钢筋混凝土结构基本概念PPT课件

1、1.1 钢筋混凝土结构的基本概念一、钢筋混凝土结构的定义一、钢筋混凝土结构的定义 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分发挥各自的优势。以充分发挥各自的优势。 l混凝土：混凝土：非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低为抗压非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低为抗压强度的（强度的（1/81/18）。）。 l钢筋：钢筋：抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力第1页/共45页板板PPPPee柱柱简支梁简支梁PPPP连续梁连续梁常见的钢筋混

2、凝土结构常见的钢筋混凝土结构第2页/共45页为什么常见的板、梁、柱中要设置钢筋？为什么常见的板、梁、柱中要设置钢筋？ 分析一些常见的板梁开裂现象：分析一些常见的板梁开裂现象： 第3页/共45页例例：一跨度为一跨度为4m，跨中作用集中荷载的试验梁，梁截面，跨中作用集中荷载的试验梁，梁截面尺寸尺寸200300mm，混凝土为，混凝土为C20。如图所示：。如图所示：4000AAFa)200300AAb)4000BBBB200300210316第4页/共45页试验结果：试验结果：l a a）图中，素砼梁极限荷载）图中，素砼梁极限荷载 P=8kNP=8kN，由砼抗拉强度，由砼抗拉强度控制，破坏形态：控制，

3、破坏形态：脆性破坏脆性破坏l b b）图中，钢筋砼梁极限荷载）图中，钢筋砼梁极限荷载 P=36kNP=36kN，由钢筋受由钢筋受拉、砼受压而破坏，破坏形态：拉、砼受压而破坏，破坏形态：延性破坏延性破坏（配筋适（配筋适量）量） 由此可得出：钢筋和混凝土结合的有效性：由此可得出：钢筋和混凝土结合的有效性：l 大大提高了结构的承载力大大提高了结构的承载力l 结构的受力性能得到改善结构的受力性能得到改善第5页/共45页2 2、钢筋和混凝土共同工作的原因、钢筋和混凝土共同工作的原因 (1) (1) 二者之间有良好的粘结力二者之间有良好的粘结力 (2) (2) 两者温度线膨胀系数接近两者温度线膨胀系数接近

4、 (3) (3) 混凝土包住钢筋，可以防止钢筋生锈。混凝土包住钢筋，可以防止钢筋生锈。 钢筋钢筋 st = 1.2 105 混凝土混凝土 ct = 1.0 1.5 105 第6页/共45页（1） 就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；（2） 耐久性好，耐火性好；耐久性好，耐火性好；（3） 可模性好，便于结构型式的实现可模性好，便于结构型式的实现（4） 现浇结构的整体性好。现浇结构的整体性好。l 优点：优点：3 3、钢筋混凝土结构的主要优缺点、钢筋混凝土结构的主要优缺点 第7页/共45页l 缺点：缺点：（2）抗裂性能差，带裂缝工作）抗裂性能差，带裂缝工作（3）施工受气候条件影响，建造期长）施工

5、受气候条件影响，建造期长。 （4）耗费较多的模具和木料。）耗费较多的模具和木料。 （5）加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差。）加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差。 （1）自重大）自重大 轻骨料砼。轻骨料砼。施加预应力施加预应力 解决方法解决方法解决方法解决方法第8页/共45页1.2 混凝土混凝土混凝土是用水泥、砂子和石子三种材料，经水拌和凝固是用水泥、砂子和石子三种材料，经水拌和凝固硬化后制成的硬化后制成的人工石材人工石材。 混凝土的要求：混凝土的要求： 和易性好和易性好 强度要高强度要高( (重点重点) ) 耐久性要好耐久性要好 经济上要节省经济上要节省 评定混凝土评定混凝土 品质的品质

6、的主要指标主要指标 第9页/共45页 一、混凝土的强度一、混凝土的强度 立方体抗压强度 棱柱体强度（轴心抗压强度) 轴心抗拉强度cufcftfl 影响因素：影响因素：材料的性质、混凝土配合比、养护环材料的性质、混凝土配合比、养护环境、施工方法、境、施工方法、 试件的形状与尺寸，试验方法，加试件的形状与尺寸，试验方法，加载条件和试件的受力性质。载条件和试件的受力性质。 第10页/共45页 （1）定义：）定义：按照标准方法制作养护（温度按照标准方法制作养护（温度203、相对、相对湿度不小于湿度不小于90%的潮湿空气中养护的潮湿空气中养护28d）的）的边长边长150mm的的立方体试件，在立方体试件，

7、在28d龄期用标准试验方法（试件表面龄期用标准试验方法（试件表面不涂不涂润滑剂润滑剂，全截面受压，加载速度，全截面受压，加载速度0.150.25MPa/sec）测得）测得的具有的具有95%保证率的抗压强度。保证率的抗压强度。 1. 1. 混凝土的立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度 cuf-基本强度指标基本强度指标第11页/共45页（2） 影响因素影响因素 试件尺寸试件尺寸 ( (尺寸效应尺寸效应) ) 直接受压直接受压( (标准试验方法标准试验方法) ) 间接受压间接受压 ( (试块与承压板之间涂有油脂或填以塑料薄片试块与承压板之间涂有油脂或填以塑料薄片) )试验方法试验方法 加载速度越快加

8、载速度越快, ,强度越高强度越高 第12页/共45页（3） 对混凝土强度等级的要求对混凝土强度等级的要求 (P35)混凝土强度从混凝土强度从C20C80共分为共分为14个等级，中间以个等级，中间以5MPa进进级。级。C50以下为普通强度混凝土，以下为普通强度混凝土， C50及以上为高强度混及以上为高强度混凝土凝土 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定：规定： l 钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件不应低于不应低于C20，当采用，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于级钢筋配筋时，不应低于C25 l 预应力混凝土构件预应力混凝土构件不应低于

9、不应低于C40。 第13页/共45页2. 棱柱体强度（轴心抗压强度棱柱体强度（轴心抗压强度 ) （1）定义：）定义：真实真实反映以受压为主的混凝土结构构件的反映以受压为主的混凝土结构构件的抗压强度，用抗压强度，用150mm150mm300mm棱柱体为标准试棱柱体为标准试件测得的抗压强度。件测得的抗压强度。 注：注：试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件cf第14页/共45页 3. 轴心抗拉强度轴心抗拉强度( )是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标是钢筋混凝土构件设计中确定混凝土抗裂度的重要指标 tf11818tcfftf第15页/共45页试

10、验方法试验方法 直接轴向拉伸法直接轴向拉伸法劈裂法劈裂法钢筋钢筋拉压+直接轴向拉伸法直接轴向拉伸法劈裂法劈裂法第16页/共45页l 立方体强度是各种力学指标的基本代表值立方体强度是各种力学指标的基本代表值 cufcftf第17页/共45页4. 复合应力状态下混凝土强度复合应力状态下混凝土强度 1, 2 (压压压压) 混凝土强度增加混凝土强度增加 （第三象限第三象限） 1, 2 (拉压拉压) 混凝土强度降低混凝土强度降低 （第二、四象限第二、四象限） 1, 2 (拉拉拉拉) 混凝土强度基本不混凝土强度基本不变（变（第一象限第一象限） 6 . 04 . 02 . 00 . 12 . 18 . 04

11、 . 02 . 06 . 08 . 00 . 12 . 12112c2/ fc1/ fc227. 1f1c22c1c25 . 12fc127. 1maxfc15 . 0f01 . 0（1 1）双向正应力作用）双向正应力作用( (如下图如下图) )第18页/共45页（2）正应力和剪应力作用）正应力和剪应力作用 混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低第19页/共45页20050N/mm2 35N/mm2 12210N/mm2 15010050051015202512(N/mm2) 1 () （3）三轴受压（抗压强度提高）三轴受压（抗压强度提高）2cc kffc

12、混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 与侧压与侧压 的经验公式：的经验公式：2cfc 第20页/共45页工程应用工程应用钢管砼、密配螺钢管砼、密配螺旋箍筋旋箍筋纵向钢筋纵向钢筋螺旋箍筋螺旋箍筋工程应用工程应用钢管混凝土、密配螺旋箍筋钢管混凝土、密配螺旋箍筋第21页/共45页二、混凝土的变形二、混凝土的变形 1、混凝土变形性能的特点、混凝土变形性能的特点 影响因素影响因素加载方式、荷载作用时间、温度、加载方式、荷载作用时间、温度、湿度、试验的尺寸、形状、湿度、试验的尺寸、形状、 混凝土强度等。混凝土强度等。外荷载作用而产生的外荷载作用而产生的受力变形受力变形：体积

13、变形体积变形：包括温度变形和收缩变形：包括温度变形和收缩变形长期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形一次短期加载下的变形一次短期加载下的变形重复荷载作用下的变形重复荷载作用下的变形分类分类第22页/共45页（1） 混凝土的应力应变曲线混凝土的应力应变曲线 2. 混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能 残余应力（峰值应力）（反弯点）收敛点)（峰值应变）受力过程： OA 弹性阶段（弹性阶段（ 0.3fc） AB 弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（ =0.3fc 0.8fc） BX 裂缝不稳定阶段：裂缝不稳定阶段： （ =0.8fc 1.0

14、fc）特征值 fc ：峰值应力（轴心抗压强度）：峰值应力（轴心抗压强度） 0 ：对应于应力峰值点的应变：对应于应力峰值点的应变 规范规范 c0 = 0.002 cu ：最大应变（混凝土极限压应：最大应变（混凝土极限压应 变）变）规范规范 cu =3.010-3第23页/共45页 我国我国规范规范采用的混凝土单轴向受压应力采用的混凝土单轴向受压应力-应变曲线模型应变曲线模型 该模型形式较简单，上升段采用二次抛物线，下降段采用该模型形式较简单，上升段采用二次抛物线，下降段采用水平直线。水平直线。 、 特征值 fc ：峰值应力（轴心抗压强度）：峰值应力（轴心抗压强度） 0 ：对应于应力峰值点的应变：

15、对应于应力峰值点的应变 规范规范 c0 = 0.002 cu ：最大应变（混凝土极限压应：最大应变（混凝土极限压应 变）变）规范规范 cu =3.010-3第24页/共45页（2）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素： l 混凝土的强度混凝土的强度 l 加载速度加载速度 l 测试技术和试验条件测试技术和试验条件第25页/共45页kc c 0 ce cp 0h （3）混凝土的模量）混凝土的模量 抗压弹性模量（三种表示方法）抗压弹性模量（三种表示方法） 原点弹性模量原点弹性模量(绿线绿线） 切线弹性模量（切线弹性模量（红线红线） 割线弹性模量（割线弹

16、性模量（蓝线蓝线）第26页/共45页l 混凝土的剪切模量混凝土的剪切模量 G：2(1)cccEGc混凝土的泊松比混凝土的泊松比l规范规范中抗压弹性模量中抗压弹性模量 的测定方法的测定方法 由统计分析得经验公式为：由统计分析得经验公式为： )(74.342 . 210,5MPafEkcuc第27页/共45页4. 混凝土在荷载长期作用下的变形混凝土在荷载长期作用下的变形 徐变徐变在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在亦即在应力不变应力不变的情况下，混凝土的的情况下，混凝土的应变随时间继续增长应变随时间继续增长，这，这种现象被称为徐变。

17、种现象被称为徐变。l 徐变定义：徐变定义：第28页/共45页l 影响混凝土徐变的因素影响混凝土徐变的因素 （1） 加载龄期：加载龄期： 加载龄期越老，水泥石晶体所占比重越大，胶体粘加载龄期越老，水泥石晶体所占比重越大，胶体粘流就越小，徐变就越小。流就越小，徐变就越小。 当应力当应力 0.5cf时，徐变大致与应力成正比，时，徐变大致与应力成正比，产生线性徐变。产生线性徐变。 （2） 加载应力大小：加载应力大小：0.8cf时，徐变急剧增加，不收敛。时，徐变急剧增加，不收敛。 (0.5 0.8)cf产生非线性徐变。产生非线性徐变。 时，徐变的增长较应力快，时，徐变的增长较应力快， 当应力当应力 当应

18、力当应力 工程应用工程应用工程应用工程应用预应力混凝土构件的预加力过高危险预应力混凝土构件的预加力过高危险 应避免过早的应避免过早的施加预应力施加预应力第29页/共45页（3） 周围湿度：周围湿度： 混凝土周围的湿度是影响徐变大小的主要因素之一，混凝土周围的湿度是影响徐变大小的主要因素之一，外界相对湿度越低，混凝土的徐变就越大。外界相对湿度越低，混凝土的徐变就越大。 （4） 混凝土的组成成份和配合比：混凝土的组成成份和配合比： 水泥用量、水灰比、水泥品种，养护条件等对徐水泥用量、水灰比、水泥品种，养护条件等对徐变有影响，水泥用量多，水灰比大，徐变则大，水泥的变有影响，水泥用量多，水灰比大，徐变

19、则大，水泥的活性越低，徐变越大。活性越低，徐变越大。 第30页/共45页l 徐变的作用徐变的作用 不利方面不利方面：引起挠度增大，造成预应力损失。引起挠度增大，造成预应力损失。 有利方面有利方面：减少由于支座不均匀沉降产生的应力；：减少由于支座不均匀沉降产生的应力；分散应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力分散应力集中，引起应力重分布（由于徐变而使应力集中缓和）；降低温度应力集中缓和）；降低温度应力。 第31页/共45页5. 混凝土的非荷载变形混凝土的非荷载变形 收缩收缩（1）定义：）定义：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为收

20、缩。体积随时间推移而减小的现象称为收缩。蒸汽养护蒸汽养护常温养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩收缩( 103) 时间时间 (月月)第32页/共45页 构件未受荷之前产生裂缝构件未受荷之前产生裂缝 预应力构件中预应力损失（预应力筋和混凝土预应力构件中预应力损失（预应力筋和混凝土一同回缩引起预应力损失一同回缩引起预应力损失 ） 超静定结构产生次内力超静定结构产生次内力 （2）收缩对结构的影响）收缩对结构的影响第33页/共45页一一、钢筋的品种、钢筋的品种 普通钢筋可选取普通钢筋可选取R235、HRB335、 HRB400、KL400热轧钢筋热轧钢筋 预应力钢筋应选用钢绞线和钢

21、丝，中小型构件或竖、预应力钢筋应选用钢绞线和钢丝，中小型构件或竖、横向钢筋也可选用精轧螺纹钢筋横向钢筋也可选用精轧螺纹钢筋预应力筋预应力筋1.3 钢钢 筋筋第34页/共45页碳素钢碳素钢普通低合金钢普通低合金钢低碳钢（含碳量少于低碳钢（含碳量少于0.25%）中碳钢（含碳量中碳钢（含碳量0.25%0.6%） 高碳钢（含碳量大于高碳钢（含碳量大于0.6%)按化学成份分按化学成份分第35页/共45页热轧钢筋热轧钢筋按外型特征分类按外型特征分类光面钢筋光面钢筋螺纹钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋 光圆钢筋光圆钢筋（R235） 带肋钢筋带肋钢筋(HRB335,HRB400,KL400

22、)第36页/共45页软钢：有明显屈服台阶的钢筋软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(高强碳素钢丝、钢绞线高强碳素钢丝、钢绞线)按力学性能不同可分为按力学性能不同可分为第37页/共45页主要物理力学指标：主要物理力学指标：对于有明显屈服台阶的软钢取对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度屈服强度 fsk 作作为强度设计依据。为强度设计依据。 对于无明显屈服台阶的硬钢取对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度条件屈服强度 0.2作为强度设计依据。作为强度设计依据。屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、冷弯性能屈服强度、抗拉极限强度

23、、伸长率、冷弯性能二、钢筋的强度和变形二、钢筋的强度和变形 第38页/共45页oa弹性阶段弹性阶段 a比例极限比例极限fd强化阶段强化阶段 d极限强度极限强度de 颈缩阶段颈缩阶段比例极限比例极限屈服强度屈服强度极限强度极限强度o (N/mm2) fy ft ed流幅流幅abcfcf屈服台阶屈服台阶 c屈服强度屈服强度 极限压应变极限压应变四个受力阶段四个受力阶段四个特征值四个特征值 第39页/共45页 （1）c点的点的屈服强度屈服强度是钢筋混凝土结构设计计算中是钢筋混凝土结构设计计算中强度强度取值的主要依据取值的主要依据，因为钢筋应力，因为钢筋应力达到屈服极限后达到屈服极限后，荷载不增荷载不

24、增加，应变继续增大，加，应变继续增大，使得钢筋混凝土裂缝开展过宽，变形过使得钢筋混凝土裂缝开展过宽，变形过大，结构不能正常使用。大，结构不能正常使用。 （2）d点的极限强度点的极限强度材料的实际破坏强度，衡量钢筋材料的实际破坏强度，衡量钢筋经大变形后的抗拉能力，经大变形后的抗拉能力，不能作为计算依据不能作为计算依据。屈强比屈强比极限抗拉强度极限抗拉强度屈服强度屈服强度第40页/共45页 （1）伸长率）伸长率又称延伸率，又称延伸率，e点所对应的应变，（标注点所对应的应变，（标注为为10倍或倍或5倍钢筋直径），倍钢筋直径）， %100001lll（2）冷弯性能）冷弯性能指钢材在冷加工过程中产生塑性变形指钢材在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。通过冷弯试验，检查试件表时，对产生裂缝的