混凝土绪论材料性能学习教案

1、会计学1混凝土绪论混凝土绪论(xln)材料性能材料性能第一页，共69页。PP钢筋（加筋） +混凝土钢筋(gngjn)混凝土结构（构件）拉压性能均好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）-各尽其能，相得益彰第1页/共69页第二页，共69页。* 混凝土和钢筋(gngjn)之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形 * 两者的温度线膨胀系数(png zhng xsh)很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋： 1.2 10-5 * 混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐

2、蚀或高温软化 PP第2页/共69页第三页，共69页。PP预应力钢筋PP第3页/共69页第四页，共69页。柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板第4页/共69页第五页，共69页。优点： 耐久性好 耐火性好 整体性好 可模性好 就地取材 节约钢材 阻止射线(shxin)的穿透缺点： 自重大(zhngd) 易开裂 耗模板 施工受季节性影响 隔热隔声性能差随着科学技术的不断发展，正逐渐被随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服克服PP第5页/共69页第六页，共69页。* 1824年，英国人J. Aspdin 发明(fmng)了波特兰水泥，有了混凝土； * 1849年，法国人Joseph Louis L

3、ambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面(lingmin)做成小船-最早的钢筋混凝土结构； * 1861年，法国花匠年，法国花匠J. Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者； PP* 1884年，德国人年，德国人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提

4、出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。第6页/共69页第七页，共69页。PP强度不断提高强度不断提高 美国美国60年代混凝土抗压强度年代混凝土抗压强度(kn y qin d)平均值：平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，有特殊需要时：，有特殊需要时： 40N/mm2100 N/mm2，试验室中：，试验室中： 266 N/mm2轻质混凝土的应用轻质混凝土的应用(yngyng) 容重一般为：容重一般为：14kN/m3

5、18kN/m3(普通混凝土为普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等无砂混凝土无砂混凝土 只有粗骨料，无细骨料只有粗骨料，无细骨料FRP筋的应用筋的应用 用用FRP筋代替钢筋筋代替钢筋第7页/共69页第八页，共69页。PPPP预应力混凝土结构预应力混凝土结构(jigu)的应用的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构(jigu)的抗裂度，减轻构件的自重的抗裂度，减轻构件的自重结构体系的丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应不同用途、不同结

6、构功能具有相应(xingyng)的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等混凝土及预应力混凝土结构等第8页/共69页第九页，共69页。设计(shj)方法允许应力(yngl)设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法生命全过程设计法材料力学的方法按经验法确定安全系数第9页/共69页第十页，共69页。结构基本理论(lln)-如何设计一个新结构荷载的确定荷载的确定(qudng)方法方法结构的力学分析：线性和非线性结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施构件的承载力计算、设

7、计方法和构造措施未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用用分析方法的完善与应用第10页/共69页第十一页，共69页。结构(jigu)基本理论-旧结构(jigu)的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）承载力计算承载力计算(j sun)耐久性评估耐久性评估寿命预测寿命预测损伤分析损伤分析加固理论加固理论第11页/共69页第十二页，共69页。结构基本理论(lln)-计算机仿真技术的应用第12页/共69页第十三页，共69页。结构(jigu)基本理论-结构(jigu)试验技术的完善第13页/共69页第十四页，共69页。我国超过

8、100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构(jigu)或为混凝土和钢的组合结构(jigu)混凝土组合柱组合楼板钢柱组合梁组合桁架钢筋混凝土筒体第14页/共69页第十五页，共69页。隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用(ciyng)混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等第15页/共69页第十六页，共69页。大坝、拦海闸墩、渡槽、港口(gngku)等多用混凝土结构瑞士(ru sh)大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝我国湖北宜昌的三峡大坝，高186

9、m，装机容量1786千瓦第16页/共69页第十七页，共69页。核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋(hiyng)石油平台、电视塔等第17页/共69页第十八页，共69页。ABBCDE上屈服点不稳定(wndng)下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同第18页/共69页第十九页，共69页。ABBCDE0.2%0.2强度(qingd)指标* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至

10、(yzh)不能使用 * 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度 第19页/共69页第二十页，共69页。强度(qingd)指标的确定强度(qingd)随机变量强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（钢筋为97.73%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-2均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值第20页/共69页第二十一页，共69页。ABBCDE0.2%0.2变形(bin xng)指标* 伸长率：钢筋(gngjn)拉断后的伸长与原长的比值* 冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂 第21页/共69页第二十二页，共

11、69页。按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素(yun s)）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通(ptng)低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系第22页/共69页第二十三页，共69页。钢筋(gngjn)热轧(r zh)钢筋：热轧(r zh)光面钢筋HPB235，热轧(r zh)带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋RRB400冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正

12、、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成第23页/共69页第二十四页，共69页。按表面(biomin)形状光圆(un yun)钢筋变形钢筋钢筋的应用范围非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋第24页/共69页第二十五页，共69页。冷拉BKZZK残余变形冷拉伸长率无时效(shxio)经时效(shxio)K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700C时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，

13、不提高抗压强度，强度提高，塑性下降第25页/共69页第二十六页，共69页。冷拔经过(jnggu)冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高(t go)抗拉强度又能提高(t go)抗压强度第26页/共69页第二十七页，共69页。热处理对特定(tdng)钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性(sxng)降低不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性第27页/共69页第二十八页，共69页。徐变应力不变，随时间的增长应变(yngbin)继续增加松弛(sn ch)长度不变，随时间的增长应力降低对结构，尤其是预应力结构，产生不利的影响，需采取必要的措施第28页/共69页第二十九页，共6

14、9页。重复荷载作用(zuyng)下，钢筋的强度静载作用(zuyng)下的强度规定(gudng)的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。试验方法单根钢筋的轴拉疲劳钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯第29页/共69页第三十页，共69页。强度要求：屈服强度和极限强度，抗震(kngzhn)设计时还要求有一定的屈强比塑性(sxng)要求：伸长率和冷弯要求可焊性与混凝土的粘结性第30页/共69页第三十一页，共69页。sss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显(mngxi

15、n)流幅的钢筋无明显(mngxin)流幅的钢筋第31页/共69页第三十二页，共69页。立方体抗压强度(kn y qin d)fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范(gufn)的方法：不涂润滑剂压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等第32页/共69页第三十三页，共69页。标准(biozhn)试块：150150 150非标准试块：100100 100 换算(hun sun)系数 0.95 200200 200 换算(hun sun)系数 1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C2

16、0，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度fcu第33页/共69页第三十四页，共69页。强度(qingd)指标的确定强度(qingd)随机变量(su j bin lin)强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率（混凝土为95%）的统计特征值：强度标准值=强度平均值-1.645均方差概率密度材料强度强度平均值强度标准值第34页/共69页第三十五页，共69页。棱柱体抗压强度(kn y qin d)fc承压板试块标准(biozhn)试块：150150 300非标准试块：1

17、00100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有fc=0.79fcu 圆柱体抗压强度第35页/共69页第三十六页，共69页。直接(zhji)受拉试验ft100100150150500试验结果：ft=0.26fcu 2/3考虑到构件和试件的区别(qbi)，尺寸效应，加荷速度等的影响，取ft=0.23fcu 2/3第36页/共69页第三

18、十七页，共69页。劈裂(p li)试验ftsddftsFFFF我国根据100mm立方体的劈裂与抗压试验(shyn)结果有：fts=0.19fcu 3/4第37页/共69页第三十八页，共69页。双轴应力(yngl)下的强度1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度双向正应力下的强度(qingd)曲线法向应力和剪应力下的强度曲线第38页/共69页第三十九页，共69页。三向受压时的混凝土强度(qingd)1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-侧向约束压应力（加液压）圆柱体试验(shyn)有侧向约束时的抗压

19、强度无侧向约束时圆柱体的单轴抗压强度第39页/共69页第四十页，共69页。破坏重复荷载下的应力(yngl)-应变曲线fcf321疲劳强度fcfcf的确定(qudng)原则：100100 300或150150 450 的棱柱体试块承受200万次（或以上）循环荷载时发生破坏的最大压应力值第40页/共69页第四十一页，共69页。单轴受压时的应力-应变(yngbin)关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段(MPa)fco0(10-3)abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢第41页/共69页第四十二页，共69页。单轴受压时的应力(yngl)-应变关系的数学模型第

20、42页/共69页第四十三页，共69页。单轴受压时的应力(yngl)-应变关系的数学模型-中国规范第43页/共69页第四十四页，共69页。侧向(c xin)受约束时混凝土的变形特点cu约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cco环箍断裂第44页/共69页第四十五页，共69页。轴向受拉时混凝土的应力应变(yngbin)关系tto t0 tu ftt(MPa)0 (mm)cr =0.00012试件：7619305mmfc = 44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06标距83mm理论(lln)模型！第45页/共69页第四十六页，共69

21、页。重复(chngf)荷载下混凝土的变形性能pe包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似第46页/共69页第四十七页，共69页。混凝土的弹性模量(tn xn m lin)ccccep01原点切线(qixin)模量（弹性模量）：拉压相同变形模量（割线模量、弹塑性模量）切线模量受压时，为0.41.0；受拉破坏时，为1.0第47页/共69页第四十八页，共69页。混凝土的弹性模量(tn xn m lin)的试验方法（150150 300标准试件）c/fcc0.5510次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec第48页/共69页第四十九页，共69页。混凝土的泊松比和剪切模量混凝土的泊松比，在压力较小时为

22、0.150.18，接近破坏时可达0.5以上，一般(ybn)可取0.2混凝土的剪切模量为第49页/共69页第五十页，共69页。长期荷载(hzi)作用下混凝土的变形性能-徐变0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，线性徐变c0.8fc，非线性徐变creeecrP原因(yunyn)之一，胶凝体的粘性流动原因之二，混凝土内部微裂缝的不断发展第50页/共69页第五十一页，共69页。长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响(yngxing)徐变的因素应力： c0.5fc，徐变变形与应力成正比-线性徐变 0.5fcc0.8fc，造成混凝土破坏(phui)，不稳定

23、加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小第51页/共69页第五十二页，共69页。混凝土的收缩(shu su)-结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种(pnzhng)：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等第52页/共69页第五十三页，共69页。徐变对混凝土结构(jigu)的影响PAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，钢筋(gngjn)受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变： s， c第53页/共69页第五十四页，共69页。收缩(shu su)对

24、混凝土结构的影响AssAs s收缩(shu su)： 钢筋受压， 混凝土受拉As第54页/共69页第五十五页，共69页。裂缝出现(chxin)前的粘结作用PPM2=M1+MM1T2=T1+TT1xM2=M1+MM1理想分布实际分布st梁中粘结应力的分布与V的分布规律相同；实际上由于微裂缝的存在分布规律还要变化钢筋的周长第55页/共69页第五十六页，共69页。PP裂缝出现(chxin)后的粘结作用T两种粘结作用锚固粘结(zhn ji)保证钢筋和混凝土共同工作缝间粘结改善钢筋混凝土的耗能性能第56页/共69页第五十七页，共69页。光圆(un yun)钢筋粘附(zhn f)力摩擦力机械咬合力（钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力）有滑移时粘附力即消失钢筋受力较大时粘结力主要由此二部分组成第57页/