建筑结构PPT第二章

1、 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能回顾 和 概述混凝土强度（立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、复合应力状态下的强度）变形一次短期荷载作用下的变形（极限压应变）长期荷载作用下的变形（徐变）收缩、膨胀和温度影响下的变形钢筋简介强度和变形（比例极限、屈服强度、极限抗拉强度；塑性性能）钢筋和混凝土的共同作用粘结力影响粘结力的因素钢筋的锚固和连接锚固（锚固长度）连接（搭接长度）新材料的出现导致建筑结构的三次飞跃 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能1、公元前5世纪，大量砖瓦建房的时代混凝土钢材砖瓦2、19世纪初，钢结构蓬勃发展3、19世纪中至今，钢筋混凝土结构统治地位 第二章 钢筋混凝土材料的力学

2、性能常用结构材料的应力-应变关系曲线常用结构材料的基本力学性质弹性塑性延性弹性模量和变形模量（E、E）极限应力和极限应变（u、u）概述1、混凝土和钢筋 各种力学性能指标 的 测定方法2、混凝土和钢筋 在不同受力条件 的 强度和变形的变化规律3、混凝土和钢筋 共同工作 的 性能 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能混凝土 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能混凝土的组成 混凝土是由石子、砂子、水泥和水按一定的配合比拌合而成的人工石材。骨料水泥凝胶体粗骨料细骨料商品混凝土配置示意图骨料进入水泥进入水进入混凝土浇筑示意图混凝土运输搅拌车混凝土浇筑 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能混凝土强度 立方体抗压强度

3、轴心抗压强度 轴心抗拉强度三个基本强度指标确定混凝土标号的强度指标混凝土的强度指标最基本的混凝土强度指标重要的混凝土强度指标312 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能立方体抗压强度标准值（fcu,k） 边长为150mm的立方体标准试块，按照标准方法进行制作和养护，在温度203C，相对湿度90以上的潮湿空气中养护28天，用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度（N/mm2)。 fcu,k = cu - 1.645cu cu 混凝土立方体抗压强度的平均值 cu 混凝土立方体抗压强度的标准差fcu,k强度值出现概率cucucu 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能试件表面不涂润滑剂，保证全截面受力 混

4、凝土等级是根据立方体抗压强度标准值（fcu,k）确定的。 规范规定混凝土强度分为14个等级：C15、C20、C25、C30、C75、C80。 其中，数值表示以N/mm2为单位的立方体抗压强度的大小。支撑面上无摩阻力 支撑面上有摩阻力 最基本的强度指标 试验数据的回归分析 得出与立方体强度之间的关系 修正系数 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能轴心抗压强度标准值（fc，k） 边长为150 x150 x450mm的棱柱体试件，在在标准养护条件下，用标准试验方法测得的具有95保证率的轴心抗压强度（N/mm2)。 fc，k = c - 1.645c 棱柱体强度下一页立方体受压不是处于单轴受力状态！采用棱

5、柱体，中间基本上是处于轴心受压。 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能h=150hb3h=150内向摩擦力上一页 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能 试验方法：直接拉伸、弯折和劈裂试验 试验数据的回归分析 得到与立方体强度 之间的关系轴心抗拉强度标准值（ftk）混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，只有抗压强度的1/101/18 混凝土材料强度分项系数取值，混凝土结构设计规范中规定的是取1.4。 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能复合应力状态下混凝土强度双向正应力压-压拉-拉拉-压12压-剪3三向受压 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能 0 1, 2 (压压) 强度增加 1,

6、 2 (拉压) 强度降低 1, 2 (拉拉) 强度基本不变 1 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能剪拉：强度降低剪压：压应力较小：抗剪强度随压应力增加而增大 压应力较大：抗剪强度随压应力的增加而降低2 螺旋箍筋 钢管混凝土结构 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能三向受压(约束受压)：强度和延性明显提高3 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能混凝土的变形混凝土变形的分类荷载作用下变形 短期荷载作用下变形 长期荷载作用下变形（徐变）非荷载型变形 混凝土收缩 温度变形 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能在一次短期加载时的变形性能轴心受压混凝土的应力-应变关系曲线，可以较全面的反映混凝土的强度和变形特点，是确定

7、构件截面上混凝土受压区应力分布图形的主要依据。0.3fc fc00 低强混凝土高强混凝土u 0.8fc0-0.3fc阶段，应力应变基本成线性关系，弹性阶段0.3fc-0.8fc阶段，应变增长比应力快，呈现塑性变形，弹塑性阶段0.8fc-fc阶段，连续裂缝迅速发展阶段达到极限应变，标志混凝土破坏0=0.002u=0.0033 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能我国规范所采用的混凝土-曲线 为了结构构件正截面设计的需要，规范采用简化的混凝土应力应变关系曲线（-曲线）如图3.6所示 后面钢筋简化 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能混凝土的弹性模量和剪变模量弹性模量Ec抗压强度试验应力应变曲线原点切线的斜

8、率剪变模量GcGc = 0.4Ec 剪切应力与剪切应变的比值 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能kcc 0 cecp 0 h 第2章原点弹性模量： 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能割线模量：切线模量： 弹性特征系数01.0剪变(剪切)模量：c = ce + cp弹性模量：Gc = 0.4Ec 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能在长期荷载作用下的变形性能徐 变 混凝土在受到荷载长期作用下，在荷载(应力) 不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。徐变曲线混凝土的徐变时间曲线t(月）(10-3)00.20.61.01.41.62610182414瞬时应变徐 变残余应变瞬时恢复应变弹性后效上一页

9、下一页 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能徐变的影响因素： （1）初应力大小 （2）加荷龄期 （3）养护时的温湿度 （4）混凝土的组成成分 （5）构件单位体积的表面积大小徐变的成因： （1）水泥凝胶体在变形过程中将其受到的压力逐步传给 骨料和水泥结晶体，形成应力重分布； （2） 混凝土内部裂缝在长期荷载作用下不断发展和增长， 导致应变增加。 工程中减小徐变的措施方法： （1）选用较坚硬和均匀的骨料 （2）控制水泥用量 （3）减少水灰比（W/C） （4）养护期间控制温度，保持湿度 （5）推迟混凝土受荷时的龄期 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能混凝土收缩、膨胀和温度

10、变形性能收缩、膨胀混凝土在空气中结硬会收缩，在水中结硬会膨胀收缩对结构不利，膨胀有利。在养护期，高温湿养，减少收缩钢筋 钢筋的类型 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能 按材料的形式分类 钢材钢筋热轧带肋（光圆）钢筋、热轧细晶粒钢 筋、余热处理带肋钢筋、 钢丝、钢绞线型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能外形分为：光圆钢筋和带肋钢筋（人字纹、螺旋纹、月牙纹）供货形式分为：盘圆和条状供货光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋钢绞线 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能（3） 型钢 热轧钢板厚板：h=4.5mm60mm薄板：h=0.35mm4mm（1） 钢材的

11、分类 按化学成份分类 钢材碳素钢合金钢低碳钢（含碳量0.6%） 按材料的形式分类 钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢（1） 钢材的分类 按化学成份分类 钢材碳素钢合金钢低碳钢（含碳量0.6%） 按材料的形式分类 钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢（2） 钢筋 热轧钢筋HPB235 (Q235）钢筋：低碳钢，质量稳定、塑性和可焊性好，强度较低，表面为光面；用 表示。HRB335 (20MnSi)钢筋：强度较高，塑性和可焊性好，表面轧制成螺纹形或月牙形，用 表示。HRB4

12、00 (20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)钢筋：用 表示。RRB400 (K20MnSi)钢筋：用 表示。 冷拉钢筋 通过冷拉提高热轧钢筋的屈服强度。动画 热处理钢筋（HT） 将热轧钢筋经加热淬火和回火处理后制成的。 钢丝 直径6mm的钢筋称为钢丝，常用的有冷拔低碳钢丝 、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线（S）等。动画 热轧型钢角钢工字钢槽钢钢管（1） 钢材的分类 按化学成份分类 钢材碳素钢合金钢低碳钢（含碳量0.6%） 按材料的形式分类 钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢（1） 钢材的分类 按化学成份分类 钢材碳素钢合金

13、钢低碳钢（含碳量0.6%） 按材料的形式分类 钢材钢筋热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢 筋、钢丝型钢钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、 钢管、薄壁型钢（2） 钢筋 热轧钢筋HPB235 (Q235）钢筋：低碳钢，质量稳定、塑性和可焊性好，强度较低，表面为光面；用 表示。HRB335 (20MnSi)钢筋：强度较高，塑性和可焊性好，表面轧制成螺纹形或月牙形，用 表示。HRB400 (20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)钢筋：用 表示。RRB400 (K20MnSi)钢筋：用 表示。 冷拉钢筋 通过冷拉提高热轧钢筋的屈服强度。动画 热处理钢筋（HT） 将热轧钢筋经加热淬火和回火处理后制成的。

14、 钢丝 直径6mm的钢筋称为钢丝，常用的有冷拔低碳钢丝 、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线（S）等。动画 薄壁型钢常用薄壁型钢断面形式薄壁型钢生产线 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢材的化学成分 碳素钢低合金钢（在低碳钢中加入低量合金元素）按碳的含量，小于0.25% 的为低碳钢，大于0.25% 而小于0.6% 的为中碳钢，大于0.6% 的为高碳钢。 锰和硅是钢中的有益元素，它们都是脱氧剂。它们可提高强度，又不会过多降低塑性和冲击韧性。 钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好的塑性、韧性。铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铬和镍是提高钢材强度的合金元

15、素。 硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。 随着含碳量的增加，钢筋的强度提高，塑性降低。热轧钢筋：在高温下轧制后自然冷却而成。余热处理钢筋：热轧后立即表面冷却，利用芯内余热完成回火处理1、HPB300：Hot rolled plain steel bars for the reinforcement of concrete.（热轧光圆钢筋） 300指该种钢筋的屈服强度标准值。fyk=300N/mm22、HRB335：Hot rolled ribbed steel bars for the einforcement of concrete.（

16、热轧带肋钢筋） fyk=335N/mm2；提倡用此钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋 3、 HRB400：fyk=400N/mm2 （热轧带肋钢筋） 4、RRB400：Remained heat treatment ribbed steel bars for the reinforcement of concrete. fyk=400N/mm2 （余热处理带肋钢筋） 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋常用的品种和级别 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋的材料分项系数，热轧钢筋1.10，预应力钢筋1.20。 强度设计值普通纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRB

17、F500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300和RRB400钢筋；预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝和预应力螺纹钢筋；普通箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500钢筋；也可采用HRB335、HRBF335和HPB300钢筋。表4.2.3-1 普通钢筋强度标准值（N/mm2）种类符号公称直径d（mm）屈服强度fyk抗拉强度ftk极限应变（%）HPB300 622 300420不小于10HRB335、HRBF335 650 335 455不小于7.5 HRB400、HRBF400、RRB400 650 400 540HRB500、HRBF500 650

18、 500630 注：当采用直径大于40 mm的钢筋时，应经相应的试验检验或有可靠的工程经验 FFRF钢筋性能要求：强度、塑性、可焊性、粘结能力 钢筋强度和变形特性，根据钢筋单向拉伸试验，测得的应力-应变曲线来表征 曲线分为两类：有明显流幅、无明显流幅 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能钢筋的强度和变形屈服强度fy、极限强度fu、伸长率、冷弯性能 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能有明显屈服点的钢材：低碳钢和低合金钢由于到达y后构件产生较大变形，故把它取为计算构件的强度标准；到达u时构件开始断裂破坏，故以u作为材料的强度储备。 yu 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能无明显屈服点的钢材： 高强钢材（如

19、高碳钢材） 对于无明显屈服点的钢材，以残余变形为0.2%时的应力作为名义屈服点，其值约为极限强度的85% yu 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能A模型采用了两点简化1、应力小于屈服点应力时为直线关系2、不利用应力强化阶段。超过屈服应力点后处于流幅内。规范模型su=0.01回顾混凝土简化 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能伸长率 冷弯性能 断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。 冷弯性能由冷弯试验来确定，试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。 冷弯试验伸长率测试仪 钢筋与混凝土的共同作用 为

20、什么两者能共同作用： 相近的线膨胀系数 粘结力 混凝土充当钢筋保护层 若梁中的钢筋与混凝土没有粘结（图 (a)），则在荷载作用下，钢筋不受力，该梁如同素混凝土梁。若梁中的钢筋与混凝土有粘结（图 (b)），则在荷载作用下，钢筋与混凝土共同受力 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能粘结力有粘结沿梁长变化 粘结应力粘结应力的概念 - 是钢筋和混凝土接触面上的分布剪应力，在钢筋和周围混凝土之间起到传递内力的作用。 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能粘结应力的分类 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能锚固粘结应力 对于存在锚固粘结应力的地方，必须保证足够的锚固长度，必要时采取机械锚固措施，避免产生脆性粘结破坏。

21、第二章 钢筋混凝土材料的力学性能轴心受拉构件开裂前，粘结应力仅发生在构件端部。 开裂后（见图），粘结应力发生在裂缝截面两侧 裂缝间粘结应力 粘结应力的形成 化学吸附作用是混凝土内的水泥胶体生成的对于钢筋表面的粘结力 摩擦力作用 钢筋表面与混凝土所形成的摩擦力 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能摩擦力作用是光圆钢筋粘结力的主要来源钢筋与砼之间摩擦力摩擦力混凝土钢筋化学吸附作用很小，一旦接触面发生滑移，作用立即消失 机械咬合作用由于钢筋表面凸凹不平而产生的机械咬合力 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能 带肋钢筋与砼之间的挤压力 光圆钢筋端部弯钩与砼之间的挤压力机械咬合作用附加咬合作用机械咬合作用是带肋

22、钢筋粘结力的主要来源端部加弯钩的措施来提高锚固能力，提高粘结力钢筋表面形状（光面钢筋和带肋钢筋）混凝土强度等级（成线性正比关系）浇筑混凝土时钢筋的位置（浇筑时混凝土的深度不能过大）保护层厚度和钢筋间距（对粘结力有重大影响，布置钢筋时应考虑两者的大小）横向钢筋、侧向压力（设置箍筋既可以抗剪，也可以限制裂缝的发展，提高粘结力） 第二章 钢筋混凝土材料的力学性能影响粘结力的主要因素钢筋的锚固与连接锚固是指钢筋除了受力的部分，还要有一定的长度起锚固作用，保证钢筋混凝土共同作用，是钢筋与混凝土的连接作用。连接是指钢筋由于长度不够，而将两根钢筋连接在一起，作为一个整体受力，是钢筋与钢筋的连接作用。 第二章

23、 钢筋混凝土材料的力学性能（规范规定）锚固设计的基本原则是必须保证足够的锚固粘结强度以使钢筋强度得以充分利用。 规范给出当受拉钢筋强度充分利用时的基本锚固长度为钢筋与混凝土的锚固laT=Asfydmaxu钢筋类型 光面钢筋 带肋钢筋 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 三股钢绞线 七股钢绞线0.160.140.190.130.160.176.1 黏结当符合下列条件时，计算的锚固长度应进行修正：当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋的直径大于25mm时，其锚固长度应乘以修正系数1.1;HRB335、HRB400和RRB400级的环氧树脂涂层钢筋，其锚固长度应乘以修正系数1.25;当钢筋在混凝土施工过