现代预应力混凝土结构理论13R材料补充

1、1.3 预应力混凝土的材料（补充） 预备知识：有关(yugun)钢筋混凝土结构的基本内容 1）钢筋混凝土结构是一种以混凝土作为主要材料根据需要配置一定量钢筋的结构 （1）组成及各自特性：钢筋混凝土（Reinforced Concrete或RC） 先分开看 钢筋（Reinforcingbar 或REBAR）抗拉强度（ ）高、抗压强度（ ）高、易锈 混凝土（砼、Concrete cnrt或conc） 抗压强度（ ）高、抗拉强度（ ）低、不易锈 合起来看其共同工作：简支梁试验(1)(2)共四十八页 素砼简支梁如下图：L=4m，bh=200300mm. C20混凝土承受集中荷载，p=8kN时破坏，无任

2、何征兆。 RC简支梁同样截面尺寸(ch cun)，同标号砼，同样简支长度，但受拉区加但受拉区加入3根16mm的R235级REBAR，记作316，破坏荷载p=36KN共四十八页 试验结果分析： 承载力有了很大提高8 36kN 结构的受力特性得到显著的改善，有明显(mngxin)预兆，裂缝、挠度等变化。 问题： 为何受力会有改变? 物理性质差异很大的情况下，二者能很好地结合在一起工作吗？共四十八页2）共同工作的基础 （1）钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，能相互牢固地结成整体，传力合理 （2）温度膨胀系数大体相同 钢筋：=1.2 10-5 砼 ：=1.01.5 10-5 温度变化不至于产生大的内应力

3、导致破坏。 （3）REBAR被砼所包裹，从而防止了钢筋的锈蚀，保证(bozhng)了结构的耐久性。 归纳为4句话： 各施所长，互补所短，协同工作，形成较好结构。共四十八页 3）RC结构优缺点（1）RC结构的优点：耐久性和耐火性较好，维护费用低混凝土保护层使得钢筋不易锈蚀，耐火时间(shjin)长可模性好适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱型结构易于就地取材有利于当地建材的利用和工业废料的再利用整体性好（对现浇结构），防振和防辐射性能较好适用于抗震抗爆结构和防护结构刚度大、阻尼大有利于结构的变形控制材料利用合理结构承载力与其刚度比例合适，基本无局部稳定问题RC结构(jigu)的基本概念及材料

4、的力学性能 共四十八页（2） RC结构的缺点自重大(2.5t/m3）发展轻质混凝土、高强混凝土和预应力混凝土。抗裂性差，影响结构的耐久性发展预应力混凝土，利用(lyng)树脂涂层钢筋。承载力有限发展高强混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土。施工复杂，工序多，工期长，受季节、天气的影响较大利用钢模、飞模、滑模等先进施工技术，采用泵送混凝土、早强混凝土、高性能混凝土、免振自密实混凝土等，提高施工效率。破坏后的修复、加固、补强比较困难 发展新型的混凝土加固技术，如碳纤维布加固混凝土结构技术。 共四十八页 1.3.1砼（cnrt）（1）概念： 砼是用水泥、砂子和石子三种材料，用水拌和经过凝固硬化后制成的人工

5、石材。混合凝结，色状如土故名之。（2）混凝土结构要求： 和易性要好 强度要高 耐久性要好 经济(jngj)上要节省 共四十八页预应力混凝土要求采用高强混凝土可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量(tn xn m lin)，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；与钢筋具有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力

6、混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不低于C40。共四十八页1.3.1.1混凝土的强度 1)立方体抗压强度（ ） (1)概念 边长150mm的立方体在202的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d ,依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度极限值，以MPa即 为单位,用符号(fho) 表示。普通混凝土力学性能试验标准（GB/T50081-2002） 标准试件边长150mm的立方体试件； 标准条件温度为202，湿度在95%以上； 标准试验方法试件两端不涂润滑剂； 加载速度C30以下为 0.30.5MPa/sec，C30以上为0.50.8/sec。 RC结构(jigu

7、)的基本概念及材料的力学性能 共四十八页 (2)试验方法 试件上下表面不涂油。由于(yuy)与上下盘面的摩擦力影响，起到“套箍”作用，非单纯受压。 共四十八页 (3)影响(yngxing)因素“尺寸效应” 小试件高，摩擦力对中部的影响随高度的增高降低。换算系数边长200mm 1.05边长100mm 0.95涂油影响 不涂油，有约箍力，压强大。涂油则小。(图示)共四十八页共四十八页 (4)混凝土的强度等级是用立方体抗压强度标准值来划分的公路规范根据强度范围，从C20C80共划分为13个强度等级，级差为5，C50以上为高强混凝土。 砼标号是设计RC结构时选择砼材料的主要指标，应根据结构物的用途、尺

8、寸、使用条件和经济、技术等因素综合考虑(kol)。等级C： C20 C30 C30 C40、 C50、C60以上 普通RC 接头、接缝 PC结构共四十八页 2）棱柱体抗压强度 (1)概念 通常钢筋混凝土构件的长度(chngd)比它的截面边长大得多，因此棱柱体试件的受力更接近于实际构件中混凝土的受力情况。标准棱柱体试件按标准制作、养护、试验测得的抗压强度，用 表示，亦称轴心抗压强度。 共四十八页 (2)测试方法及结果 试件：棱柱体（圆柱体），不涂油 h/b h/b=24稳定 标准试件:150150mm300mm 普通混凝土力学性能试验标准（GB/T50081-2002） =（0.6-0.8） 原

9、因 试件细长，中部箍束力小; 偏心影响 用于受压构件强度(qingd)计算 共四十八页 3)轴心抗拉强度 (1)概念 在轴心拉伸下的极限拉伸强度，用 表示。 (2)试验方法 直接试验法 钢筋、拉断（100100500mm棱柱体,对中预埋） 间接试验法 劈裂试验（见图1-6） 劈裂试验可以克服轴心受拉试验中存在的对中问题。 试验中采用边长为150mm的立方体标准试件，通过弧形钢垫条施加压力F，试件中间截面(jimin)有着均匀分布的拉应力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件劈裂成两半。 RC结构(jigu)的基本概念及材料的力学性能 共四十八页 RC结构(jigu)的基本概念及材料的力学性能

10、共四十八页 (3) 与 之间关系 (4)与混凝土构件(gujin)的开裂、变形，以及受剪、受扭、受冲切等承载力有关。用于抗裂、冲切、粘结强度计算共四十八页 4）复合(fh)应力状态下的强度 取单元体，三个主应力1、2、3 轴向受力：2=3=0 平面应力状态：3=0 三向受力状态：1、2、3均不为0 (1)平面应力状态 双向受压：强度高于单轴，12 双向受拉：强度无变化，同单轴 一拉一压：21,12 见图1-7共四十八页共四十八页 (2)三向受压 一向强度随其它两向而。 (3)法向应力和剪应力的组合强度 混凝土的抗压强度由于(yuy)剪应力的存在而降低：当 ,抗剪强度随压应力的增大而增大；当 时

11、，抗剪强度(qingd)随压应力的增大而减小。见图1-8共四十八页共四十八页小 结 重点：共同工作基础。混凝土强度(qingd)定义、试验方法、影 响因素、用途。复合应力状态关系。共四十八页1.3.1.2砼的变形(bin xng)性能 预备知识 理想弹性体材料的变形 加载变形卸载恢复原状，如钢材之弹性阶段(jidun)。理想弹塑性材料的变形（图1-9）砼为非理想弹塑体材料，变形复杂与加载方式，持荷时间，温、湿度，试件的形状和尺寸等有关。受力变形：长、短期，重复荷载 体积变形：收缩和徐变变形、共四十八页共四十八页1)混凝土在单调(dndio)、短期加荷下的变形（1）-关系（图1-10）上升段：当

12、0.3 时，-关系为直线弹性变形 时， (取 2.0 )，形成贯穿性裂 缝，急剧发展破坏。下降段:精细实验指出，达到 即 ，此时 后，承载力下降，随的增大，逐渐降低，最后(zuhu)破 坏。破坏时， 。下降段通过大刚度设备或安置 刚性元件的控制变形量测得。D点极限压应变为共四十八页收敛段：稳定的残余应力,小柱,咬合(yo h)-曲线影响因素: 混凝土强度(图1-11) 加载速度（图1-12） 测试技术和试验条件 混凝土应力应变试验共四十八页共四十八页共四十八页共四十八页 （2）砼的弹性模量与变形模量 用于计算结构之挠度、温度应力、超静定结构内力。如弹材：E=/ tg=cons. 受压变形模量表

13、示方法（见图1-13）原点弹模： 或切线模量：割线(gxin)模量（变形模量）： 和 之间关系： 式中： 砼受压弹性特征系数，构件刚开裂时: =0.5。共四十八页图 1-13共四十八页 (3) 的测取（参见(cnjin)图1-14） 棱柱体加载0 0，反复510次， 可得： 根据试验可得经验公式： (4)剪切模量 其中 为混凝土的横向变形系数（泊松比），取 时，可得 共四十八页图 1-14共四十八页 2）砼在重复荷载作用下的变形(bin xng)性能 (1)一次加载时和卸载时-曲线(图1-15)，加载“-”曲线为OA，卸荷“-”曲线为AB， 为卸载时瞬时恢复应变， 为卸载后弹性后效， 为残余应

14、变。 (2)砼在重复荷载作用下的变形性能 多次荷载重复作用下-曲线(图1-16) 若加荷较小( )起始为一环状，多次加荷，曲线越来越闭合，直至成一直线CD。 若加载较大( )多次重复加荷载卸荷“-”由凸向应力轴而转为凸向应变轴，导致疲劳破坏 (200万次以上) 共四十八页图1-15共四十八页图1-16共四十八页 3）砼在荷载长期作用下的变形性能徐变 (1)概念(ginin)：在长期不变荷载作用下，应变随时间继续增长的现象。（见图1-17） (2)徐变过程 瞬变 ，徐变变形 ，卸荷后瞬时恢复变形 ，卸荷后弹性后效 ，残余变形 。（见图1-18）共四十八页图1-17共四十八页图1-18共四十八页

15、(3)产生原因: 砼凝结(nngji)后，水泥浆变结晶体和凝胶体，凝胶体粘性流动，应力重分布，产生变形 微裂缝在荷载作用下，不断扩展和增长的结果 共四十八页 (4)影响因素 压应力大，徐变大 若 ，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲线的间距接近相等，称为线形徐变。 当 介于 之间时，为非线性徐变。 当 时，混凝土的非线形徐变往往时不收敛的，最终导致构件破坏。(参见图1-19) 水泥用量多，水灰比大，徐变大 增加骨料含量，徐变减小 养护(yngh)好，徐变小 加荷龄期早，徐变大 加荷前 高，徐变小共四十八页图1-19共四十八页 4）砼的收缩变形 (1)概念 砼在空气中的硬结过程中，体积减小的现象叫

16、收缩。在水中结硬，体积会膨胀。 (2)过程：混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成(wn chng)全部收缩的25%，一个月可完成(wn chng)50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。(参见图1-20) 一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4共四十八页图1-20 混凝土收缩(shu su)变形与时间的关系共四十八页 (3)原因：硬结过程中化学反应产生的凝结收缩和自由水蒸发(zhngf)产生的收缩。 (4)影响因素： 水泥用量大，水灰比大，收缩大 高标号收缩大 骨料弹模大，收缩小 温度大，收缩小 密实，收缩小 使用环境湿度低、温度高，大 体表比大，收缩小。 共四十八页 5）砼三向受压状态时的变形特点 提高强度3倍和延性。实际中，螺旋箍筋柱，密排箍筋。与采用恒值液压约束(yush)的方式有区别。方形箍筋，明显提高延性，但对提高抗压强