受拉应力应变凝土受拉应力应变全曲线的试验研究全曲线的试验研究. . 建 筑 结 构 学 报 ,建 筑 结 构 学 报 ,1988(4).45-531988(4).45-532 t stf2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能0.4scftctE2.2.2混凝土的变形性能0.2cv 52ccu,k10(N/mm )34.72.2Ef2(1)c
19、ccEGv0.4ccGE0.2cv 2.2.2混凝土的变形性能3. 混凝土在混凝土在荷载长期作用下荷载长期作用下的变形性能的变形性能n 徐变徐变 在在不变的应力不变的应力长期持续作用下,长期持续作用下,混凝土的变形混凝土的变形随时间徐随时间徐徐增长徐增长的现象称为混凝土的徐变的现象称为混凝土的徐变。3000.51.01.52.0510152025压应变压应变10 -3时间时间 / /月月瞬时瞬时变形变形徐变变形徐变变形卸载时瞬卸载时瞬时恢复的时恢复的变形变形残余变形残余变形卸载后的卸载后的弹性后效弹性后效2.2.2混凝土的变形性能n徐变的特点徐变的特点 先快后慢,最后趋于稳定先快后慢,最后趋于
20、稳定 n徐变的原因徐变的原因 水泥凝胶体的黏性流动,使水泥凝胶体的黏性流动,使 骨料应力增大骨料应力增大 混凝土中内部微裂缝的发展混凝土中内部微裂缝的发展影响徐变的因素影响徐变的因素 应力的大小应力的大小 线性徐变,徐变与应力成正比线性徐变,徐变与应力成正比 非线性徐变,徐变增长速度比应力增长快非线性徐变,徐变增长速度比应力增长快 徐变与时间曲线发散。徐变与时间曲线发散。 sc0.5fsc0.5fsc0.8fcc0.8lff2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能2.2.2混凝土的变形性能n 混凝土的收缩混凝土的收缩n混凝土在空气中结硬时其体积会缩小,这种现象称为混凝混凝土在空气中
21、结硬时其体积会缩小,这种现象称为混凝土的收缩。使结构土的收缩。使结构产生收缩裂缝产生收缩裂缝,引起预应力损失引起预应力损失。n 混凝土的膨胀混凝土的膨胀n 混凝土的温度变形混凝土的温度变形n温度变化会使混凝土热胀冷缩,在结构中产生温度变化会使混凝土热胀冷缩,在结构中产生温度应力温度应力,甚至会使构件甚至会使构件开裂以至于损坏开裂以至于损坏。n混凝土在水中结硬时体积会膨胀,称为混凝土的膨胀。混凝土在水中结硬时体积会膨胀,称为混凝土的膨胀。2.2.2混凝土的变形性能p 粘结应力的概念及特点粘结应力的概念及特点p 粘结破坏机理及影响因素粘结破坏机理及影响因素p 钢筋的锚固钢筋的锚固2.3.1 一般概
22、念n 粘结应力粘结应力( (粘结力粘结力) )效应效应n 钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力纵向的剪应力。n 粘结强度粘结强度抗力抗力n 粘结失效(钢筋被拔出或混凝土被劈裂)时的粘结失效(钢筋被拔出或混凝土被劈裂)时的最大粘最大粘结应力结应力。n 粘结应力的分类粘结应力的分类n 锚固粘结应力锚固粘结应力n 裂缝附近的局部粘结应力裂缝附近的局部粘结应力弯矩图弯矩图lan 锚固粘结应力锚固粘结应力fyF=0悬臂梁的纵筋锚固悬臂梁的纵筋锚固锚固长度锚固长度n 裂缝附近的局部粘结应力裂缝附近的局部粘结应力开裂截面处的钢开裂截面处的钢筋应力通过粘结筋应力通过
23、粘结应力向混凝土传应力向混凝土传递递2.3.2 粘结应力的特点n 粘结应力的特点粘结应力的特点n 粘结应力分布的中心拔出试验粘结应力分布的中心拔出试验10d10d300d205d5d塑料套管塑料套管立方体试件立方体试件GB50152-92规定的规定的立方体拔出试验立方体拔出试验试验装置试验装置百分表百分表试件试件承压垫板承压垫板穿孔球铰穿孔球铰试验机垫板试验机垫板2.0(N/mm2)加载端加载端150100500 00.51.01.50100200 300 (mm)s(N/mm2)d=13mm光面钢筋光面钢筋n 粘结应力的特点粘结应力的特点n 钢筋应力及粘结应力的分布钢筋应力及粘结应力的分布5
24、101517.5kN5101517.5kN5(N/mm2)加载端加载端3002001000 012140 0100200 300 (mm)s(N/mm2)d=13mm变形钢筋变形钢筋3105152025kNn 变形钢筋粘结变形钢筋粘结性能比光面钢筋性能比光面钢筋好。好。n 光面钢筋应力光面钢筋应力峰值靠近加载端,峰值靠近加载端,粘结应力增长缓粘结应力增长缓慢。慢。n 变形钢筋粘结变形钢筋粘结应力分布长度缓应力分布长度缓慢增长,粘结应慢增长,粘结应力峰值显著增大。力峰值显著增大。2.3.2 粘结应力的特点2.3.3 粘结破坏机理n 光面钢筋的粘结破坏光面钢筋的粘结破坏n粘结力的组成粘结力的组成
25、化学胶着力化学胶着力:混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力;混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力;占的比例较小。占的比例较小。 摩擦力摩擦力:钢筋与混凝土接触面间的摩擦力钢筋与混凝土接触面间的摩擦力 机械咬合力机械咬合力:钢筋表面粗糙不平的机械咬合力钢筋表面粗糙不平的机械咬合力 n 变形钢筋的粘结破坏变形钢筋的粘结破坏n 粘结力的组成仍为粘结力的组成仍为化学胶着力化学胶着力、摩擦力、摩擦力、 机械咬合力机械咬合力,但主要为,但主要为 机械咬合力。机械咬合力。n 变形钢筋的变形钢筋的-s曲线曲线0.10.20.30.40.510203040(N/mm2)s (mm)肋处混凝土局肋处混凝土
26、局部挤压变形部挤压变形出现内裂缝出现内裂缝径向裂缝到径向裂缝到达试件表面达试件表面形成新形成新滑移面滑移面劈裂裂缝劈裂裂缝刮犁式破坏刮犁式破坏劈裂式破坏劈裂式破坏n 变形钢筋的粘结破坏变形钢筋的粘结破坏n 劈裂式破坏的条件劈裂式破坏的条件: : 钢筋外围砼薄而且没有环向箍筋钢筋外围砼薄而且没有环向箍筋n 刮犁式破坏的条件刮犁式破坏的条件: : 钢筋外围砼厚或有环向箍筋约束钢筋外围砼厚或有环向箍筋约束n 刮犁式破坏模式刮犁式破坏模式内部斜裂缝内部斜裂缝斜向挤压力斜向挤压力径向分力径向分力环向挤压力环向挤压力径向裂缝径向裂缝变形钢筋处的挤压力和内部裂缝变形钢筋处的挤压力和内部裂缝2.3.4 影响粘结强度的因素n 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素n 混凝土强度混凝土强度: :粘结强度大致与混凝土抗拉强度成线性关系粘结强度大致与混凝土抗拉强度成线性关系n 保护层厚度和钢筋净间距保护层厚度和钢筋净间距:二者越大,粘结强度越高二者越大,粘结强度越高n 钢筋的外形钢筋的外形:变形钢筋粘结强度高:变形钢筋粘结强度高n 横向配筋横向配筋:提供侧向约束,延缓或阻止劈裂裂缝发展:提供侧向约束,延缓或阻止劈裂裂缝发展n 侧向压应力侧向压应力:使:使摩擦力的机械咬合力增大摩擦力的机械咬合力增大 n 受力状态受力状态:重复荷载或反复荷载
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