混凝土结构-材料的力学性能

1、第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能 1.钢筋的品种、形式和成分 热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋成分：铁、碳、锰、硅、钒、钛、磷、硫一、钢筋 2. 钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋 a为比例极限 s =Esea为弹性极限de为强化段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度 fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度 fu seaabcdefufyf第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能一、钢筋a点：比例极限，约为0.65fua点前：应力-应变关系为线弹性a点后：应力-应变关系为

2、非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点强度设计指标条件屈服点残余应变为0.2%所对应的应力规范取s0.2 =0.85 fu 2. 钢筋的强度与变形 没有明显屈服点的钢筋 第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能一、钢筋屈服强度：一般取屈服下限作为屈服强度。屈 强 比： fy/fu=0.60.7。伸 长 率： 冷弯性能： 2. 钢筋的强度与变形 几个指标 第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能一、钢筋 2. 钢筋的强度与变形 简化的钢筋应力应变曲线 第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性

3、能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能一、钢筋0.01HPB235级： fy = 210 N/mm2HRB335级： fy = 300 N/mm2HRB400级、RRB400级： fy = 360 N/mm2HPB235级( )钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋，常用直径6mm，8mm，10mm，12mm。HRB335级( )和 HRB400级( )、RRB400级( )钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用 HRB335 级钢筋作箍筋，常用直径10mm25mm。R 2. 钢筋的强度与变形 热轧钢筋的强度等级 第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料

4、的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能一、钢筋强度高，屈强比适当可以节省钢材，获得较好的经济效果塑性好钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以破坏的预兆可焊性好焊接后的接头性能良好与混凝土的粘结锚固性能好保证钢筋和混凝土共同工作，并有足够的粘结力3.混凝土结构对钢筋的要求 第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能一、钢筋第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土1.混凝土立方体抗压强度以边长为150mm的立方体在203C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的具

5、有95%保证率的抗压强度（以N/mm2计）作为混凝土的立方体抗压强度并用符号 表示混凝土的强度等级一般可划分为：C15，C20，C25，C30C35，C40，C45，C50C55，C60，C65，C70C75，C80C30：fcu,k=30N/mm2C50以上为高强混凝土第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土2. 混凝土轴心抗压强度采用150mmx150mmx300mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系为：棱柱体强度与立方体强度之比； 高强混凝土的脆性折减

6、系数；0.88为考虑实际构件与试件之间的差异而取用的折减系数。第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土3.混凝土抗拉强度混凝土的抗拉强度比抗压强度低得多，一般只有抗压强度的1/81/20100100轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系为第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土4. 受压混凝土的应力应变曲线 强度等级不同的混凝土的应力-应变曲线 第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学

7、性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土简化的应力-应变关系上升段：水平段：第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土5. 混凝土的弹性模量原点切线模量切线模量第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土6. 混凝土的收缩与徐变混凝土的收缩 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土的徐变 混凝土在不变荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能二、混凝土7. 混凝

8、土的选用原则建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于C20预应力混凝土结构不应低于C30采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能三、钢筋与混凝土的粘结 钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的胶结力；混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的 摩擦力；机械咬合力 。第三

9、章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能三、钢筋与混凝土的粘结 光圆钢筋与混凝土的粘结作用较变形钢筋差，所以光圆钢筋端部要加弯钩或焊接短钢筋来增加粘结作用。第三章 混凝土结构3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能3.1 钢筋和混凝土材料的力学性能三、钢筋与混凝土的粘结 通过钢筋与混凝土界面的粘结应力，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递。bb一般板、墙、壳15mm，梁25mm，柱30mm第三章 混凝土结构3.2 钢筋混凝土受拉构件3.2 钢筋混凝土受拉构件 作用在构件上的纵向拉力与构件截面形心线重合的构件为轴心受拉构件 第三章 混凝土结构3.2 钢筋混凝土受

10、拉构件3.2 钢筋混凝土受拉构件轴心受拉构件正截面承载力计算公式为：写成承载力设计表达式为：Nh 构件达到承载能力极限状态时，混凝土退出受拉工作，钢筋达到屈服强度。第三章 混凝土结构3.2 钢筋混凝土受拉构件3.2 钢筋混凝土受拉构件钢筋混凝土轴心受拉构件主要构造要求 钢筋混凝土轴心受拉构件一般宜采用正方形、矩形或其它对称截面。 纵向受力钢筋在混凝土截面中应对称布置或沿截面周边均匀布置；为防止出现过宽的混凝土裂缝，宜优先选用直径较小的钢筋；按混凝土截面积A计算的全部受力钢筋配筋率应不小于最小配筋率，即 ， 取0.4%和 %的较大值。 箍筋的主要作用是固定纵筋的位置，与纵筋形成钢筋骨架；箍筋直径

11、不宜小于6mm，间距一般不宜大于200mm。 第三章 混凝土结构3.2 钢筋混凝土受拉构件3.2 钢筋混凝土受拉构件例 已知： 某钢筋混凝土屋架下弦杆 截面尺寸为 轴向拉力设计值 混凝土强度等级为C25，纵向钢筋为HRB335级 求： 纵向钢筋截面面积并选择钢筋解：（1）计算纵筋面积并选筋 选4 16纵筋， 第三章 混凝土结构3.2 钢筋混凝土受拉构件3.2 钢筋混凝土受拉构件例 已知： 某钢筋混凝土屋架下弦杆 截面尺寸为 轴向拉力设计值 混凝土强度等级为C25，纵向钢筋为HRB335级 求： 纵向钢筋截面面积并选择钢筋解： （2）验算最小配筋率条件 配筋率 满足要求 （3）画配筋图20016

12、04 16第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件 作用在构件上的纵向压力与构件截面形心线重合的构件为轴心受压构件 第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件轴心受压构件正截面承载力计算公式为： 构件达到承载能力极限状态时，混凝土达到抗压强度，钢筋达到抗压强度设计值。第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件写成承载力设计表达式为：纵向钢筋抗压强度设计值 。热轧钢筋取 高强钢筋，取钢筋混凝土构件稳定系数，用于考虑细长构件 由于侧向弯曲而使承载力有所降低的影响 第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3

13、 钢筋混凝土受压构件1.0第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土轴心受压构件主要构造要求 常用的截面形式有：正方形截面、圆形截面、环形截面及正多边形截面。方形受压构件的截面尺寸不宜小于 ；长细比不宜过大，常取 ， （ 为受压构件的计算长度， 为方形截面边长， 为圆形截面直径）。 轴心受压构件的纵向受力钢筋应沿截面的四周均匀放置，钢筋根数不得少于4根；纵向钢筋直径不宜小于12mm，通常在1232mm范围内选用；纵筋的中距不宜大于300mm；全部纵筋的配筋率不应小于0.6，亦不宜超过5 第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件

14、钢筋混凝土轴心受压构件主要构造要求 箍筋须做成封闭式；当截面有内凹缺口时，不得设置带有折角的箍筋。箍筋直径不应小于 d4 (d为纵筋最大直径)，且不应小于 6mm；箍筋间距在绑扎骨架中不应大于15d（d为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于构件横截面的短边尺寸。当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋 。第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土轴心受压构件主要构造要求 第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件例 某现浇框架结构

15、底层柱，截面尺寸为 计算高度为 ，承受轴向压力设计值N 采用C25混凝土，HRB335级钢筋。求纵向受压钢筋， 并配置箍筋。 解： 因查表得（1）计算纵筋面积并选筋第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件例 某现浇框架结构底层柱，截面尺寸为 计算高度为 ，承受轴向压力设计值N 采用C25混凝土，HRB335级钢筋。求纵向受压钢筋， 并配置箍筋。 解： （1）计算纵筋面积并选筋选用8 25， （2）验算最小配筋率条件满足要求第三章 混凝土结构3.3 钢筋混凝土受压构件3.3 钢筋混凝土受压构件例 某现浇框架结构底层柱，截面尺寸为 计算高度为 ，承受轴向压力设计值N

16、采用C25混凝土，HRB335级钢筋。求纵向受压钢筋， 并配置箍筋。 解： （3）选择箍筋选用 ，直径、间距均能满足要求（4）画配筋图8 25第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件受弯构件主要是指承受弯矩和剪力共同作用的构件正截面破坏 MMu斜截面破坏 MMu，VVu 1. 常用的截面形式3.4 钢筋混凝土受弯构件第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件一、受弯构件的构造要求第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件 2. 梁、板的配筋形式3.4 钢筋混凝土受弯构件梁板一、受弯构件的构造要求第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3. 梁、板截面尺寸3

17、.4 钢筋混凝土受弯构件一、受弯构件的构造要求1000hbh第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件4. 钢筋间距要求3.4 钢筋混凝土受弯构件一、受弯构件的构造要求20070C15, d分布筋h0 300第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件4. 常用材料强度等级3.4 钢筋混凝土受弯构件一、受弯构件的构造要求梁板混凝土C20、C25、C30、C35、C40钢筋纵向钢筋箍筋其他构造钢筋受力钢筋分布钢筋HPB235HPB235HRB335HRB335HRB400HRB335HPB235第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算1

18、. 试验研究habAsh0 xcecesf第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算2. 三种破坏形态适筋破坏超筋破坏少筋破坏适中时过大时太小时第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算2. 三种破坏形态的定义对矩形截面梁纵向受拉钢筋的配筋率，用百分数计量；As纵向受拉钢筋的面积，mm2 ；b梁截面宽度， mm ；h0截面有效高度， mm 。第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、

19、受弯构件正截面承载力计算2. 三种破坏形态适筋破坏特点 适筋梁的破坏特点是破坏始自受拉区钢筋的屈服，然后随着弯矩的增加受压区混凝土被压碎，构件破坏。破坏时两种材料的性能均得到充分发挥。从钢筋开始屈服到构件破坏，钢筋经历了较大的塑性变形，破坏前构件裂缝急剧开展，挠度激增，它将给人以明显的破坏预兆，属于延性破坏类型。 超筋破坏特点 超筋梁的破坏特点是破坏始自于受压区混凝土边缘纤维应变到达受弯极限压应变混凝土被压碎而破坏。构件破坏时钢筋应力尚小于屈服强度，裂缝开展不宽，延伸不高，梁的挠度亦不大，破坏没有明显预兆，属于脆性破坏类型。梁破坏时其钢筋应力低于屈服强度，不能充分发挥作用，造成钢材的浪费。 第

20、三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算2. 三种破坏形态设计中不允许采用第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算2. 三种破坏形态少筋破坏特点 少筋梁的破坏特点是一旦开裂，受拉钢筋立即达到屈服强度，有时可迅速经历整个流幅而进人强化阶段，在个别情况下，钢筋甚至可能被拉断。少筋梁破坏时，裂缝往往只有一条，不仅裂缝开展过宽，且沿梁高延伸较高，即已标志着梁的“破坏”。破坏瞬间发生，毫无预兆，属于脆性破坏类型。 设计中不允许采用第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土

21、受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算2. 三种破坏形态适筋破坏超筋破坏少筋破坏第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算3. 计算公式及适用条件受弯构件正截面承载力计算图式1 ：受压区混凝土矩形应力值与轴心抗压强度设计值的比值，普通强度混凝土取1.0第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算3. 计算公式及适用条件基本计算公式或适用条件 （1） 防止发生超筋破坏 （2） 防止发生少筋破坏第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算

22、3. 计算公式及适用条件令 基本计算公式写成：或 相对受压区高度第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算4. 最大配筋率相对界限受压区高度，与混凝土和钢筋的强度 等级有关。C50以下混凝土：HPB235级钢，取 0.614；HRB335级钢，取0.55；HRB400级钢， 取0.518。不出现超筋破坏的条件：或或第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算5. 最小配筋率不出现少筋破坏的条件：截面设计步骤已知M,b,h,fc,ft是否求出As是否调整b,h或fc第三章 混凝土结构第三

23、章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算6. 经济配筋率 根据我国设计经验，梁的经济配筋率范围约为0.5%一1.6%，板的经济配筋率范围约为0.4%一0.8%。这样的配筋率远小于最大配筋率 ，既节约钢材，又降低成本，且可防止脆性破坏。第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算7. 公式应用截面设计已知：弯矩设计值M求：截面尺寸b，h、截面配筋As，以及材料强度fy、fc未知数：受压区高度x、 b，h、As、fy、fc基本公式：两个没有唯一解设计人员应根据受力性能、材料供应、施工条件、使

24、用要求等因素综合分析，确定较为经济合理的设计。第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算7. 公式应用截面设计已知：弯矩设计值M求：截面尺寸b，h、截面配筋As，以及材料强度fy、fc未知数：受压区高度x、 b，h、As、fy、fc基本公式：第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算7. 公式应用截面复核已知：弯矩设计值M 截面尺寸b，h、截面配筋As，以及材料强度fy、fc未知数： x , Mu （MMu是否成立）基本公式：两个 代入公式求解即可第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土

25、受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算8. 例题例 已知矩形梁截面尺寸bh250mm500mm，弯矩设计值M=150kNm，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB335级。求所需的受拉钢筋截面面积。 解：（1）设计参数C30混凝土，fc=14.3N/mm2 、ft=1.43N/mm2、1=1.0 ，c=25mm， a=35mm ，h0=500-35=465mm ，HRB335级钢筋，fy=300 N/mm2 ，b=0.55 。 第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算8. 例题例 已知矩形梁截面尺寸bh250mm

26、500mm，弯矩设计值M=150kNm，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB335级。求所需的受拉钢筋截面面积。（2）求钢筋面积把已知条件代入基本公式解得：不会出现超筋破坏第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算8. 例题例 已知矩形梁截面尺寸bh250mm500mm，弯矩设计值M=150kNm，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB335级。求所需的受拉钢筋截面面积。（2）求钢筋面积把 代入基本公式解得：不会出现少筋破坏第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件二、受弯构件正截面承载力计算8. 例题例 已知矩形梁截面尺寸bh250mm500mm，弯矩设计值M=150kNm，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB335级。求所需的受拉钢筋截面面积。（3）选择钢筋选用4 20，实际钢筋面积为：（4）画配筋图2505004 20第三章 混凝土结构3.4 钢筋混凝土受弯构件3.4 钢筋混凝土受弯构件三、受弯构件斜截面承载力计算由构造要求来满足由 抗剪计算来满足第三章 混凝土结构3.4 钢筋