2钢筋和混凝土材料的力学性能课件

1、2钢筋和混凝土材料的力学性能2钢筋和混凝土材料的力学性能湿度90%，养护28天 标准条件：温度203标准试块1.混凝土的强度等级立方体抗压强度 混凝土结构所测得极限压应力 混凝土的立方体抗压强度标准值破坏0.150.25N/mm2s的加载速度试块全截面受力且不涂润滑剂标准试验方法：抗压试验压力机垫板摩擦力试块湿度90%，养护28天 标准条件：温度203标准试块12钢筋和混凝土材料的力学性能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、试块尺寸等影响实验强度值因素分析承压板试块摩擦力不涂润滑剂

2、涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不影响立方体抗压强度的因素：内因：如强度与水泥标号、骨料品种、配合比等。外因：试验方法（箍套）、温度、湿度、试件尺寸。由于尺寸效应的影响：fcu(150) = 0.95 fcu(100) fcu(150) = 1.05 fcu(200)注意问题：混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。影响立方体抗压强度的因素：由于尺寸效应的影响：fcu(150砼的立方体抗压强度标准值fcu，kC Concrete（混凝土）砼强度等级（14级）C15，C20，C25，C30，C35，C40，C

3、45C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80C后的数值 该级别砼的立方体抗压强度标准值单位：N/mm2fcu,k45N/mm2 砼的立方体抗压强度标准值fcu，kC Concrete（普通混凝土高强混凝土C15C50C55C80强度高、和易性、流动性好，制作工艺简单掺入高效减水剂普通混凝土高强混凝土C15C50C55C80强度高、和易混凝土的强度等级的选用混凝土结构中混凝土强度最低等级（GB50010-2019）钢筋种类混凝土强度等级素混凝土结构 不应低于C15钢筋混凝土结构不应低于C20强度等级400MPa及以上的钢筋时 不应低于C25不应低于C30不宜低于C40预应力混凝土结

4、构采用预应力钢绞线、钢丝、预应力螺纹钢筋 重复荷载的构件不应低于C30混凝土的强度等级的选用混凝土结构中混凝土强度最低等级（GB52.混凝土的轴心抗压强度(1)混凝土的轴心抗压强度fch/bfckh/b=23，fck趋于稳定“套箍效应”压力机垫板摩擦力试块2.混凝土的轴心抗压强度(1)混凝土的轴心抗压强度fch/b所测得极限压应力 标准方法 破坏轴心抗压强度标准值 fck 标准条件 棱柱体 压力面垫板 1.4300所测得极限压应力 标准方法 破轴心抗压强度标准值 fck 标轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为fcu,k立方体强度标准值即为混凝土强度等级fcu。考虑实际构件与试件

5、混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。 高强混凝土的脆性影响系数 棱柱体强度与立方体强度之比值混凝土强度等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c21.000.9840.9680.9510.9350.9190.9030.8870.87 c1 和 c2 值轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度标准值的换算关系为fcu,混凝土轴心抗压强度 与立方体抗压强度的关系混凝土轴心抗压强度 与立方体抗压强度的关系(2)混凝土的轴心抗拉强度ft间接测试法：轴心抗拉强度标准值ftk 劈拉试验FdF(2)混凝土的轴心抗拉

6、强度ft间接测试法：轴心抗拉强度标准值(2)混凝土的轴心抗拉强度ft间接测试法：P-破坏荷载d-圆柱体直径或立方体边长l-圆柱体长度或立方体边长计算钢筋混凝土和预应力混凝土构件的抗裂和裂缝宽度劈拉试验FaF拉压压(2)混凝土的轴心抗拉强度ft间接测试法：P-破坏荷第2章 物理力学性能第2章 物理力学性能3.复合应力状态下混凝土的强度1, 2 (压压) 混凝土强度增加（第三象限）1, 2 (拉压) 混凝土强度降低（第二、四象限）1, 2 (拉拉) 混凝土强度基本不变（第一象限）（1）双向正应力3.复合应力状态下混凝土的强度1, 2 (压压) 混20050N/mm235N/mm212210N/mm

7、215010050051015202512(N/mm2)1 ()（3）三轴受压（抗压强度提高）混凝土圆柱体三向受压的轴心抗压强度 与侧压的经验公式：20050N/mm235N/mm212210N/mm2（4）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）当/fc（0.50.7)时,抗剪强度随压应力的增大而增大 当/fc（0.50.7)时,抗剪强度随压应力的增大而减小当压应力在 左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。（4）正应力和剪应力作用复合应力状态下混凝土的强度小结 1. 双向应力状态下的强度变化规律（1）双向受压时，混

8、凝土抗压强度单向；大于（2）双向受拉时，混凝土抗拉强度于接近单向；（3）一向受压和一向受拉时，其抗拉（抗压）强度均低于相应的单向强度；（4）由于剪应力的存在，混凝土抗压强度低于单向；（5）由于压应力的存在，混凝土抗剪强度有限增加, 但当压应力大于0.6fc时，随压应力增大而减小。 复合应力状态下混凝土的强度小结1. 双向应力状态下的强度变化2. 三向受压状态下的强度变化规律 结论：三向受压状态下的混凝土抗压强度大于双向和单向。3. 实际工程应用约束混凝土 （1）采用约束混凝土不仅可以提高混凝土的抗压强度，也可以提高构件的耐受变形能力； （2）工程中应用约束混凝土的实例，如螺旋钢箍柱、钢管混凝土

9、等。2. 三向受压状态下的强度变化规律4. 砼的变形1.混凝土轴心受压应力-应变曲线有何特点?本节重点2.什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响?通常认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变?4. 砼的变形1.混凝土轴心受压应力-应变曲线有何特点?本4. 砼的变形受力变形 砼在荷载一次短期作用下的变形砼在荷载多次重复作用下的变形混凝土硬化时的收缩与膨胀体积变形 变形 温、湿度变化产生的变形 砼在荷载长期作用下的变形-徐变4. 砼的变形受力变形 砼在荷载一次短期作用下的变形砼在荷载(1)混凝土曲线1.混凝土在短期荷载作用下的变形（用h/b=34的柱体试件测定）(1)混凝土曲线1.混凝土在

10、短期荷载作用下的变形（用h02468102030s(MPa)e 10-3第二章 钢筋和混凝土的材料性能2.2 混凝土BACEDA点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力-应变关系近似直线。A点应力随混凝土强度的提高而增加，对普通强度混凝土sA约为 (0.30.4)fc ，对高强混凝土sA可达(0.50.7)fc。A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定的。混凝土在结硬过程中，由于水泥石的收缩、骨料下沉以及温度变化等原因，在骨料和水泥石

11、的界面上形成很多微裂缝，成为混凝土中的薄弱部位。混凝土的最终破坏就是由于这些微裂缝的发展造成的。达到B点，内部一些微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。在此应力的长期作用下，裂缝会持续发展最终导致破坏。取B点的应力作为混凝土的长期抗压强度。普通强度混凝土sB约为0.8fc，高强强度混凝土sB可达0.95fc以上。达到C点fc，内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，C点的纵向应变值称为峰值应变 e 0，约为0.002。纵向应变发展达到D点，内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，

12、横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆的粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。E点的应变e = (23) e 0，应力s = (0.40.6) fc。2.1 混凝土的物理力学性能02468102030s(MPa)e 10-3第二章 钢2.1 混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。2.1 混凝土的物理力学性能2.1 混凝土不同强度混凝土的应力-应变关系曲线强度等级越高2. 砼单轴受压时的应力变形模型（1）. 美国E.H

13、ongnestad模型2. 砼单轴受压时的应力变形模型（1）. 美国E.Hongn（2）. 德国Rusch模型（2）. 德国Rusch模型0（3）. 我国规范模型0（3）. 我国规范模型第二章 钢筋和混凝土的材料性能规范应力-应变关系上升段：下降段：2.1 混凝土2.1 混凝土的物理力学性能第二章 钢筋和混凝土的材料性能规范应力-应变关系上升(1)混凝土的收缩4.混凝土的收缩和徐变（收缩与荷载无关） （蒸气养护可使砼收缩减小）混凝土在空气中结硬时体积减小的现象(1)混凝土的收缩4.混凝土的收缩和徐变（收缩与荷载无关） (1)混凝土的收缩4.混凝土的收缩和徐变B、减少混凝土收缩的措施限制水灰比和

14、水泥用量加强砼的振捣和养护配置适量的构造钢筋和设置伸缩缝A、收缩对结构产生的不利影响当砼收缩变形受到约束时，将使结构（构件）产生收缩裂缝；使预应力砼构件的预应力产生损失。(1)混凝土的收缩4.混凝土的收缩和徐变B、减少混凝土收缩的(2)混凝土的徐变4.混凝土的收缩和徐变混凝土在不变荷载的长期作用下应变随时间而增长的现象 （徐变与荷载有关） (2)混凝土的徐变4.混凝土的收缩和徐变混凝土在不变荷载的长(2)混凝土的徐变4.混凝土的收缩和徐变A、产生徐变的原因尚未转化为结晶体的水泥胶凝体粘性流动的结果。混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和扩展的结果。(2)混凝土的徐变4.混凝土的收缩和徐变

15、A、产生徐变的原因B、影响徐变的因素（1）时间因素；（2）应力大小；应力大，徐变大，且徐变性质发生变化，呈不稳定发展，控制长期应力大小；（3）环境因素；养护时温度高湿度大，徐变小；受荷时温度高湿度低，徐变大。（4）加载时荷载大，徐变大；（5）水泥用量大，水灰比大，徐变大，构件尺寸小，徐变小。（6）钢筋可减小徐变；B、影响徐变的因素（1）时间因素；（2）应力大小；应力大，徐C、徐变对结构的影响构件变形和裂缝宽度增大预应力砼的预应力损失D、减少混凝土徐变的措施限制水灰比和水泥用量加强砼的振捣和养护C、徐变对结构的影响构件变形和裂缝宽度增大预应力砼的预应按生产工艺分（1）热轧钢筋热轧钢筋光面钢筋带肋

16、钢筋HPB235级（淘汰）HRB335级HRB400级RRB400级HPB300级HRB500级HRBF400级HRBF500级逐步淘汰按生产工艺分（1）热轧钢筋热轧钢筋光面钢筋带肋钢筋HPB23（2）钢绞线1X31X7（2）钢绞线1X31X71 钢筋的应力应变曲线 （1 ）有明显屈服点的钢筋的应力应变曲线 二 钢筋的力学性能 强度和变形特点：有屈服台阶，延伸率大，塑性好，破坏前有明显预兆。强度限值：屈服点1 钢筋的应力应变曲线 二 钢筋的力学性能 无明显屈服点的钢筋（2 ）无明显屈服点的钢筋的应力应变曲线强度限值:假想（条件）屈服点无屈服台阶，延伸率小，塑性差，破坏前无明显预兆。无明显屈服点

17、的钢筋（2 ）无明显屈服点的钢筋的应力应变曲线强2.钢筋的强度（1）钢筋强度标准值对有明显屈服点钢筋，以屈服强度作为钢筋设计强度的取值依据。对无屈服点钢筋，通常取其条件屈服强度作为设计强度的依据。 普通钢筋的强度标准值预应力钢筋的强度标准值钢绞线、消除应力钢丝以及热处理钢筋的强度标准值用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构的非预应力钢筋2.钢筋的强度（1）钢筋强度标准值对有明显屈服点钢筋，以屈服2.钢筋的强度（2）钢筋强度设计值钢筋强度标准值钢筋强度设计值=钢筋的材料分项系数普通钢筋：1.1预应力钢筋：1.2是大于1的安全系数，为了保证结构和构件具有足够的可靠性,必须对钢筋强度做必要的安

18、全储备,也就是对钢筋强度标准值打一定的折扣2.钢筋的强度（2）钢筋强度设计值钢筋强度标准值钢筋强度设计（2）钢筋强度设计值、 预应力钢筋的抗拉强度设计值和抗压强度设计值 、 普通钢筋的抗拉强度设计值和抗压强度设计值常用钢筋强度标准值和设计值如表所列 2.钢筋的强度（2）钢筋强度设计值、 预应力钢筋的抗拉强度设计值2钢筋和混凝土材料的力学性能3.钢筋的变形性能（1）延伸率 钢材受拉破坏时的应变值。钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。试件受力前的标距长度试件拉断后的标距长度塑性3.钢筋的变形性能（1）延伸率 钢材受拉破坏时的应变值。3.钢筋的变形性能（2）冷弯性能通过冷弯冲头加压，使试件弯曲，发生

19、裂缝时试件的弯转角度越大，塑性性能越好。 3.钢筋的变形性能（2）冷弯性能通过冷弯冲头加压，使试件弯曲3.钢筋的变形性能延性破坏：破坏前有明显预兆脆性破坏：破坏前无明显预兆3.钢筋的变形性能延性破坏：破坏前有明显预兆脆性破坏：破坏前4.混凝土结构对钢筋的要求 强度高：强度愈高，用量愈少；用高强钢筋作预应力钢筋，预应力效果比低强钢筋好。塑性好：钢筋塑性性能好，破坏前构件就有明显的预兆。可焊性好：除圆盘条钢筋供货长度不受限制外一般的钢筋均均采用直条供货，长度为915m。故钢筋需搭接。粘结力强：HPB235级钢筋(光面)须做弯钩，HRB335级、 HRB400级钢筋表面带肋4.混凝土结构对钢筋的要求

20、 强度高：强度愈高，用量愈少；用5.混凝土结构中的配筋 纵向受力钢筋架立钢筋弯起钢筋箍筋梁 5.混凝土结构中的配筋 纵向受力钢筋架立钢筋弯起钢筋箍筋梁 5.混凝土结构中的配筋 箍筋的肢数和形式：封闭开口形式单肢双肢四肢肢数5.混凝土结构中的配筋 箍筋的肢数和形式：封闭开口形式单肢双5.混凝土结构中的配筋 板 5.混凝土结构中的配筋 板 5.混凝土结构中的配筋 柱 1纵向受力钢筋2普通箍筋3螺旋箍筋5.混凝土结构中的配筋 柱 1纵向受力钢筋2普通箍筋36. 构件的混凝土保护层 纵向钢筋的外边缘至构件外边缘的距离梁 板 6. 构件的混凝土保护层 纵向钢筋的外边缘至构件外边缘的距离2.3 混凝土与钢

21、筋的粘结(a)砼硬化后钢筋与砼之间产生了良好的粘结力；(b)钢筋与砼的温度线膨胀系数非常接近；钢筋与砼共同工作的基础(c)钢筋由于砼的保护而避免锈蚀。2.3 混凝土与钢筋的粘结(a)砼硬化后钢筋与砼之间产生了良1.粘结作用摩擦力 胶结力机械咬合力(1)粘结作用机理粘结作用砼收缩且裹紧钢筋砼颗粒的化学作用钢筋表面凹凸不平1.粘结作用摩擦力 胶结力机械咬合力(1)粘1.粘结作用第2章 物理力学性能(2)粘结强度及其主要影响因素 粘结强度拉拔试验钢筋埋入混凝土的长度称为锚固长度。钢筋与混凝土粘结作用的大小1.粘结作用第2章 物理力学性能(2)粘结强度及其主要影响因1.粘结作用第2章 物理力学性能(2)粘结强度及其主要影响因素 A、混凝土的强度等级B